助剂对EMMA胶膜性能的影响研究

徐迪均，缪永建，赵恢强，刘若望，张 东

（温州大学应用化学研究所，浙江 温州 325035）

助剂对EMMA胶膜性能的影响研究

徐迪均，缪永建，赵恢强，刘若望，张 东

（温州大学应用化学研究所，浙江 温州 325035）

本文研究了交联剂等助剂对乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（EMMA）胶膜性能的影响。通过正交试验确定EMMA胶膜最优性能的助剂配比是：交联剂含量0.5%、助交联剂含量0.5%、偶联剂含量0.2%、光稳定剂含量0.1%。在最优配方的基础上比较了EMMA胶膜与EVA胶膜的性能。结果表明，EMMA胶膜的性能高于EVA胶膜，其剥离强度提高31.3%，体积电阻率提高85.7%。

EMMA；助剂；交联度；体积电阻率；剥离强度

目前，市场上主要的太阳能光伏电池封装材料是 EVA 树脂，但是 EVA 树脂较差的耐候性能与粘接性能，难以满足未来市场对封装胶膜越来越高的性能要求。EMMA树脂以其突出的粘接性能和耐老化性能，成为最具潜力的替代产品之一。

EVA、EMMA分子是具有很强的热胀冷缩性质的热塑性高分子材料，在封装前需要先进行交联固化，形成稳定的三维网状结构，交联固化程度用交联度表示。提高胶膜的粘接性能可以延长光伏电池的长效稳定性，胶膜与玻璃的剥离强度大小反映了胶膜的粘接性能高低。光伏电池组件在高电压的作用下，组件会发生电势诱导衰减（PID）效应[1]，会导致光伏组件的功率降低，目前主要的解决方法是提高封装胶膜的绝缘性能，封装胶膜绝缘性能的高低可用体积电阻率的大小表示。本文研究助剂对EMMA胶膜的交联度、剥离强度、体积电阻率的影响规律，通过正交试验确定EMMA胶膜的助剂最佳配比。在此配方基础上比较 EMMA 胶膜与EVA 胶膜的性能，研究EMMA 替代EVA作为光伏电池封装材料的可能性。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

EMMA 树脂，EVA 树脂，交联剂，助交联剂，偶联剂，光稳定剂，无水乙醇。

转矩流变仪，数字超绝缘计，液压硫化成型机，太阳能电池层压机，万能拉伸试验机，差示扫描量热仪。

1.2 EMMA 胶膜的制备与表征

1.2.1 EMMA 胶膜的制备

将 MMA 含量为 25% 的 EMMA 树脂与助剂按比例混合均匀，设置液压硫化成型机温度为 100℃，将混合均匀的树脂在液压硫化成型机中加压制得未层压的初膜，初膜通过温度为 140℃的层压机层压后制得层压后的EMMA胶膜。

1.2.2 交联度

DSC 曲线上交联剂分解温度区域前后会出现一个交联反应的反应峰，体现了交联反应发生后放出的热量。胶膜中已经交联或者部分交联的部分在DSC 曲线上没有反应峰或者峰会变得很小。比较胶膜交联前与交联后的放热值的大小，可求得胶膜在层压后的交联度[2]。测试方法如下：取未层压的胶膜样品，起始温度为 20℃，以 10℃·min-1的升温速率，进行二次升温至 200℃，测得结果记为ΔH1。用同一方法测试层压后的胶膜样品，测定结果为ΔH2。实验需在有干燥的氮气保护下进行，保护气体流量为 50mL·min-1。交联度按式（1）计算。

其中，G 为交联度，%；ΔH1为交联前 EMMA 的单位重量放热量，J·g-1；ΔH2为交联后 EMMA 的单位重量放热量，J·g-1。

1.2.3 体积电阻率

本文通过 DSM-8104 数字超绝缘计测量 EMMA胶膜样品的体积电阻率，测试结果即为 EMMA 胶膜的体积电阻率。做3组平行实验，取其平均值作为测试结果。

1.2.4 剥离强度

根据 GB/T 2790 的实验方法，以 300mm·min-1的拉伸速度测试玻璃与 EMMA 胶膜之间的剥离强度，做 5 组平行实验，取其平均值作为最终测试结果。

2 结果与讨论

2.1 单因素助剂的影响规律

本文主要考察交联剂（A）、助交联剂（B）、偶联剂[3]（C）、光稳定剂[4-6]（D）对 EMMA 胶膜性能的影响规律。考察某一助剂的影响规律时，固定另外3 种助剂的用量，通过胶膜的交联度、体积电阻率以及剥离强度的性能指标确定助剂的用量。制备厚度为 0.4mm 的 EMMA 胶膜，测试其交联度、体积电阻率以及单层胶膜的剥离强度。

2.1.1 交联剂对胶膜性能的影响

表1是不同交联剂含量的EMMA胶膜的交联度、体积电阻率以及剥离强度的测试结果。由表1可以看出，EMMA 胶膜的交联度、体积电阻率以及剥离强度均随着交联剂含量的增大呈现逐渐增大的趋势。

表1 不同交联剂含量的 EMMA 胶膜性能

2.1.2 助交联剂对胶膜性能的影响

不同含量的助交联剂的 EMMA胶膜的性能测试结果见表 2。由表 2 可以看出，EMMA 胶膜的交联度随着助交联剂含量的增大而增大，体积电阻率与剥离强度随着助交联剂含量的增大而呈现先增大后减小的趋势。

表2 不同助交联剂含量的 EMMA 胶膜性能

2.1.3 偶联剂对胶膜性能的影响

表3是不同偶联剂含量的 EMMA 胶膜的性能测试结果。由表3可以看出，EMMA胶膜的交联度与剥离强度随着偶联剂的增大而增大，体积电阻率随着偶联剂含量的增大而呈现先增大后减小的趋势。

表3 不同偶联剂含量的 EMMA胶膜性能

2.1.4 光稳定剂对 胶膜性能的影响

不同含量光稳定剂的EMMA 胶膜的性能测试结果见表 4。由表 4 可以看出，EMMA 胶膜的交联度随着光稳定剂含量的增大而减小，体积电阻率与剥离强度随着光稳定剂含量的增大而呈现先增大后减小的趋势。

表4 不同光稳定剂含量的 EMMA 胶膜性能

2.2 正交试验

基于功能语言学对于语言的概念、人际和组篇三大元功能的分析，Kress & van Leeuwen将这些功能拓展到视觉图像的领域，并构建了相应的图像语法体系。 本节运用该理论对漫画1和漫画2进行重点阐释。

设计实验选取合适的助剂用量，通过正交试验得出符合要求的最佳配方的EMMA胶膜。每个因素选取3个水平。

2.2.1 因数水平表

太 阳 能 光 伏 电 池 EVA 封 装 胶 膜 国 标 GB/T 29848-2013 的要求为：交联度高于 75%，体积电阻率不低于 6×1013Ω·cm，剥离强度不低于 50N·cm-1。由表 1 的交联度结果得出，当交联剂≥ 0.3%、交联剂含量在 0.5%～0.9% 时剥离强度的增长幅度较小，故 选 取 交 联 剂 含 量 为 0.3%、0.5%、0.7% 这 3 个 水平。由表 2 的剥离强度结果，选取助交联剂为 0.3%、0.5%、0.7% 这 3 个水平。由表 3 的体积电阻率结果，选取偶联剂为 0.1%、0.2%、0.3% 这 3 个水平。由表4的交联度与体积电阻率结果，选取光稳定剂含量为 0.05%、0.1%、0.2% 这 3 个水平。正交试验的因子水平表见表5。

表5 L9(34)正交试验因子水平表

2.2.2 EMMA 胶膜性能的正交试验表

制备的 EMMA 胶膜厚度为 0.55mm，测试其交联度、体积电阻率以及双层厚度的剥离强度。表6是正交试验数据表，结果分析见表 7。

表6 体积电阻率的正交试验数据

表7 正交试验结果分析

从表 7 可以看出，从 EMMA 胶膜剥离强度的正交试验结果得出的最佳助剂用量为交联剂 0.7%、助交联剂 0.5%、偶联剂 0.3%、光稳定剂 0.1%。从EMMA 胶膜体积电阻率的正交试验结果得出的最佳助剂用量为交联剂 0.5%、助交联剂 0.5%、偶联剂0.2%、光稳定剂 0.2%。从 EMMA 胶膜交联度的正交试验结果得出的最佳助剂用量为交联剂 0.7%，助交联剂 0.5%，偶联剂 0.3%，光稳定剂 0.05%。综合交联度、体积电阻率以及剥离强度的正交试验结果，确定最终的交联剂、助交联剂、偶联剂、光稳定剂含量分别为 0.5%、0.5%、0.2%、0.1%。

按正交试验结果确定的助剂配比制备EMMA胶 膜，另 外 选 取 VA 含 量 为 28% 的 EVA 树 脂，EMMA 胶膜与 EVA 胶膜的性能对比见表 8。从表 8 可以看出，EMMA 性能优于 EVA 胶膜，性能对比如下：EMMA 胶膜的体积电阻率比 EVA 胶膜高 85.7%，EMMA 胶膜的剥离强度比 EVA 胶膜高 31.3%，交联度两者几乎相同。EMMA 具备替代EVA作为太阳能封装材料的潜力。

表8 EMMA 胶膜与 EVA 胶膜性能

3 结论

1）EMMA 胶膜的交联度、体积电阻率以及剥离强度均随着交联剂含量的增大呈现增大的趋势。随着助交联剂含量增大，EMMA胶膜的交联度呈现增大趋势，体积电阻率与剥离强度呈现先增大后减小的趋势。EMMA胶膜的交联度与剥离强度随着偶联剂的增大而增大，体积电阻率随着偶联剂含量的增大呈现先增大后减小的趋势。EMMA胶膜的交联度随着光稳定剂含量的增大而减小，体积电阻率与剥离强度随着光稳定剂含量的增大而呈现先增大后减小的趋势。

2）通过正交试验确定的最佳助剂配方为：交联剂 含量 0.5%、助 交联剂含量 0.5%、偶联剂含量0.2%、光稳定剂含量 0.1%。

3）将最优配方制备而成的胶膜与 EVA 胶膜做对比，EMMA 胶膜性能优于 EVA 胶膜，性能对比如下：EMMA 胶膜的体积电阻率比 EVA 胶膜高85.7%，剥离强度比 EVA 胶膜高 31.3%。EMMA 具备替代EVA成为太阳能电池封装材料的潜力。

参考文献：

[1] 刘燕武 .太阳能电池封装用抗 PID 型 EVA 胶膜的制备与性能表征 [D].上海：华东理工大学，2015.

[2] 余四龙 .太阳能电池封装用 EVA 胶膜交联动力学及封装性能研究 [D].上海：华东理工大学，2014.

[3] 郭云亮，张涑戎，李立平 .偶联剂的种类和特点及应用[J].橡胶工业，2003，50(11)：692-696.

[4] 舒万艮，申雄军 .国内外光稳定剂的发展现状及趋势 [J].精细与专用化学品，2002，10(5)：3-5.

[5] 由宏君，刘聚民 .光稳定剂的特点 [J].当代化工，2004，33(5)：266-268.

[6] 张怀柱，张丽丽，杜明亮，等 .光稳定剂的工业应用技术进展 [J].炼油与化工，2012(1)：4-6.

Effect of Additives on Performance of EMMA Film

XU Dijun, MIAO Yongjian, ZHAO Huiqiang, LIU Ruowang, ZHANG Dong
(Institute of Applied Chemistry, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China)

In this paper, the effect of some additives such as crosslinking agent on the performance of ethylene-methyl methacrylate copolymer ( EMMA ) film was studied. The optimum additives ratio of the EMMA film’s performance was determined by orthogonal test, the specif i c ratio was as followed: the crosslinking agent content was 0.5%, the assistant crosslinking agent content was 0.5%, the coupling agent content was 0.2% and the light stabilizer content was 0.1%. On the basis of the optimal formula, the performance of EMMA fi lm and EVA fi lm were compared. The results showed that the performance of EMMA fi lm was higher than that of EVA fi lm, the specif i c results were as followed: the peel strength increased 31.3% and the volume resistivity increased 85.7%.

EMMA; additives; crosslinking degree; volume resistivity; peel strength

TQ 433.4+3

：A

： 1671-9905(2017)06-0019-04

徐迪均（1985-），男，硕士在读，E-mail：xdj523@163.com

张东，男，教授，研究方向：应用高分子制备、加工及资源化

2017-03-16