PO膜热封层去电晕工艺研究

2023-01-07张文静范云峰邸喜强白玉清

信息记录材料 2022年11期

张文静，范云峰，孟丹，邸喜强，白玉清，王莉

（1 乐凯胶片股份有限公司河北保定 071054）

（2 河北省新能源膜材料技术创新中心河北保定 071054）

0 引言

太阳能背板是一种位于光伏组件背面的光伏封装材料，主要用于保护光伏组件抵抗光湿热等环境影响因素的侵蚀，起耐候绝缘保护作用[1]。背板按其生产工艺分为复合型、涂覆型、共挤型三类。复合型背板是用胶粘剂将聚烯烃（PO）膜、氟膜分别与PET 通过压辊复合的方式制备而成，涂覆型背板是将含氟涂料直接涂覆在PET 上烘干成型而成。当前，复合型背板因综合性能优越在市场中占主流地位[2]。

复合型背板的PO 膜按功能可分为热封层、芯层和复合层三层。其中，热封层（与EVA 黏合面）在与EVA 层压之前，需要将表面进行处理，以提高材料表面极性，延长保持高表面能的时间[3]。膜材料的表面处理主要有热压处理、电晕处理、火焰处理、预涂底层等不同的处理方法[4-5]。其中，电晕处理由于其工艺简单、加工过程安全等特点而被普遍应用于实际生产中[6-7]。但如果能通过调整配方，去掉PO 膜复合前的电晕工艺，不但能简化生产工艺，更有利于降低生产成本,同时消除电晕过程中产生的臭氧对环境的污染。本论文从PO 膜热封层原料出发，考察了各原料相对含量不同时，所淋的膜样品在是否电晕条件下对膜自身与EVA 黏结力的影响，为进一步开展提质降本工作奠定了基础。

1 实验部分

1.1 实验原料

聚乙烯（polyethylene,PE）及弹性体（elastomer）购自东莞市炬烨塑胶科技有限公司；钛白母粒及开口剂母粒购自东莞市众晖塑料助剂有限公司；聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate,PET）购自深圳市龙昌泰贸易有限公司；EVA 胶膜购自广州市赞晨新材料科技有限公司；防老化剂及黏合剂自制。

1.2 实验方法

为方便实验，将PO 膜热封层按配方造粒，即将PE、弹性体、钛白、防老化剂及开口剂母粒按一定比例混合均匀，通过双螺杆挤出机挤出切粒，再用单螺杆淋膜机制成60 μm 厚的薄膜，挤出造粒、淋膜温度为200～220 ℃；将淋膜样品取平整部位，一面电晕后涂覆黏合剂，经复合辊热压在电晕过的PET 上，在55 ℃条件下恒温熟化三天后取出，于电晕或不电晕的条件下分别与EVA 胶膜进行层压，制成对应膜样品的层压件。

1.3 实验仪器及设备（表1）

表1 仪器设备一览表Table 1 List of instruments and equipment

1.4 测试方法

与EVA 黏结力检测：在层压件非边缘位置用刀片划取1 cm 宽的长条，在万能拉力机上测试PO 膜样品与EVA 间的剥离力。

2 结果与讨论

本文中主要考察PO 膜热封层中弹性体、钛白、开口剂含量对于是否电晕条件下，膜样品与EVA 黏结力的变化情况。

2.1 弹性体含量的影响

在烯烃材料中加入弹性体能够提升材料的抗冲击性能及耐低温韧性，可使物料整体的热塑加工性能有所改善。为此，本文设计了如下实验考察配方中弹性体含量对电晕处理的敏感性。

2.1.1 配方

实验配方见表2。

表2 考察弹性体含量影响的实验配方Table 2 Experimental formula for investigating the influence of ethylene propylene copolymer content

2.1.2 实验结果

不同配方对应样品在电晕及不电晕条件下与EVA 的黏结力如图1。从图1可以看出，弹性体含量越高，膜与EVA 黏结力越大，这是由于随物料体系中弹性体含量的增加，交联密度会增大，膜与EVA 黏结力也呈现增大的趋势。同时可以看出，不同弹性体含量的配方在电晕后，与EVA黏结力均高于样品不电晕时与EVA 的黏结力。并且，弹性体含量越高，电晕与不电晕的膜样品与EVA 黏结力的差别有一定的增大。这可能是由于随弹性体含量增加，体系中短支链结构也有所增加，促进了膜与EVA 层压时弹性体与聚乙烯共混物主链叔碳原子与EVA 的交联，从而增加了膜与EVA 的黏结力[8-9]。

图1 配方中弹性体含量对膜与EVA 黏结力的影响Figure 1 Effect of ethylene propylene copolymer content on the adhesion between membrane and EVA after corona

2.2 钛白含量的影响

为保证PO 膜良好的遮盖力，一般在配方中加入着色力强、成本相对较低的钛白。但如果直接在配方中添加二氧化钛，其在加工生产过程中极易团聚形成大颗粒，因此一般直接在配方中添加具有合适二氧化钛浓度的钛白母粒。配方中的钛白含量影响膜的耐老化等重要性能，同时对生产成本有一定影响。为了考察不同钛白含量对是否电晕的样品与EVA 黏结力的影响，以配方1（钛白母粒含量为13%）为基础，设计配方中钛白母粒含量分别为10%、8%，其他保持一致，分别作为配方4 和配方5。

不同钛白含量配方对应样品在电晕及不电晕条件下与EVA 的黏结力如图2。可以看出，钛白含量对膜与EVA 胶膜黏结力的影响是较大的，随钛白母粒含量提高，黏结力有较大幅度的降低。这是由于钛白本身为无机材料，加入体系中会破坏膜成型时主体树脂在膜表面的连续性，从而降低膜与EVA 胶膜的交联密度，宏观表现为黏结力降低。而且，理论上讲，钛白含量越高，电晕与不电晕的样品与EVA 黏结力的差别越小。这是由于钛白母粒的主要成分二氧化钛具有较强的耐电晕能力,可与聚合物形成一定厚度的界面相,使材料表面发生一定改变,从而削弱电晕处理对薄膜表层和EVA 胶膜的“锚固”作用[10]。但降低配方中的钛白母粒含量本身有助于膜与EVA 之间的黏结，因此对比配方4 与配方5，由降低配方中钛白含量所引起的膜与EVA 之间的黏结力提升效果更为明显，而单纯由电晕处理引起的膜与EVA 黏结力的差别没有进一步明显增大。

图2 配方中钛白含量对膜是否电晕后与EVA 黏结力的影响Figure 2 The influence of titanium dioxide content in the formula on the adhesion between the film and EVA after corona

2.3 开口剂含量的影响

开口剂能改善薄膜的开口性，防止薄膜间的粘连，特别对于类似PO 膜这种厚度偏薄的膜材料，在表层适当添加开口剂是十分必要的。传统的开口剂主要包括二氧化硅、滑石粉、硅藻土等非迁移性的无机物，这些无机颗粒在薄膜的表面突出存在，通过破坏膜表面的镜面效应，使薄膜在存放过程中不发生粘连，在后期使用时容易分离、便于再加工。为了考察不同开口剂添加量对是否电晕的样品与EVA 黏结力的影响，以配方1（开口剂添加量为0）为基础，设计配方开口剂添加量分别为1.5%、3%，其他保持一致，分别作为配方6 和配方7。

不同配方对应膜样品在电晕及不电晕条件下与EVA 的黏结力如图3。从图3可以看出，不同开口剂含量的配方在电晕后，膜与EVA 黏结力高于样品不电晕时与EVA 的黏结力；但开口剂含量越高，电晕与不电晕的样品与EVA 黏结力的差别越小。这是由于开口剂含量越高，其占据膜的表面积越大，致使暴露在膜表面的树脂减少，从而削弱了电晕对主体树脂的极化效果[11-13]。