一种太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜及阻燃型双玻光伏组件的制作方法

本发明属于太阳能光伏组件技术领域，具体涉及一种太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜及阻燃型双玻光伏组件。

背景技术：

双玻光伏组件如需安装在屋顶和农业大棚等上，通常需要做防火试验(IEC61730-1/2，UL1703)，以评定组件的阻燃级别Class A(最高的防火等级)，Class B(中等的防火等级)，or Class C(基本的防火等级)，防火试验包括火焰蔓延试验(测试方法如表1所示)和燃烧块试验(测试方法如表2所示)。

表1火焰蔓延试验

表2燃烧块试验

双玻光伏组件一般上层使用普通压花玻璃，下层使用浮法半钢化玻璃，中间层使用EVA，玻璃的阻燃性能较好，EVA是高分子材料，影响双玻光伏组件阻燃的因素主要是EVA。普通EVA阻燃性能较差，是双玻光伏组件阻燃等级提高的一大瓶颈。

EVA封装的双玻光伏组件在燃烧时，上层EVA由于与玻璃接触，防火测试时，迅速气化燃烧，一般不影响双玻光伏组件防火测试，而下层EVA隔着一层硅片，燃烧不充分，极易在防火试验中熔融滴落，引燃双玻光伏组件下方物体，导致双玻光伏组件防火等级下降。所以一般的常规EVA封装的双玻光伏组件只能通过最低等级Class C级别的试验，双玻光伏组件阻燃等级只能评定为Class C，无法通过Class A级别测试认证，因此限制了双玻光伏组件在高阻燃要求场合的应用。

目前，常规EVA一般使用磷酸三辛酯(TOP)作为阻燃助剂，以满足基本阻燃需要。TOP的阻燃作用是通过膨胀阻燃原理，促进基体树脂的炭化，但TOP单独使用，阻燃性能一般，无法满足高防火要求。

面对客户市场对双玻光伏组件阻燃要求的提高，常规双玻光伏组件一般不能满足阻燃的高要求，只能通过在常规双玻光伏组件安装时，在双玻光伏组件下手另外安装一个金属挡板，用以接收双玻光伏组件燃烧时，燃烧熔融滴落的EVA，防止滴落物引燃双玻光伏组件下方物体。该防火方法需要重新设计双玻光伏组件已有的安装施工方案，并且增加了安装成本，较为麻烦，客户端推广较难。

技术实现要素：

针对已有技术的问题，本发明的目的之一在于提供一种太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜，所述EVA封装胶膜具有优异的阻燃效果，将其用于双玻光伏组件的封装，双玻光伏组件防火等级可达到Class A的要求。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜，所述封装胶膜采用磷酸三苯酯(TPP)、纳米碳酸钙(Nano CaCO₃)以及纳米氢氧化镁(Nano Mg(OH)₂)三 者的复配作为阻燃剂，复配比例为：磷酸三苯酯20～40％，纳米碳酸钙50～70％，纳米氢氧化镁5～30％。

所述复配比例即为：以磷酸三苯酯、纳米碳酸钙以及纳米氢氧化镁三者的质量之和为基准，磷酸三苯酯、纳米碳酸钙以及纳米氢氧化镁分别占该质量之和的质量百分比。

所述磷酸三苯酯的含量为20～40％，例如22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％或38％。

所述纳米碳酸钙的含量为50～70％，例如52％、54％、56％、58％、60％、62％、64％、66％、68％或70％。

优选地，所述纳米氢氧化镁的含量例如为7％、9％、11％、13％、15％、17％、19％、21％、23％、25％、27％或29％。

磷酸三苯酯(TPP)是一种高效有机磷阻燃剂，它是在凝聚相中以特殊的机理发挥阻燃作用，TPP能催化EVA的Fries重排，生成含酚分解产物，这类产物能与TPP发生酯转移反应，在树脂表面形成不挥发，不燃烧的含磷物质。这种表面屏障可阻止可燃气体扩散至火焰中。同时，TPP在受热时也能分裂成碎片，生成小分子磷自由基，并与EVA燃烧出的氢自由基复合，以淬灭火焰。纳米碳酸钙(Nano CaCO₃)高温下迅速分解，放出CO₂气体，驱赶EVA表面和内部氧气，使EVA表面形成膨胀碳层，抑制可燃物的继续释放。纳米氢氧化镁(Nano Mg(OH)₂)特有的纳米结构，比表面积大，能快速中和EVA高温下分解生成的乙酸，阻止乙酸挥发燃烧。EVA受热时，易融化和低落，纳米碳酸钙(Nano CaCO₃)和纳米氢氧化镁(Nano Mg(OH)₂)特有的纳米结构，对EVA熔体形成特殊的内部粘结力，可防止EVA大量熔融后滴落。本发明通过采用磷酸三苯酯(TPP)、纳米碳酸钙(Nano CaCO₃)和纳米氢氧化镁(Nano Mg(OH)₂) 三种阻燃剂按一定比例复配，相互之间补充了各自的阻燃缺陷与不足，能产生协同阻燃效果，使EVA封装胶膜达到最佳阻燃效果，将其用于双玻光伏组件的封装，双玻光伏组件防火等级可达到Class A的要求。此外，通过上述阻燃剂的复配，也得到了抗拉强度、断裂伸长率、体积电阻率、击穿电压、反射率以及收缩率等综合性能优异的封装胶膜。此外，将该封装胶膜用于封装组件，也可以得到综合性能(CTM、防火等级、初始湿漏电阻、初始漏电流等)优异的封装组件。

优选地，所述阻燃剂的含量为0.05～0.4％，例如0.08％、0.12％、0.15％、0.18％、0.20％、0.23％、0.25％、0.28％、0.30％、0.32％、0.35％或0.38％。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括70～95％的EVA。所述EVA的含量例如为72％、74％、76％、78％、80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％或94％。

优选地，所述EVA中VA含量为26～33％。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.1～2％的交联剂。所述交联剂的含量例如为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％。

优选地，所述交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯(TBEC)。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.1～2％的助交联剂。所述助交联剂的含量例如为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％。

优选地，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)的混合物。优选地，两者比例范围为：三烯丙基异氰脲酸酯60～100％，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯40～0％且不为0。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括1～5％的白色颜料，得到白色EVA封装胶膜。所述白色颜料的含量例如为1.3％、1.6％、1.9％、2.2％、2.5％、2.8％、3.2％、3.6％、4％、4.4％或4.8％。

优选地，所述白色颜料为钛白粉(TiO₂)。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.05～0.5％的紫外光吸收剂。所述紫外光吸收剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。

优选地，所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV531)。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.05～0.4％的紫外光稳定剂。所述紫外光稳定剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％或0.4％。

优选地，所述紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯(UV770)。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.05～0.4％的辅助抗氧剂。所述辅助抗氧剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯(TNP)和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)(TBP)酯的混合物，优选地，两者的比例范围为：三(4-壬基酚)亚磷酸酯60～100％，亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯40～0％且不为0。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.05～0.4％的增粘剂。所述增粘剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(Z-6030)。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括0.05～0.4％的抗酸剂。所述抗酸剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述抗酸剂为硬脂酸钙(CaSt₂)。

优选地，所述EVA封装胶膜的原料包括2～8％的防溢胶填料。所述防溢胶填料的含量例如为2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％或7.5％。

优选地，所述防溢胶填料为超细玻璃纤维(Super GF)。

优选地，一种太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料制备得到：

其中，所述EVA中VA含量为26～33％，交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯(TBEC)，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)的混合物，白色颜料为钛白粉(TiO₂)，紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV531)，紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯(UV770)，辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯(TNP)和 亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)(TBP)酯的混合物，增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(Z-6030)，阻燃剂为磷酸三苯酯(TPP)、纳米碳酸钙(Nano CaCO₃)和纳米氢氧化镁(Nano Mg(OH)₂)三者的混合物，抗酸剂为硬脂酸钙(CaSt₂)，防溢胶填料为超细玻璃纤维(Super GF)。

在本发明中，各组分的含量均以EVA封装胶膜的原料质量之和为计算基准，各组分的含量为，各组分的质量占EVA封装胶膜的原料质量之和的质量百分比。不管EVA封装胶膜包含何种组分，所述各组分的含量之和均为100％。

本发明的阻燃型白色EVA封装胶膜的层压工艺与常规EVA相同，工艺温度140～145℃，总层压时间在16～20min，交联度在70～95％。

本发明的目的之二在于提供一种阻燃型双玻光伏组件，所述组件包括依次叠加的浮法玻璃、如上所述的太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜、电池片、透明型EVA封装胶膜(可通过已有技术得到)以及压花玻璃。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过采用磷酸三苯酯(TPP)、纳米碳酸钙(Nano CaCO₃)和纳米氢氧化镁(Nano Mg(OH)₂)三种阻燃剂按一定比例复配，相互之间补充了各自的阻燃缺陷与不足，能产生协同阻燃效果，使EVA胶膜达到最佳阻燃效果，用于双玻光伏组件的封装，双玻光伏组件防火等级达到Class A的要求。此外，使用阻燃型白色EVA封装胶膜来封装双玻光伏组件，直接在双玻光伏组件端完成了Class A高等级防火设计，满足了客户的简单化安装诉求，减少了双玻光伏组件安装中不必要的麻烦。

另外，本发明通过采用上述技术方案，使得到的EVA封装胶膜还具有如下性能：

(1)有较强的耐候性，应用在双玻光伏组件上，可满足质保30年的要求； (2)层压固化速度满足组件常规工艺要求；(3)在电池正面无溢胶现象；(4)体积电阻率高于10¹⁴Ω.cm；(5)收缩率控制在2.5％以下；(6)与玻璃粘结性能高于60N/cm；(7)组件湿漏电阻高于200MΩ；(1000V系统电压下)(8)较强的耐湿热性能，湿热老化1000h，黄变指数小于3；(9)较强的耐紫外性能，紫外老化200KWh/m²，黄变指数小于3；(10)与其它材料如背板、玻璃、焊带、电池片、助焊剂的相容性好。

附图说明

图1是阻燃级别Class A和Class C防火性能评价图，其中(A)为阻燃级别Class A，(B)为阻燃级别Class C。

图2是在阻燃型双玻光伏组件示意图，其中，1-浮法玻璃，2-太阳能光伏阻燃型白色EVA封装胶膜，3-电池片，4-透明型EVA封装胶膜，5-压花玻璃。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为了验证本发明阻燃型白色EVA封装胶膜的各项性能，以下采用第1-4共四组数据配得的4组阻燃型白色EVA封装胶膜分别进行了试验，每组EVA封装胶膜的具体成分和配比如下表所列，其中各组分的含量表示方法为：每100质量份的EVA，其他组分添加的质量份：

根据上述10组阻燃型白色EVA封装胶膜的相关数据，经过试验得到该4组阻燃型白色EVA封装胶膜的如下参数：

将1～10组EVA封装胶膜封装常规双玻光伏组件，测得组件各项性能如下：

由上述参数可知，阻燃EVA封装胶膜的各项性能随阻燃体系的变化而变化，其中第3组EVA各项性能参数较为平衡。

此外，通过第1组与第5～10组比较可知，磷酸三苯酯、纳米碳酸钙以及纳米氢氧化镁三者存在协同效应，第1组的封装胶膜的综合性能(阻燃性能、抗拉强度、断裂伸长率、体积电阻率、击穿电压、反射率和收缩率)显著地优于第5～10组。此外，将该封装胶膜用于封装组件，也可以得到综合性能(CTM、防火等级、初始湿漏电阻、初始漏电流等)优异的封装组件，其综合性能显著优于第5～10组。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。