本发明属于光伏装备背板制造技术领域，涉及一种三层结构水汽阻隔膜及其制备方法。
背景技术：
在太阳能领域，太阳能背板位于组件背面的最外层，对电池片起到保护和支撑作用。一般来讲背板应具有可靠的电气绝缘性、水汽阻隔性和良好的耐老化性。为了使太阳能电池保持最佳的工作状态并维持25年的使用寿命，优异的水汽阻隔性成为衡量背板性能好坏的重要指标之一。若太阳能背板水汽阻隔性不良，水汽通过背板渗透进入封装体系内部会影响封装胶膜的粘接性，造成背板与封装胶膜脱层，使电池片被氧化从而严重降低电池片发电效率和组件的使用寿命。
目前，光伏市场中出现的背板一般均具为三层结构(pvdf/pet/pvdf)，外层保护层聚偏氟乙烯(pvdf)膜层具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)膜层具有良好的绝缘性能，内层pvdf与eva具有良好的粘接性能。光伏背板的种类比较多，不同厂家、不同结构会有不同的命名方法，例如：tpt、tpe、kpk、kpe、aaa、pet、ppe、fpf、fpe等等不同的背板名称。其中：t为指杜邦公司的聚氟乙烯(pvf)薄膜，商品名为tedlar；k指arkma公司生产的pvdf专利商标名为k(kynar)；p为指pet薄膜-聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(背板的骨架)；e为指eva(va含量较低)，或者聚烯烃po；a为改性聚酰胺(简称pa，nylon)isovolta开发有aaa结构背板；f为指氟碳涂料：ptfe(聚四氟乙烯)涂料；pvdf(聚偏氟乙烯)涂料；feve氟乙烯与乙烯基醚的共聚物。当然很多涂料型背板厂家为了强调自己产品的质量好，也自称f为“t”。
根据市售背板的特点，在不影响现有背板的性能的情况下，pet依旧是最好的背板制备的基材，而提高pet的阻水性能又是背板使用的重中之重，所以如何进一步提高pet的阻水能力，是一个重要研究内容。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种三层结构水汽阻隔膜，具有较好的水汽阻隔性以及良好的热稳定性和机械性能，可以替代现有的背板材料中的pet基材。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种三层结构水汽阻隔膜，所述三层结构水汽阻隔膜包括中间芯层，以及分别设置于所述中间芯层的上下两侧的聚对苯二甲酸乙二醇酯层，所述中间芯层由聚酯、聚烯烃和相容剂的共混物制备得到。
所述中间芯层按重量百分比计，由以下物质组成：
聚酯10～30％
聚烯烃65～85％
相容剂1～10％。
其中，所述中间芯层按重量百分比计，由以下物质组成：
聚酯10～30％，例如聚烯烃的重量百分比为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％。
聚烯烃65～85％，例如聚烯烃的重量百分比为65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％。
相容剂1～10％，例如聚烯烃的重量百分比为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。
其中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丙二醇酯中的一种或至少两种的混合物。所述混合物典型但非限制的组合为聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物，1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物，聚对苯二甲酸乙二醇酯、1,4环己烷二甲醇聚酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丙二醇酯的混合物。
其中，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物和环烯烃中的一种或至少两种的混合物。所述混合物典型但非限制的组合为聚乙烯、聚丙烯的混合物，聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物的混合物，聚乙烯、环烯烃的混合物，聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物的混合物，聚丙烯、环烯烃的混合物，乙烯-丙烯共聚物和环烯烃的混合物，聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物的混合物，聚乙烯、聚丙烯、环烯烃的混合物，聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物和环烯烃的混合物，聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物和环烯烃的混合物。
除此以外，所述的聚烯烃还可以为上述单个聚烯烃或聚烯烃的混合物与聚烯烃弹性体的混合物。例如聚乙烯与聚烯烃弹性体的混合物，聚丙烯与聚烯烃弹性体的混合物，乙烯-丙烯共聚物与聚烯烃弹性体的混合物，环烯烃与聚烯烃弹性体的混合物，或者聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物和环烯烃中至少两种混合物与聚烯烃弹性体的混合物，在此不一一列举。
其中，所述相容剂为聚乙烯-g-马来酸酐、聚丙烯-g-马来酸酐、乙烯-丙烯共聚物-g-马来酸酐、聚乙烯-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯共聚物-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚烯烃弹性体-g-马来酸酐、二元乙丙橡胶-g-马来酸酐、三元乙丙橡胶-g-马来酸酐、乙烯-醋酸乙酯共聚物-g-马来酸酐、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物-g-马来酸酐、乙烯-丙烯酸酯共聚物-g-马来酸酐、丁苯橡胶-g-马来酸酐、聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯-g-马来酸酐、聚苯乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯-g-马来酸酐、聚烯烃弹性体-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、二元乙丙橡胶-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、三元乙丙橡胶-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-醋酸乙酯共聚物-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-丙烯酸酯共聚物-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、丁苯橡胶-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚苯乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或至少两种的混合物。
本发明中，所述中间芯层的厚度为50～250μm，例如中间芯层的厚度为50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm。
优选地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度为25～50μm，即每一层聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度为25～50μm，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度为25μm、26μm、27μm、28μm、29μm、30μm、31μm、32μm、33μm、34μm、35μm、36μm、37μm、38μm、39μm、40μm、41μm、42μm、43μm、44μm、45μm、46μm、47μm、48μm、49μm、50μm。
本发明所述三层结构水汽阻隔膜的长期耐热性温度指数在不小于105℃。
本发明的目的之二在于提供一种三层结构水汽阻隔膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)以聚酯、聚烯烃和相容剂为原料共混后得到共混物；
2)以步骤1)得到共混物作为中间芯层的材料，在所述中间芯层的上下两侧分别铺设聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，经挤出、成膜后得到所述三层结构水汽阻隔膜。
所述成膜的方式为双向拉伸成膜、单向拉伸成膜和流延成膜中的一种。
作为本发明的优选方案，三层结构水汽阻隔膜的制备方法包括如下步骤：
1)按重量百分比计，称取10～30％的聚酯、65～85％的聚烯烃、和1～10％的相容剂，共混后得到共混物；
2)以步骤1)得到共混物作为中间芯层的材料，在所述中间芯层的上下两侧分别铺设聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，经挤出、成膜后得到所述三层结构水汽阻隔膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的三层结构水汽阻隔膜，上下两层为聚对苯二甲酸乙二醇酯层(pet层)，最大限度维持了表面的元素成分和结构特征与传统pet材料相一致，不用改变现有工艺就可以进行表面涂布处理或表面贴合处理；中间芯层结构中主要成分为聚烯烃，这样就可以大幅度地提高现有pet材料的阻隔水汽的性能；而聚酯与聚烯烃共混，可以提高中间芯层的耐热性和机械性能，同时可以提高与pet层的粘接性；相容剂的作用在改善聚酯和聚烯烃的相容性的同时，提高中间芯层与pet层的粘接性，其中，纵向(md)拉伸强度在38mpa以上，横向(td)拉伸强度在32mpa以上，纵向断裂拉伸率最高达210％，横向断裂拉伸率最高达180％，最低水汽透过率为0.9g/m2·day，纵向热收缩率最低为0.03％，横向热收缩率最低为0.09％，长期耐热性温度指数(ti)≥105℃。
(2)本发明的三层结构水汽阻隔膜的制备方法，工艺简单，制得的三层结构水汽阻隔膜具有很高的水汽阻隔性以及良好的热稳定性和机械性能，可以替代现有光伏背板领域中的背板材料pet基材。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
本发明的三层结构水汽阻隔膜，三层结构水汽阻隔膜包括中间芯层，以及分别设置于中间芯层的上下两侧的聚对苯二甲酸乙二醇酯层，中间芯层由聚酯、聚烯烃和相容剂的共混物制备得到。
本发明的三层结构水汽阻隔膜的制备方法，制备方法包括如下步骤：
1)以聚酯、聚烯烃和相容剂为原料共混后得到共混物；
2)以步骤1)得到共混物作为中间芯层的材料，在中间芯层的上下两侧分别铺设聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，经挤出、成膜后得到三层结构水汽阻隔膜。
下面通过实施例来验证本发明实施例制备的三层结构水汽阻隔膜具有高水汽阻隔性，良好的热稳定性和机械性能。
三层结构水汽阻隔膜阻隔水汽的能力，通过水蒸气透过量实验来确定，测试水蒸气透过量所使用的的仪器为美国mocon透湿仪。其中，水蒸气透过量越低，说明水汽阻隔能力越强；水蒸气透过量越高，说明水汽阻隔能力越弱。
三层结构水汽阻隔膜的热稳定性通过测试md和td方向的热收缩率来进行衡量，测试热收缩所使用的的仪器为尼康二次元。其中，收缩率越小，说明热稳定性越好。
三层结构水汽阻隔膜的机械性能通过md和td方向拉伸强度和断裂拉升率来进行衡量，测试机械性能所使用的仪器为为电子万能试验机ags-x岛津。其中，拉伸强度和断裂拉升率越大，说明薄膜的机械性能越好。
实施例1
本实施例的中间芯层的配比为聚对苯二甲酸乙二醇酯100g、聚丙烯850g、聚乙烯-g-马来酸酐50g，通过双向拉伸成膜制备三层结构水汽阻隔膜。其中，上下层聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度均为25μm，中间芯层的厚度为150μm。
实施例2
本实施例的中间芯层的配比为聚对苯二甲酸丁二醇酯300g，聚乙烯690g，聚丙烯-g-马来酸酐10g，通过单向拉伸成膜制备三层结构水汽阻隔膜。其中，上下层聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度均为25μm，中间芯层的厚度为250μm。
实施例3
本实施例的中间芯层的配比为聚对苯二甲酸丙二醇酯250g，乙烯-丙烯共聚物650g，乙烯-丙烯酸酯共聚物-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯100g，通过流延成膜制备三层结构水汽阻隔膜。其中，上下层聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度均为50μm，中间芯层的厚度为50μm。
实施例4
本实施例的中间芯层的配比为聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯150g，环烯烃800g，聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯-g-马来酸酐50g，通过双向拉伸成膜制备三层结构水汽阻隔膜。其中，上下层聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度均为25μm，中间芯层的厚度为200μm。
实施例5
本实施例的中间芯层的配比为1,4环己烷二甲醇聚酯200g，聚丙烯750g，聚烯烃弹性体-g-甲基丙烯酸缩水甘油酯50g，通过流延成膜制备三层结构水汽阻隔膜。其中，上下层聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度均为35μm，中间芯层的厚度为150μm。
对比例
通过双向拉伸法制备厚度为150μm的pet薄膜。
表1
与对比例制得的pet薄膜相比，本发明制得的三层结构水汽阻隔膜在具备水汽阻隔的能力下，还具有良好的热稳定性和机械性能，其中，纵向(md)拉伸强度在38mpa以上，横向(td)拉伸强度在32mpa以上，纵向断裂拉伸率最高达210％，横向断裂拉伸率最高达180％，最低水汽透过率为0.9g/m2·day，纵向热收缩率最低为0.03％，横向热收缩率最低为0.09％，长期耐热性温度指数(ti)≥105℃。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。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。