一种适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法，并涉及其 在太阳能电池保护膜的应用。
【背景技术】
[0002] 在全球气候变暖，生态环境恶化的大背景下，寻找化石能源的替代品，改善能源结 构成为了各国关注的焦点。在诸多清洁能源备选方案中，太阳能以清洁、安全、资源充足等 特点被认为是未来最具发展潜力的能源之一，受到世界各国极大的重视与支持。
[0003]目前对于太阳能的开发和利用，最具有代表性的是太阳能电池，它是一种具有自 产性及环保性的干净能源，其通过半导体材料对入射光的敏感性来对应地产生带负电的电 子及带正电的电洞，接着因电位差或电荷浓度差，使电子移动至负电极且电洞移动至正电 极，进而产生电能。一般来讲，太阳能电池是安置在外部的，具体的说设置于物体的外墙或 屋顶直接暴露在日光下，以使其效能最大化。由于太阳能电池长期暴露于外部环境下，因此 对作为用于保护太阳能电池组件的保护膜提出的严格的要求，诸如低线性膨胀系数、优良 的气密性、高透光率、极好的表面平整性及优良的耐热性与耐化学性等。
[0004]传统的太阳能电池保护膜例如玻璃基板，因其低抗震性而容易破裂，且密度高重 量大不适于作为光伏汽车中太阳能电池的保护膜使用，而主要使用的乙烯四氟乙烯共聚物 (ETFE)，由于该高分子聚合物带有乙烯基，化学活性相对较高，耐候、耐刮等性能相对较差。 中国专利文献CN102468353A公开了一种太阳能光伏电池组件背板复合膜及其制备方法， 其由七层材料复合而成，其中以聚四氟乙烯膜经过低温等离子表面处理后，在薄膜上下表 面生成了亲水膜，由此PTFE薄膜表面的可粘性大幅增强，这使它与PET膜层有良好的粘接 性能，同时也使本背板复合膜能更稳定的与太阳能光伏电池胶膜固连，提高太阳能光伏电 池整体的稳定性。上述研究为太阳能电池保护膜提供了更为廉价易得到的材料-聚四氟乙 烯，但该专利文献对于PTFE薄膜的处理仅仅适用于背板复合膜，由于背板并不需要阳光， 因此透明度不高的PTFE薄膜可满足背板薄膜的需要，但对于太阳能电池的封装前膜并不 适用，其原因在于，太阳能电池是利用太阳光的照射产生电能，其入射光的强度和多少直接 影响着太阳能电池的性能，上述专利文献中的PTFE薄膜透光性差，其阳光入射少，太阳能 的转化利用率太低。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术中PTFE薄膜由于透光性较差无法作为封装前膜使用的技术问 题，本申请提供了一种适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法及其应 用。
[0006] 为此，本申请采取的技术方案为，
[0007] -种适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法，包括，
[0008] (1)向煤油中加入表面活性剂，搅拌均匀后加入环氧树脂，继续搅拌混匀后再加入 聚四氟乙烯树脂粉末，搅拌均匀得到混合料；
[0009] (2)在10_18°C恒温条件下，将步骤⑴制备得到混合料匀速搅拌，搅拌速度为每 分钟20-80转，得到第二混合料；
[0010] (3)在5-30°C的恒温条件下，将步骤（2)处理得到的第二混合料置于惰性气氛中 恒温熟化得到熟化料；
[0011] (4)将步骤（3)得到的熟化料，预压成型得到模成品；
[0012] (5)将步骤（4)得到的模成品静置l-48h后，进行热处理，温度从常温升到320°C 时保持升温速度为10_20°C/min，320°C到330°C升温速率5-6°C/min，之后保温lh;再从 330°C升温到370°C，升温速率10°C/min，之后保温30h;
[0013] (6)将经过步骤（5)处理得到的模成品，使用_5°C~5°C7K，急速冷却30min，自然 烘干；
[0014] (7)对经过步骤（6)低温处理后的样品进行切片，切片厚度为50-100μπι;
[0015] (8)使用氢等离子体对所述步骤（7)处理后的切片进行等离子改性，并用臭氧等 离子体进行羟基改性；
[0016] (9)将经过步骤⑶改性后的切片，在真空度为3.5X103Pa的条件下升温至 148°C，形成适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜；
[0017] 上述的所述的适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法，在所述 步骤（1)中，聚四氟乙烯树脂粉末的纯度不小于99. 9%，结晶度不大于60%，平均分子量为 700-1000 万，粒径 0· 1-0. 2μm。
[0018] 上述的所述的适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法，在所述 步骤（1)中，表面活性剂是甲苯、已二醇、乙酸乙酯、多烯基丁二酰亚胺、含氟表面活性剂中 的一种或几种；环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
[0019] 上述的所述的适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法，，在所 述步骤（4)中，成膜压力为20-90MPa，成膜时间为1~lOmin，保压时间5~20min。
[0020] 上述的所述的适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的制备方法，在所 述步骤⑴中，聚四氟乙烯树脂粉末、煤油、表面活性剂、环氧树脂的质量比为100 :(4-7): (0· 15-0. 2) : (2. 5-3)。
[0021] 上述任一种适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜的应用。
[0022] 上述任一种适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜在制备光伏汽车用耐 候型太阳能电池中的应用。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有如下优点。
[0024] (1)本申请以聚四氟乙烯作为制备太阳能电池保护膜的原料，聚四氟乙烯（PTFE) 是一种白色蜡状的直链晶形热塑性塑料。由于分子结构中每个碳原子链接的氟原子在构象 上完全对称，分子中没有亲水性基团和光敏基团，其防潮、耐候性能好。C-F键的键能高且稳 定，氟原子比氢原子的范德华半径大，故氟原子完全的取代使聚四氟乙烯形成螺旋形结构， 惰性的螺旋形全氟"圆柱外壳"加之聚合物的非极性和结晶结构，PTFE拥有优异的耐化学腐 蚀性能，绝大多数非氟强酸、强碱、强氧化剂及盐类对之皆无影响。
[0025] (2)本申请以煤油作为第二混合料的溶剂，利于聚四氟乙烯分子的优化排列，提高 成膜效果，本申请以采用环氧树脂为双酚A环氧树脂，有利于成膜后膜的固化。并且在原料 混合均匀后，再次进行缓慢的搅拌，在此过程中存在冷热态的转变，促进分子链结构优化。 并辅以熟化、等压成型、高温热处理，低温热处理等的改性方法得到的以聚四氟乙烯为主要 材料制成的透明前膜，透光性好，在400nm到750nm下透光性能达到90%以上，完全可以满 足光伏汽车对封装前膜的性能需求，使用寿命长，耐摩擦磨损划伤，并有出色的机械性能。 通过采用特定的程序升温方式更有助于提高分子结构的定型性能，改善分子的结构。采用 等离子体对切片进行改性处理，其作用在于提高切片的表面活性，以增强其粘结强度，实现 聚四氟乙烯膜与光伏电池之间的有力粘结。
【具体实施方式】
[0026] 实施例1
[0027] 1、将聚四氟乙烯树脂粉末、煤油、甲苯和多烯基丁二酰亚胺形成的表面活性剂 (质量比1 :1)、双酚A型环氧树脂按质量比为（100:4:0. 2 :3)混合，加料的顺序为：先 将表面活性剂加入混合溶剂中搅拌lOmin，再加入环氧树脂，搅拌lOmin，混匀之后加入 聚四氟乙烯，再混合均匀形成混合料；本步骤中聚四氟乙烯树脂纯度为99. 9%、结晶度 (< 70% )、粒径为0. 1~0.2μm，平均分子量为800万；所述煤油中异构烷烃总量为 90wt%，正烷烃总量为8wt% ;
[0028] 2、搅拌将步骤1形成的混合料在18°C恒温条件下，匀速搅动0. 5小时，使之混合充 分得到第二混合料，本步骤中搅拌速度为每分钟20转；
[0029] 3、熟化将步骤2混合好的第二混合料，装入恒温箱中在18°C，惰性气氛中恒温12 小时得到熟化料；
[0030] 4、模压成型将步骤3得到的熟化料装入模压机中，预压成型的压力65MPa，成膜时 间为lOmin，保压时间20min，脱模得到模成品；
[0031] 5、高温热处理将步骤4脱模得到的膜成品静止36h，放入热处理炉中，常温到 320°C，升温速率20°C/min，320°C到330°C升温速率5°C/min，到达330°C后保温lh，再从 330°C到370°C升温速率10°C/min，到达370°C后保温30h;
[0032] 6、低温热处理将步骤5处理后的模成品，使用-5°C水，急速冷却30min，然后自然 烘干；
[0033] 7、切片对经过步骤6低温热处理后的样品进行切片，切片厚度为50μπι;
[0034] 8、等离子处理使用氢等离子体对步骤7处理后的切片进行等离子改性后，再采用 臭氧等离子体进行羟基改性；
[0035] 9、将步骤8改性后的切片，放入真空室，真空度降至3. 5X10 3Pa以下，并升温至 148°C，形成适用于太阳能电池保护膜的聚四氟乙烯改性膜；