一种太阳能光伏边框用铝合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及光伏发电领域，具体是一种太阳能光伏边框用铝合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着低碳可再生太阳能的开发与推广，大量的光伏板组件被推出，目前光伏板组件中普遍采用铝合金材料制作边框，起到固定、密封电池组件，起到保护边缘、加强组件密封性及提高整体机械强度的作用，有利于光伏组件的运输和安装。

2、近年来，为降低生产成本，铝合金材料作为光伏边框材料的壁厚在不断减薄，但是户外的光伏组件大多需应对恶劣服役环境，需要具有较高的机械强度及抗腐蚀能力，因此现有市场通常采用阳极氧化提高其表面的耐腐蚀性，但是单一阳极氧化得到的氧化膜在潮湿环境中耐腐蚀性较差，且户外的光伏组件也面临着化学腐蚀、微生物污损、冰霜堆积等问题，后续的除冰保养等工作通常需要较大的成本投入。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能光伏边框用铝合金材料及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种太阳能光伏边框用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：取6005铝合金作为铝合金本体，喷砂、碱洗、酸洗、干燥，得到待处理铝合金；

5、s2：将待处理铝合金放入草酸电解液中进行低温阳极氧化，得到阳极氧化铝合金；

6、s3：用乙烯基金属有机框架、乙烯基聚硅氧烷制备杂化硅氧烷；

7、s4：将阳极氧化铝合金放入杂化硅氧烷溶液中，进行一次真空浸渍处理，得到改性铝合金；

8、s5：用杂化硅氧烷、缩水甘油糠醚、呋喃环改性复合二氧化硅微球、n-(4-氟苯基)马来酰亚胺制备防护浸渍液；

9、s6：将改性铝合金放入防护浸渍液中，进行二次真空浸渍处理，得到一种太阳能光伏边框用铝合金材料。

10、本发明中先采用低温阳极氧化对6005铝合金进行表面处理，得到具有多孔微纳米结构的氧化膜层，用杂化硅氧烷将阳极氧化铝合金表面硅烷化，采用一次真空浸渍处理可以使杂化硅氧烷钻入铝合金表面的微纳米孔洞中，增强铝合金表面的抗腐蚀性，同时增强铝合金与防护浸渍液形成的涂层之间的连接强度，然后采用二次真空浸渍处理将具有低表面能的防护浸渍液充分填充进改性铝合金表面的多孔结构，从而在铝合金表面构建超疏水表面，通过对防护浸渍液中成分的设计，使防护浸渍液形成的涂层具有自修复性，从而赋予铝合金超疏水表面优秀的机械耐久性。

11、进一步的，碱洗的工作条件为：浓度为25g/l的氢氧化钠超声碱洗3-5min；酸洗的工作条件为：质量分数为25％硝酸超声酸洗1-3min。

12、进一步的，低温阳极氧化的工作条件为：电压为35-48v，时间为50-70min；草酸电解液的浓度为3-4％，温度为0℃。

13、通过控制阳极氧化的电解参数及所用电解液成分，在铝合金表面得到均匀蜂窝状微纳米孔，为杂化硅氧烷、防护浸渍液与铝合金的结合提供通道。

14、进一步的，杂化硅氧烷溶液的组成为：以去离子水为溶剂，其中乙醇的质量分数为20-24％，杂化硅氧烷的质量分数为10-12％；一次真空浸渍处理的工作条件为：将阳极氧化铝合金放在真空度10-1pa的环境中保持70-80min，加入杂化硅氧烷溶液，填充氮气至压力为1.2mpa，在18-25℃下保持15-30min，取出后在90℃保温1h。

15、本发明中为提高硅氧烷与铝合金的结合力，用乙烯基硅氧烷和锌基有机框架为主要原料，制备了硅氧烷和锌基有机框架共聚杂化的多孔硅氧烷，从而大幅提升硅氧烷的吸附性、热稳定性及抗腐蚀性，从而改善铝合金表面的抗腐蚀能力。

16、进一步的，杂化硅氧烷的制备包括以下步骤：

17、1)将氯化锌、n,n-二甲基甲酰胺、乙酸混合，超声震荡20-30min，加入2-氨基对苯二甲酸，转移到反应釜中，在115-120℃保温20-22h，离心，用n,n-二甲基甲酰胺洗涤，在三氯甲烷中浸泡1-2d，离心，用三氯甲烷洗涤3-5次后，干燥，得到锌基有机框架；

18、2)将锌基有机框架、三氯甲烷混合，超声震荡20-30min，加入甲基丙烯酸酐、十六胺，升温至50-55℃保温44-46h，离心，用三氯甲烷洗涤3-5次，干燥，得到乙烯基金属有机框架；

19、3)将乙烯基硅氧烷、丙酮混合，加入乙酸，在35-40℃下保温70-72h，然后在丙酮和二氯甲烷的混合溶液中重结晶，干燥，得到乙烯基聚硅氧烷；

20、4)将乙烯基金属有机框架、乙烯基聚硅氧烷、偶氮二异丁腈、四氢呋喃混合，升温至55-60℃保温10-12h，冷却后旋蒸除去溶剂，得到杂化硅氧烷。

21、在硅氧烷中引入锌基有机框架进行修饰，在协同硅氧烷增强与铝合金表面结合力度的同时，可以大幅增强铝合金表面的抗腐蚀能力及自清洁能力，将锌基有机框架进行乙烯基功能化，然后与乙烯基硅氧烷通过自由基共聚合进行共价结合，从而得到硅氧烷和锌基有机框架共聚杂化的多孔硅氧烷。

22、进一步的，二次真空浸渍处理的工作条件为：将改性铝合金放在真空度10-1pa的环境中保持70-80min，加入防护浸渍液，使阳极氧化铝合金浸渍在防护浸渍液中，填充氮气至压力为1.2mpa，在18-25℃下保持1-2h，取出后在70-80℃下保温10-12h。

23、进一步的，防护浸渍液的制备包括以下步骤：将杂化硅氧烷、缩水甘油糠醚、n,n-二甲基甲酰胺混合，加入呋喃环改性复合二氧化硅微球、n-(4-氟苯基)马来酰亚胺，升温至80℃保温11-12h，得到防护浸渍液。

24、进一步的，防护浸渍液中杂化硅氧烷、缩水甘油糠醚、呋喃环改性复合二氧化硅微球的质量比为2：10：0.4。

25、进一步的，呋喃环改性复合二氧化硅微球的制备包括以下步骤：

26、(1)将去离子水、浓氨水和无水乙醇混合，加入正硅酸四乙酯，超声搅拌12-14h，离心、洗涤，得到二氧化硅微球；将二氧化硅微球、无水乙醇混合，加入浓氨水、十六胺超声搅拌10-20min，然后加入钛酸四异丙酯，继续搅拌1-2h，离心、洗涤，加入无水乙醇混合，转移到反应釜中，升温至155-160℃保温10-12h，得到以二氧化钛为壳层的二氧化硅微球，即复合二氧化硅微球；

27、(2)将复合二氧化硅微球、乙醇混合，超声分散10-15min，加入3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷与30ml去离子水的混合液，65-70℃下保温5-6h，离心，用去离子水与乙醇清洗3-5次，干燥，得到氨基化复合二氧化硅微球；将氨基化复合二氧化硅微球、缩水甘油糠醚、n,n-二甲基甲酰胺混合，升温至90℃保温4-5h，离心，干燥，得到呋喃环改性复合二氧化硅微球。

28、本发明的有益效果：

29、本发明提供一种太阳能光伏边框用铝合金材料及其制备方法，对铝合金依次进行低温阳极氧化处理、一次真空浸渍处理、二次真空浸渍处理，通过对添加原料的成分设计，使铝合金表面形成的防护层具有自修复性，从而赋予铝合金超疏水表面优秀的机械耐久性，使制备的铝合金材料具有优异的自清洁、防腐、防污、抗冻性能，应用于光伏组件可以起到延长光伏组件寿命的作用。

30、本发明在硅氧烷中引入锌基有机框架进行修饰，在协同硅氧烷增强与铝合金表面结合力度的同时，可以大幅增强铝合金表面的抗腐蚀能力，将锌基有机框架进行乙烯基功能化，然后与乙烯基硅氧烷通过自由基共聚合进行共价结合，从而得到硅氧烷和锌基有机框架共聚杂化的多孔硅氧烷，从而大幅提升硅氧烷的吸附性、热稳定性，改善铝合金表面的抗腐蚀能力。

31、本发明中引入二氧化钛、二氧化硅来增强防护层的自清洁性，但是二氧化钛、二氧化硅直接共混作为防护层原料存在易团聚问题，本发明中先制备以二氧化钛为壳层的二氧化硅微球，然后将其氨基化后利用缩水甘油糠醚在其末端进行咲喃接枝，得到呋喃环改性复合二氧化硅微球，从而改善其在防护层中分散的均匀性，然后通过杂化硅氧烷、呋喃环改性复合二氧化硅微球与n-(4-氟苯基)马来酰亚胺的马来酰亚胺基团之间发生da反应制备可热致自修复超疏水防护层，且杂化硅氧烷中金属有机框架与二氧化钛、二氧化硅在实现防护层污染后的光降解存在协效作用。