摘要:对光伏组件封装EVA胶膜进行了热空气老化研究。将EVA胶膜置于不同温度下进行热空气老化,测试了老化过程中EVA的抗拉强度、透光率和黄度指数,采用FT-IR、GPC、DSC技术对老化后的EVA进行分析。结果表明,随着老化的进行,EVA的抗拉强度快速下降,老化温度越高,抗拉强度下降越快,甚至完全失效,失去弹性;老化过程中EVA会变黄,透光率逐渐下降;老化失效原因主要是发生氧化降解, EVA的交联网状结构破坏,进而失去力学性能。 光伏组件长期暴露于光、热、氧、水等复杂环境中,这就要求组件材料具有良好的耐热、耐紫外、耐水、耐氧化等综合性能。组件中的封装材料起到固定、保护电池片的作用,目前光伏组件中最常用封装材料是EVA(乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物),它具有良好的透光性、 粘结性、操作性、价格便宜,但是该材料自身化学结构不稳定,在紫外环境下容易降解,并且分子结构中存在叔氢和醋酸酯, 容易被氧化和水解,虽然EVA在组件内部,但是氧气、水汽仍会透过组件的背板进入封装材料,对封装材料造成氧化、腐蚀,尤其在高温环境下,这种氧化、腐蚀会进行得更快,从而导致EVA在使用过程中常出现黄变、脱层、气泡、腐蚀电极等现象,严重影响组件的性能和使用寿命。 提高EVA耐候性能的主要方法是在EVA胶膜中添加紫外吸收剂、紫外稳定剂、抗氧化剂和交联剂等,其中,原材料的选用、配方设计是关键,目前生产EVA胶膜的厂家较多,但是产品质量参差不齐,耐热氧老化、紫外、湿热等性能差异较大,本文选用国内外最常用的EVA胶膜进行热空气老化实验,研究了力学性能、透光性和热学性能的变化,并采用FT-IR、GPC、DSC对老化过程中的EVA胶膜的老化失效原因进行分析,为EVA的选用和改进提供指导意义。 1 实验部分 1.1 主要原材料 国产某EVA胶膜(1#EVA)和进口某EVA胶膜(2#EVA)。 1.2 主要设备 层压机、电热恒温鼓风干燥箱、 WDW-1型微机控制电子万能试验机、 PerkinElmerLambda650紫外-可见分光光度计、 傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)、差示扫描量热仪(DSC)。 1.3 试验方法 样品制备:将EVA胶膜放入规定温度的层压机中层压,交联度>85%。热空气老化:将层压好的EVA胶膜放入不同温度的电热恒温鼓风干燥箱中进行老化,每隔一段时间后取出进行拉伸强度测试。 1.4 测试分析 抗拉强度测试:依据GB/T1040-2006,哑铃型试样,宽6.0mm,厚0.5mm,拉伸速率500mm/min。VA含量测试:皂化法。 FT-IR测试:ATR法,NICOLETIs10型傅立叶红外光谱仪。 GPC测试:四氢呋喃流动相,美国waters1515。DSC测试:NETZSCHDSC200F3差示扫描量热仪。透光率测试:依据GB/T2410-2008,测试380-780nm范围透光率,PerkinElmerLambda650紫外-可见分光光度计。 黄度指数测试:依据ASTMD1925-70,PerkinElmerLambda650紫外-可见分光光度计。 2 结果与讨论 2.1 热空气老化对EVA力学性能的影响 将国产1#EVA和进口2#EVA置于90℃、 110℃、120℃、130℃下进行老化,老化过程中的抗拉强度测试结果如图1和2所示。
图1、图2可以看出,随着老化的进行,EVA的抗拉强度均有明显的下降,并且老化温度越高,抗拉强度下降速度越快;1#EVA抗老化性能较差,130℃下,仅12小时,胶膜就发粘、失去弹性,120℃下也仅52小时就失去弹性,110℃下,200小时后胶膜失去弹性,90℃时,在老化初期,抗拉强度略有升高,这是因为层压后的EVA往往不能完全交联,在老化初期胶膜会继续交联,所以抗拉强度有所提高,老化进行到800小时后,胶膜同样失去弹性;2#EVA的抗拉强度较1#EVA高,抗老化性能也较好,在130℃下老化100小时,抗拉强度仍然保持原有的70%,90℃下老化800小时,抗拉强度保持原有的85%,这可能是因为该EVA的分子量(如表1)较大,分子链段的运动能力会受到阻碍而下降,从而降低自由基形成、链转移等反应活性,所以高分子量的EVA具有较好的耐热老化性能,光伏组件长期在高温环境下使用应选用分子量较大的EVA胶膜。 |