助劑對EMMA膠膜性能的影響研究

徐迪均，繆永建，趙恢強，劉若望，張 東

（溫州大學應用化學研究所，浙江 溫州 325035）

助劑對EMMA膠膜性能的影響研究

徐迪均，繆永建，趙恢強，劉若望，張 東

（溫州大學應用化學研究所，浙江 溫州 325035）

本文研究了交聯(lián)劑等助劑對乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（EMMA）膠膜性能的影響。通過正交試驗確定EMMA膠膜最優(yōu)性能的助劑配比是：交聯(lián)劑含量0.5%、助交聯(lián)劑含量0.5%、偶聯(lián)劑含量0.2%、光穩(wěn)定劑含量0.1%。在最優(yōu)配方的基礎上比較了EMMA膠膜與EVA膠膜的性能。結(jié)果表明，EMMA膠膜的性能高于EVA膠膜，其剝離強度提高31.3%，體積電阻率提高85.7%。

EMMA；助劑；交聯(lián)度；體積電阻率；剝離強度

目前，市場上主要的太陽能光伏電池封裝材料是 EVA 樹脂，但是 EVA 樹脂較差的耐候性能與粘接性能，難以滿足未來市場對封裝膠膜越來越高的性能要求。EMMA樹脂以其突出的粘接性能和耐老化性能，成為最具潛力的替代產(chǎn)品之一。

EVA、EMMA分子是具有很強的熱脹冷縮性質(zhì)的熱塑性高分子材料，在封裝前需要先進行交聯(lián)固化，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，交聯(lián)固化程度用交聯(lián)度表示。提高膠膜的粘接性能可以延長光伏電池的長效穩(wěn)定性，膠膜與玻璃的剝離強度大小反映了膠膜的粘接性能高低。光伏電池組件在高電壓的作用下，組件會發(fā)生電勢誘導衰減（PID）效應[1]，會導致光伏組件的功率降低，目前主要的解決方法是提高封裝膠膜的絕緣性能，封裝膠膜絕緣性能的高低可用體積電阻率的大小表示。本文研究助劑對EMMA膠膜的交聯(lián)度、剝離強度、體積電阻率的影響規(guī)律，通過正交試驗確定EMMA膠膜的助劑最佳配比。在此配方基礎上比較 EMMA 膠膜與EVA 膠膜的性能，研究EMMA 替代EVA作為光伏電池封裝材料的可能性。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

EMMA 樹脂，EVA 樹脂，交聯(lián)劑，助交聯(lián)劑，偶聯(lián)劑，光穩(wěn)定劑，無水乙醇。

轉(zhuǎn)矩流變儀，數(shù)字超絕緣計，液壓硫化成型機，太陽能電池層壓機，萬能拉伸試驗機，差示掃描量熱儀。

1.2 EMMA 膠膜的制備與表征

1.2.1 EMMA 膠膜的制備

將 MMA 含量為 25% 的 EMMA 樹脂與助劑按比例混合均勻，設置液壓硫化成型機溫度為 100℃，將混合均勻的樹脂在液壓硫化成型機中加壓制得未層壓的初膜，初膜通過溫度為 140℃的層壓機層壓后制得層壓后的EMMA膠膜。

1.2.2 交聯(lián)度

DSC 曲線上交聯(lián)劑分解溫度區(qū)域前后會出現(xiàn)一個交聯(lián)反應的反應峰，體現(xiàn)了交聯(lián)反應發(fā)生后放出的熱量。膠膜中已經(jīng)交聯(lián)或者部分交聯(lián)的部分在DSC 曲線上沒有反應峰或者峰會變得很小。比較膠膜交聯(lián)前與交聯(lián)后的放熱值的大小，可求得膠膜在層壓后的交聯(lián)度[2]。測試方法如下：取未層壓的膠膜樣品，起始溫度為 20℃，以 10℃·min-1的升溫速率，進行二次升溫至 200℃，測得結(jié)果記為ΔH1。用同一方法測試層壓后的膠膜樣品，測定結(jié)果為ΔH2。實驗需在有干燥的氮氣保護下進行，保護氣體流量為 50mL·min-1。交聯(lián)度按式（1）計算。

其中，G 為交聯(lián)度，%；ΔH1為交聯(lián)前 EMMA 的單位重量放熱量，J·g-1；ΔH2為交聯(lián)后 EMMA 的單位重量放熱量，J·g-1。

1.2.3 體積電阻率

本文通過 DSM-8104 數(shù)字超絕緣計測量 EMMA膠膜樣品的體積電阻率，測試結(jié)果即為 EMMA 膠膜的體積電阻率。做3組平行實驗，取其平均值作為測試結(jié)果。

1.2.4 剝離強度

根據(jù) GB/T 2790 的實驗方法，以 300mm·min-1的拉伸速度測試玻璃與 EMMA 膠膜之間的剝離強度，做 5 組平行實驗，取其平均值作為最終測試結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素助劑的影響規(guī)律

本文主要考察交聯(lián)劑（A）、助交聯(lián)劑（B）、偶聯(lián)劑[3]（C）、光穩(wěn)定劑[4-6]（D）對 EMMA 膠膜性能的影響規(guī)律?？疾炷骋恢鷦┑挠绊懸?guī)律時，固定另外3 種助劑的用量，通過膠膜的交聯(lián)度、體積電阻率以及剝離強度的性能指標確定助劑的用量。制備厚度為 0.4mm 的 EMMA 膠膜，測試其交聯(lián)度、體積電阻率以及單層膠膜的剝離強度。

2.1.1 交聯(lián)劑對膠膜性能的影響

表1是不同交聯(lián)劑含量的EMMA膠膜的交聯(lián)度、體積電阻率以及剝離強度的測試結(jié)果。由表1可以看出，EMMA 膠膜的交聯(lián)度、體積電阻率以及剝離強度均隨著交聯(lián)劑含量的增大呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

表1 不同交聯(lián)劑含量的 EMMA 膠膜性能

2.1.2 助交聯(lián)劑對膠膜性能的影響

不同含量的助交聯(lián)劑的 EMMA膠膜的性能測試結(jié)果見表 2。由表 2 可以看出，EMMA 膠膜的交聯(lián)度隨著助交聯(lián)劑含量的增大而增大，體積電阻率與剝離強度隨著助交聯(lián)劑含量的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

表2 不同助交聯(lián)劑含量的 EMMA 膠膜性能

2.1.3 偶聯(lián)劑對膠膜性能的影響

表3是不同偶聯(lián)劑含量的 EMMA 膠膜的性能測試結(jié)果。由表3可以看出，EMMA膠膜的交聯(lián)度與剝離強度隨著偶聯(lián)劑的增大而增大，體積電阻率隨著偶聯(lián)劑含量的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

表3 不同偶聯(lián)劑含量的 EMMA膠膜性能

2.1.4 光穩(wěn)定劑對 膠膜性能的影響

不同含量光穩(wěn)定劑的EMMA 膠膜的性能測試結(jié)果見表 4。由表 4 可以看出，EMMA 膠膜的交聯(lián)度隨著光穩(wěn)定劑含量的增大而減小，體積電阻率與剝離強度隨著光穩(wěn)定劑含量的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

表4 不同光穩(wěn)定劑含量的 EMMA 膠膜性能

2.2 正交試驗

基于功能語言學對于語言的概念、人際和組篇三大元功能的分析，Kress & van Leeuwen將這些功能拓展到視覺圖像的領域，并構(gòu)建了相應的圖像語法體系。 本節(jié)運用該理論對漫畫1和漫畫2進行重點闡釋。

設計實驗選取合適的助劑用量，通過正交試驗得出符合要求的最佳配方的EMMA膠膜。每個因素選取3個水平。

2.2.1 因數(shù)水平表

太 陽 能 光 伏 電 池 EVA 封 裝 膠 膜 國 標 GB/T 29848-2013 的要求為：交聯(lián)度高于 75%，體積電阻率不低于 6×1013Ω·cm，剝離強度不低于 50N·cm-1。由表 1 的交聯(lián)度結(jié)果得出，當交聯(lián)劑≥ 0.3%、交聯(lián)劑含量在 0.5%～0.9% 時剝離強度的增長幅度較小，故 選 取 交 聯(lián) 劑 含 量 為 0.3%、0.5%、0.7% 這 3 個 水平。由表 2 的剝離強度結(jié)果，選取助交聯(lián)劑為 0.3%、0.5%、0.7% 這 3 個水平。由表 3 的體積電阻率結(jié)果，選取偶聯(lián)劑為 0.1%、0.2%、0.3% 這 3 個水平。由表4的交聯(lián)度與體積電阻率結(jié)果，選取光穩(wěn)定劑含量為 0.05%、0.1%、0.2% 這 3 個水平。正交試驗的因子水平表見表5。

表5 L9(34)正交試驗因子水平表

2.2.2 EMMA 膠膜性能的正交試驗表

制備的 EMMA 膠膜厚度為 0.55mm，測試其交聯(lián)度、體積電阻率以及雙層厚度的剝離強度。表6是正交試驗數(shù)據(jù)表，結(jié)果分析見表 7。

表6 體積電阻率的正交試驗數(shù)據(jù)

表7 正交試驗結(jié)果分析

從表 7 可以看出，從 EMMA 膠膜剝離強度的正交試驗結(jié)果得出的最佳助劑用量為交聯(lián)劑 0.7%、助交聯(lián)劑 0.5%、偶聯(lián)劑 0.3%、光穩(wěn)定劑 0.1%。從EMMA 膠膜體積電阻率的正交試驗結(jié)果得出的最佳助劑用量為交聯(lián)劑 0.5%、助交聯(lián)劑 0.5%、偶聯(lián)劑0.2%、光穩(wěn)定劑 0.2%。從 EMMA 膠膜交聯(lián)度的正交試驗結(jié)果得出的最佳助劑用量為交聯(lián)劑 0.7%，助交聯(lián)劑 0.5%，偶聯(lián)劑 0.3%，光穩(wěn)定劑 0.05%。綜合交聯(lián)度、體積電阻率以及剝離強度的正交試驗結(jié)果，確定最終的交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、光穩(wěn)定劑含量分別為 0.5%、0.5%、0.2%、0.1%。

按正交試驗結(jié)果確定的助劑配比制備EMMA膠 膜，另 外 選 取 VA 含 量 為 28% 的 EVA 樹 脂，EMMA 膠膜與 EVA 膠膜的性能對比見表 8。從表 8 可以看出，EMMA 性能優(yōu)于 EVA 膠膜，性能對比如下：EMMA 膠膜的體積電阻率比 EVA 膠膜高 85.7%，EMMA 膠膜的剝離強度比 EVA 膠膜高 31.3%，交聯(lián)度兩者幾乎相同。EMMA 具備替代EVA作為太陽能封裝材料的潛力。

表8 EMMA 膠膜與 EVA 膠膜性能

3 結(jié)論

1）EMMA 膠膜的交聯(lián)度、體積電阻率以及剝離強度均隨著交聯(lián)劑含量的增大呈現(xiàn)增大的趨勢。隨著助交聯(lián)劑含量增大，EMMA膠膜的交聯(lián)度呈現(xiàn)增大趨勢，體積電阻率與剝離強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。EMMA膠膜的交聯(lián)度與剝離強度隨著偶聯(lián)劑的增大而增大，體積電阻率隨著偶聯(lián)劑含量的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。EMMA膠膜的交聯(lián)度隨著光穩(wěn)定劑含量的增大而減小，體積電阻率與剝離強度隨著光穩(wěn)定劑含量的增大而呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

2）通過正交試驗確定的最佳助劑配方為：交聯(lián)劑 含量 0.5%、助 交聯(lián)劑含量 0.5%、偶聯(lián)劑含量0.2%、光穩(wěn)定劑含量 0.1%。

3）將最優(yōu)配方制備而成的膠膜與 EVA 膠膜做對比，EMMA 膠膜性能優(yōu)于 EVA 膠膜，性能對比如下：EMMA 膠膜的體積電阻率比 EVA 膠膜高85.7%，剝離強度比 EVA 膠膜高 31.3%。EMMA 具備替代EVA成為太陽能電池封裝材料的潛力。

參考文獻：

[1] 劉燕武 .太陽能電池封裝用抗 PID 型 EVA 膠膜的制備與性能表征 [D].上海：華東理工大學，2015.

[2] 余四龍 .太陽能電池封裝用 EVA 膠膜交聯(lián)動力學及封裝性能研究 [D].上海：華東理工大學，2014.

[3] 郭云亮，張涑戎，李立平 .偶聯(lián)劑的種類和特點及應用[J].橡膠工業(yè)，2003，50(11)：692-696.

[4] 舒萬艮，申雄軍 .國內(nèi)外光穩(wěn)定劑的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 [J].精細與專用化學品，2002，10(5)：3-5.

[5] 由宏君，劉聚民 .光穩(wěn)定劑的特點 [J].當代化工，2004，33(5)：266-268.

[6] 張懷柱，張麗麗，杜明亮，等 .光穩(wěn)定劑的工業(yè)應用技術(shù)進展 [J].煉油與化工，2012(1)：4-6.

Effect of Additives on Performance of EMMA Film

XU Dijun, MIAO Yongjian, ZHAO Huiqiang, LIU Ruowang, ZHANG Dong
(Institute of Applied Chemistry, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China)

In this paper, the effect of some additives such as crosslinking agent on the performance of ethylene-methyl methacrylate copolymer ( EMMA ) film was studied. The optimum additives ratio of the EMMA film’s performance was determined by orthogonal test, the specif i c ratio was as followed: the crosslinking agent content was 0.5%, the assistant crosslinking agent content was 0.5%, the coupling agent content was 0.2% and the light stabilizer content was 0.1%. On the basis of the optimal formula, the performance of EMMA fi lm and EVA fi lm were compared. The results showed that the performance of EMMA fi lm was higher than that of EVA fi lm, the specif i c results were as followed: the peel strength increased 31.3% and the volume resistivity increased 85.7%.

EMMA; additives; crosslinking degree; volume resistivity; peel strength

TQ 433.4+3

：A

： 1671-9905(2017)06-0019-04

徐迪均（1985-），男，碩士在讀，E-mail：xdj523@163.com

張東，男，教授，研究方向：應用高分子制備、加工及資源化

2017-03-16