硅烷偶聯(lián)劑對(duì)光伏密封膠耐候粘接性的影響

李雪華 林坤華

摘要：通過在光伏密封膠中加入適量的硅烷偶聯(lián)劑，研究了不同類型的偶聯(lián)劑的加入對(duì)多種基材在常溫、紫外輻照、高溫高濕、濕-熱環(huán)境下的粘接性的影響，同時(shí)考查了其對(duì)光伏密封膠性能的影響。結(jié)果表明，偶聯(lián)劑加入表干時(shí)間增長、拉伸強(qiáng)度增大，伸長率降低并改善常溫粘接性。偶聯(lián)劑聚合物能顯著的改善脫醇型光伏硅酮密封劑的耐紫外輻射、高溫高濕、濕-熱環(huán)境下的粘接。

關(guān)鍵字：光伏密封膠、耐候性、偶聯(lián)劑

中圖分類號(hào)：TQ436⁺.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）06-0016-04

太陽能光伏發(fā)電作為一種可持續(xù)的能源替代方式，今年來得到迅速發(fā)展，光伏在建筑上的運(yùn)用越來越受到人們的追捧。光伏夾層玻璃用密封膠常用于光伏玻璃幕墻、光伏玻璃窗、光伏采光頂?shù)裙夥ㄖ膰o(hù)系統(tǒng)中，與外界直接接觸，受外界環(huán)境的變化影響較大。首先，太陽能光伏組件在使用過程中受到太陽輻照后溫度上升，電池片工作過程中由于發(fā)電也會(huì)產(chǎn)生熱量，由于每層的材質(zhì)不同，其熱膨脹系數(shù)也不相同，溫度的變化會(huì)使組件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，尤其在每層材料界面處，會(huì)產(chǎn)生一定的剪切應(yīng)力，在反復(fù)溫變加載過程中，對(duì)密封膠的粘結(jié)性能造成影響。其次，戶外的日曬雨淋等環(huán)境侵蝕都會(huì)對(duì)密封膠的粘接造成破壞。

硅烷偶聯(lián)劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的硅烷產(chǎn)物，分子內(nèi)同時(shí)具有與有機(jī)樹脂、橡膠等有機(jī)材料結(jié)合的碳官能基和能與無機(jī)材料（填料及其他增強(qiáng)材料）結(jié)合的可水解官能基團(tuán)的低分子有機(jī)硅烷。其分子結(jié)構(gòu)式一般可用Y-R-SiX_n-（CH₃）_3-n表示。式中，Y為有機(jī)官能基，如氨基、環(huán)氧基、乙烯基等，可用于有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)或相溶化的部位;X為可水解性基團(tuán)，在水溶液中或空氣中水分、無機(jī)材料吸附水作用下能分解形成Si-OH基與無機(jī)材料的反應(yīng)部位;R為烷撐基。因此，硅烷偶聯(lián)劑分子含有親有機(jī)和親無機(jī)的兩種功能基團(tuán)，可以把兩種不同性質(zhì)結(jié)構(gòu)和親和力相差大的界面連接在一起。

本文以107硅橡膠為基膠，配以填料，助劑，阻燃劑等制備脫醇型硅酮密封膠，考察了不同種類硅烷偶聯(lián)劑對(duì)脫醇型光伏密封膠在紫外輻照、高溫高濕、濕一熱環(huán)境下粘接性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料

二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷，工業(yè)級(jí)，橙天新材料有限公司;甲基硅油，工業(yè)級(jí)，深圳市特別科技有限公司;甲基三甲氧基硅烷/乙烯基三甲氧基硅烷，工業(yè)級(jí)，荊州市江漢精細(xì)化工有限公司;納米碳酸鈣，工業(yè)級(jí)（<30um），山西新泰恒納米材料有限公司;氫氧化鋁阻燃劑，工業(yè)品，東莞市三威化工;γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-（2，3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）、工業(yè)品，荊州市江漢精細(xì)化工有限公司;硅烷偶聯(lián)劑共聚物（KH550：KH560=2：1），自制;鈦絡(luò)合物，工業(yè)品，廣州堅(jiān)毅化工進(jìn)出口貿(mào)易有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

雙行星攪拌設(shè)備，佛山金銀河機(jī)械設(shè)備有限公司;高溫高濕試驗(yàn)箱，無錫環(huán)威科技有限公司;高低溫試驗(yàn)箱;紫外耐候試驗(yàn)箱;萬能電子拉力機(jī)，美斯特。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

整個(gè)生產(chǎn)過程需避免水汽進(jìn)入到行星攪拌機(jī)中，保持干燥環(huán)境下工作。

將二甲氧基封端的聚二甲基硅氧烷，填料，投入到行星攪拌機(jī)中，120℃真空條件下攪拌分散脫水3h;冷卻至50%以下，加入交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、催化劑，混合均勻;在-0.09～-0.1MPa真空度條件下攪拌30-40min;出料，得試驗(yàn)?zāi)z。

1.4性能測(cè)試

表干時(shí)間：按GB/T13477.5《表干時(shí)間的測(cè)定》的規(guī)定測(cè)試。

拉伸強(qiáng)度/斷裂伸長率：按GB/T528《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》的規(guī)定試驗(yàn)，采用Ⅱ型啞鈴型試驗(yàn)，拉伸速度為（500+50）mm/min。

密封膠粘接性測(cè)試GBl6776-2005附錄D

2結(jié)果與討論

2.1硅烷偶聯(lián)劑對(duì)光伏密封膠性能的影響

由表1可知：部分硅烷偶聯(lián)劑參與了交聯(lián)反應(yīng)，使脫醇型光伏密封膠的表干時(shí)間縮短，固化速度變快，拉伸強(qiáng)度增大，伸長率減小。偶聯(lián)劑種類對(duì)脫醇型光伏硅酮密封膠的性能影響較小。

2.2硅烷偶聯(lián)劑對(duì)密封膠常溫粘接性能的影響

目前，光伏硅酮密封膠涉及的粘接基材表面主要有鋼化玻璃、陽極氧化鋁、銅、PC接線盒（聚碳酸酯）、PP（聚丙烯）、PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二酯）等。表1所示為不適用粘接底涂的情況下，通過在密封劑體系中加入不同種類的硅烷偶聯(lián)劑后對(duì)各種基材在常溫下粘接性能的影響。文章采用GBl6776附錄D，如圖1所示方法進(jìn)行測(cè)試AF表示界面破壞，CF表示內(nèi)聚破壞。由表2可知：不添加偶聯(lián)劑的空白對(duì)照組隊(duì)各種基材均發(fā)生了一定程度的界面破壞。加入KH560對(duì)改善陽極氧化鋁、金屬銅的常溫粘接有明顯的改善。加入單一偶聯(lián)劑KH550、偶聯(lián)劑復(fù)配物、偶聯(lián)劑共聚物后，不同基材表面粘接均有了改善。

偶聯(lián)劑復(fù)配物：KH550：KH560=2：1

2.3硅烷偶聯(lián)劑對(duì)密封膠耐候性能的影響

為滿足光伏密封膠戶外的使用環(huán)境下的密封性，研究不同偶聯(lián)劑對(duì)光伏密封膠耐候粘接性能的影響。本實(shí)驗(yàn)采用JG/T 465《建筑光伏夾層玻璃用封邊保護(hù)劑》標(biāo)準(zhǔn)中的環(huán)境測(cè)試條件，包括紫外輻照1000h，濕-熱（溫度85℃、相對(duì)濕度85%）1000h，熱循環(huán)試驗(yàn)（-40℃*30min→90℃*30min 200次）。

不同偶聯(lián)劑對(duì)硅酮脫醇型光伏密封膠的耐候粘接性有較大影響。由表3-5可知：常規(guī)的陽極氧化鋁、銅和玻璃對(duì)偶聯(lián)劑及環(huán)境的選擇性較低，較難粘的PP、PET、PC對(duì)偶聯(lián)劑和環(huán)境的選擇性較高。加入偶聯(lián)劑共聚物的光伏密封膠具有較好的的耐紫外輻照粘接性、濕-熱粘接性、熱循環(huán)粘接性。原因可能是偶聯(lián)共聚物具有的分子鏈較KH550、KH560長，之間疏水鏈段較長，能很好的調(diào)整膠體的疏水性，從而取到耐水的作用;另外聚合過程中部分的KH550中的氨基與參與反應(yīng)，使偶聯(lián)劑的強(qiáng)堿性降低，具有較好的耐溫性。

3 結(jié)論

（1）偶聯(lián)劑的加入能提高脫醇型光伏硅酮密封膠的表干時(shí)間和固化速度，拉伸強(qiáng)度增大伸長率降低，能有效的改善上述基材的常溫粘捿性。

（2）偶聯(lián)劑聚合物能顯著的改善脫醇型光伏硅酮密封劑的耐紫外輻射、高溫高濕、濕-熱環(huán)境下的粘接。