EVA交聯(lián)度對其力學(xué)性能的影響

1、精選文檔EVA交聯(lián)度對其力學(xué)性能的影響 2013-8-23 14:40| 發(fā)布者: ViolaHuang| 查看: 6467| 評論: 1|原作者: 施懿峻 韋桂奇 吳寶安|來自: Solarzoom摘要: 摘要：本文以光伏行業(yè)常用EVA型號作為樣本，爭辯交聯(lián)度的變化對EVA各方面力學(xué)性能的影響。通過調(diào)整層壓工藝參數(shù)制備不同交聯(lián)度的EVA 爭辯樣本，并對樣本進(jìn)行各種力學(xué)性能測試，再經(jīng)過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理得出結(jié)論： .摘要：本文以光伏行業(yè)常用EVA型號作為樣本，爭辯交聯(lián)度的變化對EVA各方面力學(xué)性能的影響。通過調(diào)整層壓工藝參數(shù)制備不同交聯(lián)度的EVA 爭辯樣本，并對樣本進(jìn)行各種力學(xué)性能測試，再經(jīng)過對

2、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理得出結(jié)論：光伏組件封裝用EVA，交聯(lián)度在85%左右時，其各方面的力學(xué)性能，即EVA的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、以及EVA與玻璃、背板的粘結(jié)強(qiáng)度等綜合性能最佳。關(guān)鍵詞： 乙烯和醋酸乙烯共聚物  熱熔性  熱固性  固化反應(yīng)  萃取  交聯(lián)度（凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)）  抗拉強(qiáng)度  剝離強(qiáng)度  塑性1 前言由于乙烯和醋酸乙烯共聚物（EVA）存在極性的醋酸乙烯單元，這種極性單元會降低EVA的結(jié)晶力量，反映在其力學(xué)性能上，表現(xiàn)為EVA具有良好的韌性、松軟度和抗沖擊強(qiáng)度。但由于EVA為線性高分子共聚物，因而其耐熱性和內(nèi)聚強(qiáng)度

3、較差，限制了其應(yīng)用范圍。太陽能光伏行業(yè)用的EVA 是經(jīng)過加入偶聯(lián)劑、引發(fā)劑、抗氧化劑等進(jìn)行改性的熱熔、熱固型膠膜，EVA膠膜經(jīng)過熱熔、熱固后會形成交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種交聯(lián)的程度會直接影響固化后EVA的物理化學(xué)性能。假如交聯(lián)度過低，EVA的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)尚未完全生成，其材質(zhì)較為疏松，難以形成致密的封裝效果，具體表現(xiàn)為EVA材質(zhì)疏松、且韌性和抗拉強(qiáng)度較差、與背板和玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度也比較低。但假如EVA 的交聯(lián)度過高，則會造成EVA材質(zhì)硬化，柔性降低，與背板和玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度反而會下降，甚至簡潔造成EVA與背板或玻璃的開裂，EVA的耐老化性能也會降低。由此可見，EVA的交聯(lián)度將直接影響固化后EVA的物

4、理化性性能，進(jìn)而對組件的封裝效果和組件的使用壽命都有著很大的影響。由于國內(nèi)太陽能行業(yè)的EVA生產(chǎn)廠家較多，不同廠家、不同型號的EVA其成分、配比也不盡相同，反映在EVA的性能上有肯定的差異。因此在光伏行業(yè)內(nèi)，EVA的交聯(lián)度到底多少為最佳，（即固化后的EVA與背板、玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度和自身韌性、抗拉強(qiáng)度的最佳結(jié)合點）始終沒有形成統(tǒng)一、明確的生疏。本文通過選擇行業(yè)內(nèi)較有代表性的3個EVA型號作為爭辯樣本，針對不同交聯(lián)度的EVA的力學(xué)性能做一個全面細(xì)致的對比分析，進(jìn)而找到EVA力學(xué)性能的最佳值域，期望會對光伏組件生產(chǎn)的封裝工藝有肯定的參考價值。2 試驗部分2.1 主要原材料選取行業(yè)內(nèi)的具有代表性的3款E

5、VA膠膜作為爭辯樣本，配以其他幫助類材料（如背板、鋼化玻璃、高溫布等），其主要性能描述如表1所示。表1 試驗用原材料及其性能描述2.2 主要設(shè)備試驗中用到的主要設(shè)備和儀器如表2所示。表2 試驗用主要設(shè)備及其用途2.3 試驗設(shè)計本文從力學(xué)的角度去爭辯不同交聯(lián)程度的EVA，其自身的力學(xué)性能以及與玻璃/TPT間粘結(jié)強(qiáng)度的差異。本試驗選取3種不同廠家生產(chǎn)的EVA，接受高溫布/EVA/EVA/高溫布和玻璃/EVA/EVA/背板兩種敷設(shè)方式對試驗樣品進(jìn)行疊層；依據(jù)交聯(lián)固化的基本原理，通過轉(zhuǎn)變樣品層壓參數(shù)對疊層好的試樣進(jìn)行層壓固化（由于層壓時間對EVA與玻璃/TPT的粘合力有肯定影響，為避開該因素對測試結(jié)果

6、造成干擾，在層壓參數(shù)的設(shè)置上保持層壓時間不變，只通過調(diào)整層壓溫度來轉(zhuǎn)變樣品的交聯(lián)度），制備不同交聯(lián)程度的試驗樣品；接受二甲苯萃取法來測定試樣的交聯(lián)度，繼而對樣品進(jìn)行拉伸測試和剝離強(qiáng)度測試。3 測試與表征3.1 交聯(lián)度的測定交聯(lián)度是指EVA小分子經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)固化的程度，一般通過測定EVA的凝膠含量來反映EVA的交聯(lián)固化狀況。本文接受溶劑萃取法來測定EVA的交聯(lián)度，其測試原理是將EVA樣品置沸騰二甲苯溶液中萃取，未經(jīng)交聯(lián)的EVA全部溶解到二甲苯溶液中，而已交聯(lián)的EVA大分子無法溶解，通過殘留試樣量與試樣總量的比值確定交聯(lián)度。測試步驟：1. 提取交聯(lián)后的EVA樣品，裝入已知重量（記為W

7、1）的120目不銹鋼網(wǎng)袋內(nèi)，并在電子分析天平上稱重（記為W2）；2. 將試樣袋放入二甲苯溶液中，煮沸5小時，進(jìn)行萃??；3. 將試樣袋放入真空烘箱內(nèi)，烘箱設(shè)為140，烘3小時后取出，稱其重量（記為W3）。交聯(lián)度計算公式如下：交聯(lián)度（%）= (W3-W1)(W2- W1)×100%3.2 拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定拉伸強(qiáng)度是表征材料抵制（拉伸）破壞的極限力量，通過測定EVA交聯(lián)后的拉伸強(qiáng)度可以從力學(xué)角度表征EVA樣品的機(jī)械強(qiáng)度；斷裂伸長率是衡量材料韌性（彈性）的重要指標(biāo)，具有較大的斷裂伸長率的材料在抵制沖擊時有肯定的彈性伸長，不會馬上脆斷。本文按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 528-1998 ，用萬

8、能電子拉力試驗機(jī)測試EVA膠膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，拉伸速率為50mm/min，用沖片機(jī)將試驗樣品制成啞鈴型試樣，寬度10mm，長度50mm，用千分尺測量樣品的厚度。拉伸強(qiáng)度計算公式如下：Ts=Fm (W·T)式中：Ts-拉伸強(qiáng)度（Mp）Fm- 最大拉斷力(N)W- EVA小條實際寬度（mm）T - EVA小條的厚度（mm）斷裂伸長率計算公式如下：斷裂伸長率= (LL ) ×100%式中：L-試樣在拉斷時的拉伸伸長長度（mm）L- 試樣的原始長度（mm）3.3 剝離強(qiáng)度的測定剝離強(qiáng)度又稱為粘結(jié)強(qiáng)度，是表征材料間粘合、密封效果的重要指標(biāo)。測定EVA與玻璃、EVA與TPT粘合

9、強(qiáng)度的樣品為"玻璃/EVA/EVA/TPT"層壓件，試樣在太陽能組件層壓機(jī)設(shè)備上完成。本文按GB/T 2791-1995"膠黏劑180°剝離強(qiáng)度試驗方法"進(jìn)行，用萬能電子拉力試驗機(jī)分別測試EVA與玻璃、EVA與背板間的粘結(jié)強(qiáng)度，剝離速度為100mm/min，樣品寬度為10mm。剝離強(qiáng)度計算公式如下：180°= FB式中：180°- 180°剝離強(qiáng)度，N/cm；F - 平均剝離力，N；B - 試樣寬度，cm。4 結(jié)果與爭辯4.1 交聯(lián)度對EVA拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的影響表3列出了部分EVA樣品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的

10、測試結(jié)果。表3  不同交聯(lián)度EVA樣品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率依據(jù)上表中的拉力測試結(jié)果，繪制EVA的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率隨交聯(lián)度的變化曲線圖，分別如圖1、圖2所示。通過圖1我們可以看出，EVA的交聯(lián)改性能夠很明顯的提高EVA的拉伸強(qiáng)度，未交聯(lián)的EVA是線型高分子聚合物，其本身就具有肯定的聚合強(qiáng)度，此時聚合物表現(xiàn)出"軟而弱"的特點；隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行，EVA大分子間生成新的化學(xué)鍵，使得EVA由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。提高了EVA的內(nèi)聚強(qiáng)度，使其具有更好的抗機(jī)械破壞力量，此時材料表現(xiàn)出"韌而強(qiáng)"的特點；但不同型號、不同交聯(lián)程度的EVA，其拉伸強(qiáng)度

11、具有肯定的差異，且EVA的拉伸強(qiáng)度和交聯(lián)度的關(guān)系曲線是一條有"峰值"的曲線。當(dāng)交聯(lián)度超過90%以后，EVA由塑性材料快速向固性材料轉(zhuǎn)變，曲線的斜率（確定值）很大。材料變得越來越硬且更易拉斷，聚合物表現(xiàn)出越來越多的"硬而脆"特點。從圖中很明顯可以看出，EVA的交聯(lián)度在80%90%間，尤其是在87%左右時，EVA的拉伸強(qiáng)度最佳。圖2所描繪的是EVA的斷裂伸長率隨交聯(lián)度的變化曲線。該曲線所表現(xiàn)出來的特征是：前期，隨著EVA交聯(lián)度的增大，其斷裂伸長率漸漸提高；到達(dá)峰值后，特殊是交聯(lián)度超過86%左右以后，其斷裂伸長率快速下降。當(dāng)EVA交聯(lián)度大于90%時，其斷裂伸長

12、率已經(jīng)變得很低。這表明隨著交聯(lián)度的增加，其彈性伸展力量也隨之越來越差。我們看到，EVA的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率隨交聯(lián)度的變化曲線，都是一條有"峰值"的曲線；盡管三個廠家的EVA在成分和質(zhì)量上存在肯定的差異，但當(dāng)EVA的交聯(lián)度在85%左右時，它們拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率兩項性能都位于峰值點四周。4.2 交聯(lián)度對EVA粘合性能的影響EVA膠膜在實際使用中作為粘合劑，將晶體硅光伏組件的各種材料粘合在一起，起到密封絕緣的作用。不同交聯(lián)程度的EVA，其粘合強(qiáng)度是不同的，表4列出了EVA樣品的粘結(jié)強(qiáng)度隨著交聯(lián)度變化的測試結(jié)果。依據(jù)表4的測試數(shù)據(jù)，分別繪制1# 、2# 、3# 三個廠家的EVA

13、樣品與玻璃/TPT背板剝離強(qiáng)度隨交聯(lián)度的變化曲線圖（如下圖所示）。結(jié)合圖3、圖4、圖5可以看出：隨著交聯(lián)度的增大，對于不同廠家、不同型號的EVA(成安排比不同)，其對玻璃和背板剝離強(qiáng)度的變化曲線都有先增大后減小的規(guī)律，但其峰值對應(yīng)的EVA交聯(lián)度存在肯定的差異，相對比較離散?？偟膩碚f，三種EVA與玻璃/TPT的剝離強(qiáng)度最大值，均在EVA交聯(lián)度80%90%的范圍內(nèi)。當(dāng)EVA的交聯(lián)度大于90%時，其剝離強(qiáng)度值均快速下降，尤其是EVA與玻璃的剝離強(qiáng)度。從今次爭辯的數(shù)據(jù)來看，在光伏行業(yè)的組件封裝工藝中，將EVA的交聯(lián)度定在85%，把握在80%90%范圍內(nèi)，能夠很好的保證EVA的各項力學(xué)性能都處在最佳范圍

14、內(nèi)。由于市場上EVA廠家型號眾多，產(chǎn)品質(zhì)量不一，此次試驗選用行業(yè)內(nèi)用量較大的知名廠家的產(chǎn)品作為爭辯標(biāo)本，具有肯定的代表性。雖然由于樣品制備和試驗操作中存在的一些不行控因素（例如：不同廠家爭辯樣本的質(zhì)量差異、層壓后EVA樣品厚度均勻性有肯定差異等），但本爭辯建立在大量的樣本測試和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，具有較好的牢靠性和穩(wěn)定性，對組件的封裝工藝有肯定的參考價值。5 結(jié)論（1）接受化學(xué)交聯(lián)的方法使EVA的線性分子變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如此提高了EVA的內(nèi)聚強(qiáng)度，主要表現(xiàn)為其拉伸強(qiáng)度、斷裂延長率和玻璃/背板的剝離強(qiáng)度都得到了很大程度的提高；（2）隨著EVA交聯(lián)度的增加，其各項力學(xué)性能均有著先增高后降低的變化規(guī)律，并不是交聯(lián)度越大，EVA的力學(xué)性能就越好。并且，其各項力學(xué)性能的最大值點基本分布在80%-90%之間。我們還發(fā)覺當(dāng)交聯(lián)度達(dá)到肯定程度（超過90%）時，EVA會漸漸表現(xiàn)出"硬而脆"的特征，尤其是其斷裂伸長率和與玻璃的剝離強(qiáng)度會急劇下降；（3）在光伏行業(yè)的組件封裝工藝中，建議將EVA的交聯(lián)度定在85%，把握在80%90%范圍內(nèi)。參考文獻(xiàn)1