《EVA交联度对其力学性能的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EVA交联度对其力学性能的影响（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、EVA交联度对其力学性能的影响 2013-8-23 14:40| 发布者: ViolaHuang| 查看: 6467| 评论: 1|原 施懿峻 韦桂奇 吴宝安|来自: Solarzoom摘要: 摘要：本文以光伏行业常用EVA型号作为样本，研究交联度的变化对EVA各方面力学性能的影响。通过调节层压工艺参数制备不同交联度的EVA 研究样本，并对样本进行各种力学性能测试，再经过对数据的统计处理得出结论： .摘要：本文以光伏行业常用EVA型号作为样本，研究交联度的变化对EVA各方面力学性能的影响。通过调节层压工艺参数制备不同交联度的EVA 研究样本，并对样本进行各种力学性能测试，再经过对数据的统计处理
2、得出结论：光伏组件封装用EVA，交联度在85%左右时，其各方面的力学性能，即EVA的拉伸强度、断裂伸长率、以与EVA与玻璃、背板的粘结强度等综合性能最佳。关键词： 乙烯和醋酸乙烯共聚物 热熔性 热固性 固化反应 萃取 交联度（凝胶质量分数） 抗拉强度 剥离强度 塑性1 前言由于乙烯和醋酸乙烯共聚物（EVA）存在极性的醋酸乙烯单元，这种极性单元会降低EVA的结晶能力，反映在其力学性能上，表现为EVA具有良好的韧性、柔软度和抗冲击强度。但由于EVA为线性高分子共聚物，因而其耐热性和聚强度较差，限制了其应用围。太阳能光伏行业用的EVA 是经过加入偶联剂、引发剂、抗氧化剂等进行改性的热熔、热固型胶膜，
3、EVA胶膜经过热熔、热固后会形成交联的三维网状结构，这种交联的程度会直接影响固化后EVA的物理化学性能。如果交联度过低，EVA的三维网状结构尚未完全生成，其材质较为疏松，难以形成致密的封装效果，具体表现为EVA材质疏松、且韧性和抗拉强度较差、与背板和玻璃的粘结强度也比较低。但如果EVA 的交联度过高，则会造成EVA材质硬化，柔性降低，与背板和玻璃的粘结强度反而会下降，甚至容易造成EVA与背板或玻璃的开裂，EVA的耐老化性能也会降低。由此可见，EVA的交联度将直接影响固化后EVA的物理化性性能，进而对组件的封装效果和组件的使用寿命都有着很大的影响。由于国太阳能行业的EVA生产厂家较多，不同厂家、
4、不同型号的EVA其成分、配比也不尽一样，反映在EVA的性能上有一定的差异。因此在光伏行业，EVA的交联度到底多少为最佳，（即固化后的EVA与背板、玻璃的粘结强度和自身韧性、抗拉强度的最佳结合点）一直没有形成统一、明确的认识。本文通过选择行业较有代表性的3个EVA型号作为研究样本，针对不同交联度的EVA的力学性能做一个全面细致的对比分析，进而找到EVA力学性能的最佳值域，期望会对光伏组件生产的封装工艺有一定的参考价值。2 实验部分2.1 主要原材料选取行业的具有代表性的3款EVA胶膜作为研究样本，配以其他辅助类材料（如背板、钢化玻璃、高温布等），其主要性能描述如表1所示。表1 试验用原材料与其性
5、能描述2.2 主要设备实验中用到的主要设备和仪器如表2所示。表2 试验用主要设备与其用途2.3 试验设计本文从力学的角度去研究不同交联程度的EVA，其自身的力学性能以与与玻璃/TPT间粘结强度的差异。本试验选取3种不同厂家生产的EVA，采用高温布/EVA/EVA/高温布和玻璃/EVA/EVA/背板两种敷设方式对试验样品进行叠层；依据交联固化的基本原理，通过改变样品层压参数对叠层好的试样进行层压固化（由于层压时间对EVA与玻璃/TPT的粘合力有一定影响，为避免该因素对测试结果造成干扰，在层压参数的设置上保持层压时间不变，只通过调节层压温度来改变样品的交联度），制备不同交联程度的试验样品；采用二甲
6、苯萃取法来测定试样的交联度，继而对样品进行拉伸测试和剥离强度测试。3 测试与表征3.1 交联度的测定交联度是指EVA小分子经交联反应生成三维网状结构固化的程度，一般通过测定EVA的凝胶含量来反映EVA的交联固化情况。本文采用溶剂萃取法来测定EVA的交联度，其测试原理是将EVA样品置沸腾二甲苯溶液中萃取，未经交联的EVA全部溶解到二甲苯溶液中，而已交联的EVA大分子无法溶解，通过残留试样量与试样总量的比值确定交联度。测试步骤：1. 提取交联后的EVA样品，装入已知重量（记为W1）的120目不锈钢网袋，并在电子分析天平上称重（记为W2）；2. 将试样袋放入二甲苯溶液中，煮沸5小时，进行萃取；3.
7、将试样袋放入真空烘箱，烘箱设为140，烘3小时后取出，称其重量（记为W3）。交联度计算公式如下：交联度（%）= (W3-W1)(W2- W1)100%3.2 拉伸强度和断裂伸长率的测定拉伸强度是表征材料抵抗（拉伸）破坏的极限能力，通过测定EVA交联后的拉伸强度可以从力学角度表征EVA样品的机械强度；断裂伸长率是衡量材料韧性（弹性）的重要指标，具有较大的断裂伸长率的材料在抵抗冲击时有一定的弹性伸长，不会立即脆断。本文按国家标准GB/T 528-1998 ，用万能电子拉力试验机测试EVA胶膜的拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速率为50mm/min，用冲片机将试验样品制成哑铃型试样，宽度10mm，长度50
8、mm，用千分尺测量样品的厚度。拉伸强度计算公式如下：Ts=Fm (WT)式中：Ts-拉伸强度（Mp）Fm- 最大拉断力(N)W- EVA小条实际宽度（mm）T - EVA小条的厚度（mm）断裂伸长率计算公式如下：断裂伸长率= (LL ) 100%式中：L-试样在拉断时的拉伸伸长长度（mm）L- 试样的原始长度（mm）3.3 剥离强度的测定剥离强度又称为粘结强度，是表征材料间粘合、密封效果的重要指标。测定EVA与玻璃、EVA与TPT粘合强度的样品为玻璃/EVA/EVA/TPT层压件，试样在太阳能组件层压机设备上完成。本文按GB/T 2791-1995胶黏剂180剥离强度试验方法进行，用万能电子拉
9、力试验机分别测试EVA与玻璃、EVA与背板间的粘结强度，剥离速度为100mm/min，样品宽度为10mm。剥离强度计算公式如下：180= FB式中：180- 180剥离强度，N/cm；F - 平均剥离力，N；B - 试样宽度，cm。4 结果与讨论4.1 交联度对EVA拉伸强度和断裂伸长率的影响表3列出了部分EVA样品的拉伸强度和断裂伸长率的测试结果。表3 不同交联度EVA样品的拉伸强度和断裂伸长率根据上表中的拉力测试结果，绘制EVA的拉伸强度和断裂伸长率随交联度的变化曲线图，分别如图1、图2所示。通过图1我们可以看出，EVA的交联改性能够很明显的提高EVA的拉伸强度，未交联的EVA是线型高分子
10、聚合物，其本身就具有一定的聚合强度，此时聚合物表现出软而弱的特点；随着交联反应的进行，EVA大分子间生成新的化学键，使得EVA由线型结构转变为三维网状结构。提高了EVA的聚强度，使其具有更好的抗机械破坏能力，此时材料表现出韧而强的特点；但不同型号、不同交联程度的EVA，其拉伸强度具有一定的差异，且EVA的拉伸强度和交联度的关系曲线是一条有峰值的曲线。当交联度超过90%以后，EVA由塑性材料快速向固性材料转变，曲线的斜率（绝对值）很大。材料变得越来越硬且更易拉断，聚合物表现出越来越多的硬而脆特点。从图中很明显可以看出，EVA的交联度在80%90%间，尤其是在87%左右时，EVA的拉伸强度最佳。图
11、2所描绘的是EVA的断裂伸长率随交联度的变化曲线。该曲线所表现出来的特征是：前期，随着EVA交联度的增大，其断裂伸长率逐渐提高；到达峰值后，特别是交联度超过86%左右以后，其断裂伸长率快速下降。当EVA交联度大于90%时，其断裂伸长率已经变得很低。这表明随着交联度的增加，其弹性伸展能力也随之越来越差。我们看到，EVA的拉伸强度和断裂伸长率随交联度的变化曲线，都是一条有峰值的曲线；尽管三个厂家的EVA在成分和质量上存在一定的差异，但当EVA的交联度在85%左右时，它们拉伸强度和断裂伸长率两项性能都位于峰值点附近。4.2 交联度对EVA粘合性能的影响EVA胶膜在实际使用中作为粘合剂，将晶体硅光伏组
12、件的各种材料粘合在一起，起到密封绝缘的作用。不同交联程度的EVA，其粘合强度是不同的，表4列出了EVA样品的粘结强度随着交联度变化的测试结果。根据表4的测试数据，分别绘制1# 、2# 、3# 三个厂家的EVA样品与玻璃/TPT背板剥离强度随交联度的变化曲线图（如下图所示）。结合图3、图4、图5可以看出：随着交联度的增大，对于不同厂家、不同型号的EVA(成分配比不同)，其对玻璃和背板剥离强度的变化曲线都有先增大后减小的规律，但其峰值对应的EVA交联度存在一定的差异，相对比较离散。总的来说，三种EVA与玻璃/TPT的剥离强度最大值，均在EVA交联度80%90%的围。当EVA的交联度大于90%时，其
13、剥离强度值均快速下降，尤其是EVA与玻璃的剥离强度。从此次研究的数据来看，在光伏行业的组件封装工艺中，将EVA的交联度定在85%，控制在80%90%围，能够很好的保证EVA的各项力学性能都处在最佳围。由于市场上EVA厂家型号众多，产品质量不一，此次试验选用行业用量较大的知名厂家的产品作为研究标本，具有一定的代表性。虽然由于样品制备和实验操作中存在的一些不可控因素（例如：不同厂家研究样本的质量差异、层压后EVA样品厚度均匀性有一定差异等），但本研究建立在大量的样本测试和数据统计分析的基础上，具有较好的可靠性和稳定性，对组件的封装工艺有一定的参考价值。5 结论（1）采用化学交联的方法使EVA的线性
14、分子变成三维网状结构，如此提高了EVA的聚强度，主要表现为其拉伸强度、断裂延伸率和玻璃/背板的剥离强度都得到了很大程度的提高；（2）随着EVA交联度的增加，其各项力学性能均有着先增高后降低的变化规律，并不是交联度越大，EVA的力学性能就越好。并且，其各项力学性能的最大值点基本分布在80%-90%之间。我们还发现当交联度达到一定程度（超过90%）时，EVA会逐渐表现出硬而脆的特征，尤其是其断裂伸长率和与玻璃的剥离强度会急剧下降；（3）在光伏行业的组件封装工艺中，建议将EVA的交联度定在85%，控制在80%90%围。参考文献1 国熊，许妍，智晶，仰建新. 太阳能电池封装用胶膜的研制，化工，1991，（4）：35-37.2 续煌，徐声均，纯清，军，EVA热熔胶粘接强度的几个影响因素，粘接，1998，19（5）：4-5,23-24.3 智晶，EVA交联度测定方法的研究，化工，1989，20（3）：30-32.4 增明，丽霞，吕瑞瑞，唐景，傅冬华，光伏组件封装EVA的热空气老化研究J，合成材料老化与应用，2012年01期. /
