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摘要

通過落沙試驗(yàn)、PCT老化測(cè)試結(jié)果表明：(1)S膜的耐磨性優(yōu)于PVF;(2)S膜經(jīng)過PCT300H老化后，TD向和MD向斷裂伸長(zhǎng)率分別為：371.2%、254.2%優(yōu)于PVF的87.9%、135.1%;(3)水蒸氣透過率S膜初始值僅為18.1g/㎡.24h，經(jīng)過PCT300H老化后僅上升了3.2 g/㎡.24h，優(yōu)于PVF膜

關(guān)鍵字：S膜，PVF，落沙，PCT

1 前言

2015年全球新增光伏裝機(jī)量達(dá)59GW，據(jù)Apricum的報(bào)告顯示，至2020年全球年裝機(jī)量可達(dá)92GW。隨著年裝機(jī)量的不斷增長(zhǎng)，光伏電站的質(zhì)量問題頻現(xiàn)，涉及光伏背板的問題如：開裂、破損、分層、變色。

氟膜以其優(yōu)異的耐紫外、耐濕熱、耐化學(xué)溶劑、耐磨性等性能并具有良好的絕緣阻燃性，成為光伏背板最可靠的外層的保護(hù)材料。

目前PVDF膜的加工工藝為吹膜、流延二種，其中由于吹膜工藝在制備過程中將膜進(jìn)行了雙向拉伸取向，MD向和TD向的力學(xué)性能均衡穩(wěn)定。而流延工藝只有MD向進(jìn)行了拉伸取向，TD向并未拉伸取向，所以流延法制備的PVDF膜TD向的力學(xué)性能差，容易斷裂。PVF膜采用“糊式加工法”加工難度高、成本高并且上游原材料被壟斷，幾乎無(wú)降價(jià)的空間。

作為光伏背板界耐候性最好的兩種材料PVDF、PVF，到底哪一種材料更強(qiáng)，能更好的保護(hù)光伏組件，延長(zhǎng)電站的使用壽命，保證業(yè)主的收益，本文通過PCT老化并測(cè)試用單層吹膜工藝制備的PVDF膜、PVF膜的耐磨性、水蒸氣透過率和斷裂伸長(zhǎng)率3個(gè)性能來考察、比較兩種材料的強(qiáng)弱。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)材料

杭州福膜吹膜法制備的PVDF膜(30μm，單層結(jié)構(gòu))，以下簡(jiǎn)稱S膜

進(jìn)口PVF膜(38μm，單層結(jié)構(gòu))，以下簡(jiǎn)稱PVF

標(biāo)準(zhǔn)沙(粒徑0.25~0.65mm)

2.2 主要儀器及設(shè)備

落沙耐磨試驗(yàn)儀： 上海魅宇QML

高壓加速老化試驗(yàn)機(jī)：正航PCT試驗(yàn)箱PCT-550

QUV紫外線老化箱： Q-LAB公司

水蒸氣透過率測(cè)試儀：permatran-w

2.3 性能測(cè)試

因本文試驗(yàn)中所用的測(cè)試方法為光伏行業(yè)通用方法，不再贅述，相關(guān)可參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31034-2014。

3.測(cè)試結(jié)果

3.1 耐磨性能的比較


由圖1可知，在初始狀態(tài)下，S膜的耗沙量367L大于PVF的350L。PCT96H后，S膜略低于PVF。但經(jīng)過QUV200KWH老化實(shí)驗(yàn)后S膜：317L，PVF：291L，耐磨性遠(yuǎn)好于PVF。

薄膜的磨損的發(fā)生主要有三個(gè)步驟：

A、 與沙子接觸接觸的高分子材料發(fā)生形變，這與高分子的結(jié)晶度相關(guān);

B、 沙子與膜面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力;

C、 與沙子接觸的膜面高分子鏈發(fā)生斷裂，取決于材料本身的韌性和強(qiáng)度。

D、 最后膜被磨損和轉(zhuǎn)移到沙子上

高分子的結(jié)晶度越高，分子間作用力越強(qiáng)，內(nèi)聚能越高，強(qiáng)度越高，耐磨性越好，反之，分子間作用力越弱、內(nèi)聚能越低，耐磨性越差。PVDF[-CH2-CF2-]-分子中由于二個(gè)F原子的存在使得其的內(nèi)聚力遠(yuǎn)高于PVF[-CH2-CHF-]-分子的內(nèi)聚力，所以S膜盡管厚度比PVF膜的厚度薄8μm，但耐磨性依然強(qiáng)于PVF膜。

同時(shí)，由于C-F的鍵能高達(dá)485KJ/mol，極耐UV光老化，即高分子材料含氟量越高，越耐UV老化。S膜中PVDF分子的氟含量59%高于PVF分子的氟含量41%，所以QUV200KWH老化后，S膜的耐磨性依然好于PVF膜的耐磨性。

3.2 濕熱老化性能分析

由圖2、圖3可知，MD、TD向的斷裂伸長(zhǎng)率S膜全面優(yōu)于PVF。主要由于S膜的吹膜工藝中使膜進(jìn)行雙向拉伸，從而形成“井”字形晶型結(jié)構(gòu)，并且PVDF分子59%的含氟量，使S膜具有優(yōu)異的耐濕熱性能。

3.3 阻水性能比較

由圖4可知，S膜的水蒸氣透過率初始值為18.1g/㎡.24h，經(jīng)過PCT300H后為21.3g/㎡.24h，比PVF低18.5g/㎡.24h。

4結(jié)論

通過落沙試驗(yàn)、PCT老化測(cè)試結(jié)果表明：(1)由于內(nèi)聚力和含氟量高的原因，S膜的耐磨性優(yōu)于PVF;(2)S膜經(jīng)過PCT300H老化后，TD向和MD向斷裂伸長(zhǎng)率分別為：371.2%、254.2%優(yōu)于PVF的87.9%、135.1%;(3)水蒸氣透過率S膜初始值僅為18.1g/㎡.24h，經(jīng)過PCT300H老化后僅上升了3.2 g/㎡.24h，可以有效降低光伏背板的水蒸氣透過率。

杭州福膜用吹膜法制成的PVDF膜(30μm，單層)性能全面超越進(jìn)口PVF膜，是光伏組件的最可靠保護(hù)層。但由于吹膜法工藝的復(fù)雜性很難為一般企業(yè)所掌握，目前全球僅有2家公司掌握用吹膜制備光伏用PVDF膜的方法，但隨著行業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步，吹膜法制備PVDF膜加工工藝會(huì)在光伏行業(yè)越來越流行并為光伏電站提供可靠的保護(hù)。