硅烷偶聯劑對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劑，研究了不同類型的偶聯劑的加入對多種基材在常溫、紫外輻照、高溫高濕、濕-熱環境下的粘接性的影響，同時考查了其對光伏密封膠性能的影響。結果表明，偶聯劑加入表干時間增長、拉伸強度增大，伸長率降低并改善常溫粘接性。偶聯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-熱環境下的粘接。

關鍵字：光伏密封膠、耐候性、偶聯劑

中圖分類號：TQ436⁺.6文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0016-04

太陽能光伏發電作為一種可持續的能源替代方式，今年來得到迅速發展，光伏在建筑上的運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、光伏采光頂等光伏建筑的圍護系統中，與外界直接接觸，受外界環境的變化影響較大。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電也會產生熱量，由于每層的材質不同，其熱膨脹系數也不相同，溫度的變化會使組件內部產生熱應力，尤其在每層材料界面處，會產生一定的剪切應力，在反復溫變加載過程中，對密封膠的粘結性能造成影響。其次，戶外的日曬雨淋等環境侵蝕都會對密封膠的粘接造成破壞。

硅烷偶聯劑是一種具有特殊結構的硅烷產物，分子內同時具有與有機樹脂、橡膠等有機材料結合的碳官能基和能與無機材料（填料及其他增強材料）結合的可水解官能基團的低分子有機硅烷。其分子結構式一般可用Y-R-SiX_n-（CH₃）_3-n表示。式中，Y為有機官能基，如氨基、環氧基、乙烯基等，可用于有機物進行反應或相溶化的部位;X為可水解性基團，在水溶液中或空氣中水分、無機材料吸附水作用下能分解形成Si-OH基與無機材料的反應部位;R為烷撐基。因此，硅烷偶聯劑分子含有親有機和親無機的兩種功能基團，可以把兩種不同性質結構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劑對脫醇型光伏密封膠在紫外輻照、高溫高濕、濕一熱環境下粘接性的影響。

1 實驗部分

1.1主要原材料

二甲氧基封端聚二甲基硅氧烷，工業級，橙天新材料有限公司;甲基硅油，工業級，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，工業級，荊州市江漢精細化工有限公司;納米碳酸鈣，工業級（<30um），山西新泰恒納米材料有限公司;氫氧化鋁阻燃劑，工業品，東莞市三威化工;γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-（2，3-環氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）、工業品，荊州市江漢精細化工有限公司;硅烷偶聯劑共聚物（KH550：KH560=2：1），自制;鈦絡合物，工業品，廣州堅毅化工進出口貿易有限公司。

1.2實驗設備

雙行星攪拌設備，佛山金銀河機械設備有限公司;高溫高濕試驗箱，無錫環威科技有限公司;高低溫試驗箱;紫外耐候試驗箱;萬能電子拉力機，美斯特。

1.3實驗方法

整個生產過程需避免水汽進入到行星攪拌機中，保持干燥環境下工作。

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

1.4性能測試

表干時間：按GB/T13477.5《表干時間的測定》的規定測試。

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

密封膠粘接性測試GBl6776-2005附錄D

2結果與討論

2.1硅烷偶聯劑對光伏密封膠性能的影響

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

2.2硅烷偶聯劑對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劑后對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所示方法進行測試AF表示界面破壞，CF表示內聚破壞。由表2可知：不添加偶聯劑的空白對照組隊各種基材均發生了一定程度的界面破壞。加入KH560對改善陽極氧化鋁、金屬銅的常溫粘接有明顯的改善。加入單一偶聯劑KH550、偶聯劑復配物、偶聯劑共聚物后，不同基材表面粘接均有了改善。

偶聯劑復配物：KH550：KH560=2：1

2.3硅烷偶聯劑對密封膠耐候性能的影響

為滿足光伏密封膠戶外的使用環境下的密封性，研究不同偶聯劑對光伏密封膠耐候粘接性能的影響。本實驗采用JG/T 465《建筑光伏夾層玻璃用封邊保護劑》標準中的環境測試條件，包括紫外輻照1000h，濕-熱（溫度85℃、相對濕度85%）1000h，熱循環試驗（-40℃*30min→90℃*30min 200次）。

不同偶聯劑對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：常規的陽極氧化鋁、銅和玻璃對偶聯劑及環境的選擇性較低，較難粘的PP、PET、PC對偶聯劑和環境的選擇性較高。加入偶聯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、熱循環粘接性。原因可能是偶聯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，使偶聯劑的強堿性降低，具有較好的耐溫性。

3 結論

（1）偶聯劑的加入能提高脫醇型光伏硅酮密封膠的表干時間和固化速度，拉伸強度增大伸長率降低，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-熱環境下的粘接。