短纖維增強(qiáng)拉擠復(fù)合材料太陽(yáng)能組件邊框及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉擠復(fù)合材料型材，尤其是涉及一種短纖維增強(qiáng)拉擠復(fù)合材料太陽(yáng)能組件邊框及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境形勢(shì)日益惡化，人們對(duì)清潔能源的需求越來(lái)越大，太陽(yáng)能作為一種可再生資源得到越來(lái)越多的重視。在日常生活中太陽(yáng)能資源已經(jīng)發(fā)揮了一定的作用，例如，太陽(yáng)能熱水器的使用以及光伏發(fā)電。太陽(yáng)能設(shè)備使用的材料在使用過(guò)程中要經(jīng)歷太陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間照射，因此需要具有良好的耐候性和抗紫外線的能力以提高設(shè)備的耐久性和可靠性。
[0003]目前用于太陽(yáng)能組件邊框的材料大都是鋁合金材料，然而，采用鋁型材生產(chǎn)太陽(yáng)能電池組件邊框存在以下問(wèn)題:生產(chǎn)效率低、成本偏高；耐腐蝕性差，陽(yáng)極氧化膜在使用過(guò)程中極易劃傷，劃傷位置抗腐蝕能力急劇下降；絕緣性差，需要接地防雷而接地安裝時(shí)造成的偏壓?jiǎn)栴}會(huì)促進(jìn)PID效應(yīng)；熱膨脹系數(shù)較玻璃高，匹配性差，抗熱震能力較差；抗沖擊、抗疲勞性差、易產(chǎn)生塑性形變。
[0004]由于上述鋁合金組件缺陷，研宄者將目光轉(zhuǎn)向使用連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料作為太陽(yáng)能光伏組件的邊框，采用拉擠成型方式進(jìn)行型材加工。拉擠連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料型材具有以下特點(diǎn):1、強(qiáng)度高，定向玻璃纖維增強(qiáng)的玻璃鋼型材在順纖維方向強(qiáng)度可達(dá)900MPa ;2、絕緣性好，無(wú)需接地防雷，可有效避免PID效應(yīng)；3、熱變形溫度高，拉擠型材的熱變形溫度為186°C，高溫下不軟化，_60°C不變脆，保證了各種環(huán)境溫度下的正常使用；4、變形率低，幾何形狀及尺寸可保持長(zhǎng)期穩(wěn)定；5、耐腐蝕性強(qiáng)并且其生產(chǎn)工藝具有低噪聲、高效率、耗電低、污染性小等特點(diǎn)。因此有望代替鋁合金作為太陽(yáng)能光伏組件的邊框。但是目前拉擠連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料型材作為太陽(yáng)能組件邊框的使用尚不廣泛，原因是由于太陽(yáng)能組件邊框的結(jié)構(gòu)特殊，拉擠連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的問(wèn)題。因此，解決結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的問(wèn)題對(duì)于拉擠連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料型材能否作為太陽(yáng)能組件邊框的使用至關(guān)重要。
[0005]目前解決這一問(wèn)題大都采用紗、連續(xù)纖維氈、織物等常用增強(qiáng)材料來(lái)增強(qiáng)其垂直纖維方向的力學(xué)性能，在已公開(kāi)的現(xiàn)行的制備太陽(yáng)能組件邊框的專利中，如在中國(guó)專利CN103302872A中，玻璃纖維為粗玻纖、玻纖面氈、玻纖織物中的一種或者至少兩種組合；同樣，在中國(guó)專利CN103205004A中，所述的纖維增強(qiáng)體為混合纖維和混合纖維織物的混合物，以此來(lái)增強(qiáng)太陽(yáng)能組件邊框垂直纖維方向的強(qiáng)度，采用這種方法雖可以達(dá)到增強(qiáng)其垂直纖維方向強(qiáng)度的目的，但是其制備工藝較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于利用短纖維增強(qiáng)來(lái)解決拉擠復(fù)合材料太陽(yáng)能組件邊框結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的問(wèn)題，在拉擠過(guò)程在樹(shù)脂浸漬料中加入短纖維，并均勻分散在樹(shù)脂中，使得到的型材中短纖維在連續(xù)纖維間形成搭接，彌補(bǔ)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在垂直纖維方向的性能不足，使其性能更加優(yōu)異，其工藝簡(jiǎn)單好操作，成本也不會(huì)明顯增加，結(jié)果易于控制，也可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]本發(fā)明提供了一種短纖維增強(qiáng)拉擠復(fù)合材料太陽(yáng)能組件邊框，該太陽(yáng)能組件邊框通過(guò)拉擠成型工藝制備，包括短纖維、連續(xù)纖維和樹(shù)脂，各組分的體積百分比為:短纖維5% -10%,連續(xù)纖維 50% -80%,樹(shù)脂 10% -40%。
[0009]作為優(yōu)選，所述的短纖維為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維、玄武巖纖維、尼龍纖維、聚酯纖維和超高分子量聚乙烯纖維中的一種或幾種，其長(zhǎng)度<6_。所述短纖維經(jīng)過(guò)相應(yīng)的分散方式如加熱攪拌或壓縮空氣吹送等分散，均勻分布于樹(shù)脂混合物中。
[0010]作為優(yōu)選，所述連續(xù)長(zhǎng)纖維為連續(xù)玻璃纖維或碳纖維，直徑1-30 μπι。
[0011]作為優(yōu)選，所述太陽(yáng)能組件邊框中還包含有添加劑，所述添加劑的含量為樹(shù)脂體積含量的0-15%，所述添加劑為分散劑、脫模劑、阻燃劑、著色劑、偶聯(lián)劑、固化劑、紫外線吸收劑中的一種或幾種。
[0012]作為優(yōu)選，所述樹(shù)脂為聚氨酯樹(shù)脂、不飽和聚酯、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)月旨、呋喃樹(shù)脂、以甲基苯烯酸甲酯為單體的樹(shù)脂中的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明還提供了制備上述太陽(yáng)能組件邊框的方法，其制備步驟為:
[0014](I)根據(jù)不同種類的短纖維選擇適當(dāng)?shù)姆稚┖头稚⒎绞剑瑢⒍汤w維預(yù)分散，以保證其可在樹(shù)脂混合物中均勻分布；
[0015](2)將體積百分?jǐn)?shù)為10% -40%液態(tài)樹(shù)脂、5% _10%的短纖維混合獲得樹(shù)脂混合物；之對(duì)于太陽(yáng)能邊框組件的制備，短纖維的用量需要進(jìn)行合理選擇，短纖維用量過(guò)小時(shí)可以約束基質(zhì)的纖維數(shù)量較少，因而稀釋效應(yīng)顯著，降低了拉伸強(qiáng)度；當(dāng)短纖維用量過(guò)大時(shí)，由于短纖維的加入增大了膠液粘度，會(huì)使得拉擠過(guò)程中膠液與模具摩擦大，拉擠成型困難；選擇該體積分?jǐn)?shù)有利于由基質(zhì)到纖維的有效應(yīng)力傳遞，達(dá)到增強(qiáng)橫向強(qiáng)度的目的。
[0016](3)將體積百分?jǐn)?shù)為50% -80%的浸漬過(guò)偶聯(lián)劑并烘干的連續(xù)纖維在樹(shù)脂混合物中浸漬；浸膠時(shí)間15?20s為宜，以保證纖維被浸透為準(zhǔn)。
[0017](4)利用拉擠成型機(jī)，在模具溫度為150°C _210°C，牽引速度為lm/min-3m/min條件下，對(duì)浸漬過(guò)樹(shù)脂混合物的連續(xù)纖維進(jìn)行成型操作及切割操作以獲得所需太陽(yáng)能邊框組件。對(duì)于太陽(yáng)能邊框組件的最終成型，模具溫度和牽引速度等也起到較為重要的作用，模具溫度太低不能使樹(shù)脂完全固化；溫度太高，一是浪費(fèi)能源，二是可能增大制品的內(nèi)應(yīng)力，影響制品的尺寸穩(wěn)定性以及它的機(jī)械性能，甚至可能使樹(shù)脂基體裂解而影響制品性能。牽引速度則應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂基體化學(xué)反應(yīng)特性、模具溫度分布、模具長(zhǎng)度等因素調(diào)節(jié)，牽引速度過(guò)慢，樹(shù)脂在模具內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，凝膠點(diǎn)和脫離點(diǎn)靠前，會(huì)造成脫模困難，反之則會(huì)使樹(shù)脂固化不完全而影響制品的性能。
[0018]作為優(yōu)選，上述步驟(I)中所用的短纖維為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維、玄武巖纖維、尼龍纖維、聚酯纖維和超高分子量聚乙烯纖維中的一種或幾種，其長(zhǎng)度< 6mm。
[0019]作為優(yōu)選，上述步驟(3)中所用的連續(xù)纖維為連續(xù)玻璃纖維或碳纖維，直徑為
1-30 μmD
[0020]作為優(yōu)選，上述步驟(2)中在樹(shù)脂混合物中還添加有添加劑，所述添加劑的含量為樹(shù)脂體積含量的0-15%，所述添加劑為分散劑、脫模劑、阻燃劑、著色劑、偶聯(lián)劑、固化劑、紫外線吸收劑中的一種或幾種。
[0021]作為優(yōu)選，上述步驟(2)中所用樹(shù)脂為聚氨酯樹(shù)脂、不飽和聚酯、乙烯基樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、以甲基苯烯酸甲酯為單體的樹(shù)脂中的一種或幾種。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特殊優(yōu)異的技術(shù)效果:
[0023]本發(fā)明將玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維、玄武巖纖維、尼龍纖維、聚酯纖維或超高分子量聚乙烯纖維中的一種或幾種短纖維均勻分散于樹(shù)脂浸漬液中，短纖維的體積含量為5% _10%，此配比可以有效提高太陽(yáng)能組件邊框的橫向強(qiáng)度；通過(guò)復(fù)合材料拉擠工藝制備太陽(yáng)能組件邊框，模具加熱溫度為150°C _210°C，牽引速度為lm/min-3m/min，在該工藝參數(shù)下生產(chǎn)太陽(yáng)能邊框效率高，成型性好；與原有增強(qiáng)垂直方向強(qiáng)度的方法相比該方法簡(jiǎn)單易行，快捷方便且可實(shí)現(xiàn)目的，成本也不會(huì)明顯增加，結(jié)果易于控制，也可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)；該邊框同時(shí)使用短纖維與連續(xù)纖維增強(qiáng)，短纖維在連續(xù)纖維之間搭接，不僅保持了順連續(xù)纖維方向的優(yōu)異性能，在垂直纖維方向同樣保證了良好的力學(xué)性能，所得太陽(yáng)能組件邊框具有質(zhì)量輕、環(huán)保、絕緣、