本技術(shù)涉及光伏領(lǐng)域，尤其涉及熱塑性生物基復(fù)合材料光伏邊框及其制備方法、制備裝置。

背景技術(shù)：

1、光伏邊框是光伏組件的重要結(jié)構(gòu)件，保障發(fā)電功能正常運(yùn)行，也是目前光伏組件中成本占比最高的組件輔材。目前光伏邊框主要由鋁合金材料加工制造，因此面臨成本高、碳稅高、產(chǎn)能受限等應(yīng)用劣勢(shì)。而且在重腐蝕場(chǎng)景(如海洋、化工廠、養(yǎng)殖場(chǎng)等)，現(xiàn)有的鋁合金材料制備的光伏邊框的可靠性不足。

2、目前已經(jīng)有研究人員考慮采用連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，這是因?yàn)檫B續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、低成本、低碳稅、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)，尤其以連續(xù)玻纖增強(qiáng)聚氨酯基復(fù)材受到光伏行業(yè)重視，已經(jīng)開始量產(chǎn)試點(diǎn)應(yīng)用。但聚氨酯基復(fù)合材料作為熱固性材料面臨回收難的困境。相比之下，連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在熱固性基礎(chǔ)上兼具可回收、高韌性、易修補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)，是目前本領(lǐng)域認(rèn)可的最佳的光伏邊框替代材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料邊框一般使用熔融浸漬拉擠工藝制造，將熔融狀態(tài)的熱塑性樹脂與連續(xù)纖維浸漬后，通過成型模具，冷卻得到型材，但熱塑性樹脂熔體粘度普遍較高，浸漬效果不理想，易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，拉擠速度緩慢，因此仍然需要對(duì)拉擠工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2、目前以聚氨酯基為代表的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料邊框存在回收難的問題；但熱塑性復(fù)合材料邊框制造存在樹脂浸漬難，拉擠速度慢，工藝成本高的問題。

3、本技術(shù)意在解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，嘗試改進(jìn)現(xiàn)有的浸漬、拉擠工藝，本技術(shù)使用熱塑性樹脂單體進(jìn)行纖維浸漬，開發(fā)了連續(xù)制備的工藝，從而實(shí)現(xiàn)了利用熱塑性復(fù)合材料高效地制備光伏邊框。

4、本技術(shù)涉及如下方案：

5、本技術(shù)提供了一種熱塑性復(fù)合材料光伏邊框的制備方法，其包括以下步驟：利用連續(xù)纖維和纖維氈形成纖維預(yù)成型體；將所述纖維預(yù)成型體導(dǎo)入模具；在低溫下，向所述模具中注入單體溶液對(duì)所述纖維預(yù)成型體進(jìn)行一次浸漬，在高溫下，導(dǎo)入纖維布以覆蓋所述經(jīng)一次浸漬的纖維預(yù)成型體的表面以形成復(fù)合預(yù)成型體，向所述模具中注入所述單體溶液對(duì)所述復(fù)合預(yù)成型體的纖維布進(jìn)行二次浸漬，在聚合溫度下，使經(jīng)過兩次浸漬的復(fù)合預(yù)成型體中的單體聚合并對(duì)完成聚合的纖維預(yù)成型體進(jìn)行冷卻、加工得到光伏邊框。

6、本技術(shù)對(duì)由連續(xù)纖維和纖維氈、纖維布組成的預(yù)成型體進(jìn)行兩次分批浸漬、一體反應(yīng)拉擠成型，提高了熱塑性復(fù)材邊框機(jī)械性能和拉擠速度。且本技術(shù)解決了現(xiàn)有技術(shù)中橫向強(qiáng)度和剛度均較差、成本高、常規(guī)浸漬無法充分對(duì)網(wǎng)格布進(jìn)行浸漬的問題。利用本技術(shù)的方法制備的復(fù)合材料光伏邊框成本低、易回收且具有高韌性、易修補(bǔ)。

7、在一些實(shí)施方式中，所述低溫的溫度范圍為80℃～170℃，或者所述高溫的溫度范圍為120℃～180℃，或者所述聚合溫度范圍為140℃～245℃。在該溫度范圍下，在低溫條件下可以更好的進(jìn)行內(nèi)部單向纖維的浸漬，在高溫條件下進(jìn)行二次浸漬及熱塑性樹脂的固化。

8、在一些實(shí)施方式中，在導(dǎo)入所述邊框成型模具之前，還包括對(duì)所述纖維預(yù)成型體進(jìn)行預(yù)熱的步驟，優(yōu)選所述預(yù)熱的溫度范圍為90℃～180℃。該預(yù)熱步驟可以更有利于本技術(shù)的兩次聚合的有效實(shí)施。

9、在一些實(shí)施方式中，所述模具在纖維布運(yùn)輸?shù)姆较蛏弦来伟ǖ蜏貐^(qū)和高溫區(qū)，所述一次浸漬和二次浸漬分別在低溫區(qū)和高溫區(qū)進(jìn)行。低溫區(qū)主要作用為提供相對(duì)較低的溫度，以便更好地進(jìn)行內(nèi)部單向纖維的浸漬，高溫區(qū)主要作用為提供相對(duì)較高的溫度，以便更好地實(shí)現(xiàn)二次浸漬及熱塑性樹脂的固化。使用單體兩次分批浸漬可充分與纖維預(yù)成型體復(fù)合，降低孔隙率，提高邊框性能，提高復(fù)材邊框垂直纖維方向的強(qiáng)度，對(duì)構(gòu)成邊框外表面及內(nèi)腔表面的纖維編織布和纖維氈進(jìn)行增強(qiáng)。這樣克服了熱塑性樹脂單次浸漬難以充分滲透纖維預(yù)成型體的缺陷。

10、在一些實(shí)施方式中，第一次浸漬中使用的混合物和所述第二次浸漬中使用的混合物的體積比的范圍為(70～90):(30～10)。在兩次的浸漬過程中，通過進(jìn)一步優(yōu)化兩次浸漬注入的單體溶液的比例，能夠更好地協(xié)調(diào)邊框的長(zhǎng)度方向上強(qiáng)度和與長(zhǎng)度方向垂直的方向上的強(qiáng)度之間的平衡，實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)異的邊框性能。申請(qǐng)人對(duì)此進(jìn)行了大量的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)了第一次浸漬中使用的混合物和第二次浸漬中使用的混合物的體積比維持在一定范圍之內(nèi)，能夠顯著改善最終產(chǎn)品的性能，例如，機(jī)械性能整體優(yōu)異、邊框的長(zhǎng)度方向上強(qiáng)度優(yōu)良，且與長(zhǎng)度方向垂直的方向上強(qiáng)度也良好。如果不進(jìn)行控制，則可能導(dǎo)致邊框的長(zhǎng)度方向上強(qiáng)度較差，或者導(dǎo)致與長(zhǎng)度方向垂直的方向上強(qiáng)度較差，會(huì)導(dǎo)致邊框整體的性能變差。

11、在一些實(shí)施方式中，所述利用連續(xù)纖維和纖維氈形成纖維預(yù)成型體的步驟包括：對(duì)連續(xù)纖維進(jìn)行排布造型，向所述造型的內(nèi)腔表面導(dǎo)入纖維氈覆蓋所述連續(xù)纖維以形成纖維預(yù)成型體。利用這樣方式形成的纖維預(yù)成型體能夠更好的形成邊框，并最終獲得機(jī)械強(qiáng)度高的邊框型材。

12、在一些實(shí)施方式中，對(duì)纖維預(yù)成型體進(jìn)行冷卻、加工得到光伏邊框包括如下步驟：對(duì)完成聚合反應(yīng)的纖維預(yù)成型體進(jìn)行冷卻得到邊框型材；對(duì)所述邊框型材進(jìn)行切斷后得到定長(zhǎng)型材，以及對(duì)定長(zhǎng)型材進(jìn)行在線打磨噴漆得到光伏邊框。

13、在一些實(shí)施方式中，所述單體溶液包括：化學(xué)單體、反應(yīng)助劑及填料；注入所述單體溶液包括如下步驟：通過高壓注入頭將來自不同料罐的化學(xué)單體、反應(yīng)助劑及填料混合，并通過超聲分散將所述混合物均勻分散后注入所述模具。在本技術(shù)的方法中利用超聲分散處理可以使形成單體溶液的各個(gè)部分的混合、分散更加均勻。

14、在一些實(shí)施方式中，所述化學(xué)單體選自己內(nèi)酰胺、丁內(nèi)酰胺、戊內(nèi)酰胺、十一內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺或十三內(nèi)酰胺中的一種或兩種以上；或者所述反應(yīng)助劑選自引發(fā)劑、催化劑、脫模劑中的一種或兩種以上；或者所述填料選自空心玻璃微珠、碳酸鈣、滑石粉、蒙脫土、鈦白粉或硅灰石中的一種或兩種以上。以上這些材料的選擇均可以更好地實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的目的。本技術(shù)使用的化學(xué)單體能夠完全聚合，也不會(huì)產(chǎn)生多余的成分，不需要額外的后處理步驟。

15、在一些實(shí)施方式中，當(dāng)所述化學(xué)單體為己內(nèi)酰胺、丁內(nèi)酰胺或戊內(nèi)酰胺時(shí)，所述低溫的溫度范圍為80℃～100℃，所述高溫的溫度范圍為120℃～140℃，所述聚合溫度范圍為140℃～160℃，以及所述預(yù)熱溫度為90℃～100℃；當(dāng)所述化學(xué)單體為十一內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺或十三內(nèi)酰胺時(shí)，所述低溫的溫度范圍為160℃～170℃，所述高溫的溫度范圍為170℃～180℃，所述聚合溫度范圍為180℃～245℃，以及所述預(yù)熱溫度為170℃～180℃。本技術(shù)發(fā)明人針對(duì)不同的材質(zhì)選用不同的溫度，更有利于浸漬均勻和固化均勻。

16、在一些實(shí)施方式中，所述連續(xù)纖維選自玻璃纖維無捻粗紗、聚合物纖維或生物質(zhì)纖維中的一種或兩種以上，優(yōu)選所述聚合物纖維選自超高分子量聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚苯二甲酰對(duì)苯二胺，優(yōu)選所述生物質(zhì)纖維選自竹漿纖維、麻漿纖維和殼聚糖纖維；所述纖維氈選自碳纖維氈、玻璃纖維氈或聚酯纖維氈；或者，所述纖維布選自玻璃纖維平紋編織布、玻璃纖維斜紋編織布、玻璃纖維緞紋編織布。本技術(shù)使用的玻璃纖維平紋編織布能夠更好的形成邊框，機(jī)械強(qiáng)度更高。

17、本技術(shù)提供了一種熱塑性復(fù)合材料光伏邊框的制備裝置，其包括：纖維預(yù)成型體成型機(jī)構(gòu)，其利用連續(xù)纖維和纖維氈形成纖維預(yù)成型體；邊框成型模具，其用于放置所述纖維預(yù)成型體且能夠控制溫度并用于進(jìn)行纖維預(yù)成型體的浸漬和聚合反應(yīng)；注膠機(jī)構(gòu)，其能夠向所述模具中注入單體溶液；輸送機(jī)構(gòu)和切斷機(jī)構(gòu)，其用于輸送經(jīng)冷卻的邊框形成并加工成光伏邊框；其中，所述模具分為低溫區(qū)和高溫區(qū)，所述注膠機(jī)構(gòu)包括一次浸漬注入流道和二次浸漬注入流道，所述低溫區(qū)與一次浸漬注入流道連通以進(jìn)行所述一次浸漬，所述高溫區(qū)與二次浸漬注入流道連通以進(jìn)行所述二次浸漬。通過上述裝置，可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)單體混合物的兩次分批浸漬，可充分與纖維預(yù)成型體復(fù)合，降低孔隙率，提高邊框性能。

18、在一些實(shí)施方式中，在所述模具的低溫區(qū)，通過一次浸漬注入流道和第一注膠口向所述模具中注入所述單體溶液對(duì)所述纖維預(yù)成型體進(jìn)行一次浸漬，在所述模具的高溫區(qū)，向所述模具導(dǎo)入纖維布以覆蓋所述經(jīng)一次浸漬的纖維預(yù)成型體的表面以形成復(fù)合預(yù)成型體，并通過二次浸漬注入流道和第二注膠口向所述模具中注入所述單體溶液對(duì)所述復(fù)合預(yù)成型體的纖維布進(jìn)行二次浸漬，在模具的高溫區(qū)，在注膠機(jī)構(gòu)模具中使經(jīng)過兩次浸漬的復(fù)合預(yù)成型體中的單體發(fā)生聚合反應(yīng)；其中一次浸漬注入流道和二次浸漬注入流道彼此獨(dú)立。低溫區(qū)主要進(jìn)行內(nèi)部單向纖維的浸漬，高溫區(qū)進(jìn)行二次樹脂的浸漬及固化，通過低溫區(qū)和高溫區(qū)的配合，使得能夠更好地協(xié)調(diào)邊框的長(zhǎng)度方向上強(qiáng)度和與長(zhǎng)度方向垂直的方向上的強(qiáng)度之間的平衡，實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)異的邊框性能。

19、在一些實(shí)施方式中，本技術(shù)的制備裝置還包括溫度控制系統(tǒng)，其能夠基于用于進(jìn)行浸漬和聚合反應(yīng)的單體的不同來控制模具的溫度，其能夠?qū)⑺瞿＞擢?dú)立地控制在如下溫度范圍：所述低溫的溫度范圍為80℃～170℃，或者所述高溫的溫度范圍為120℃～180℃，或者所述聚合溫度范圍為140℃～245℃。通過控制兩次分批浸漬的溫度，可以在不同的條件下使單體溶液充分浸漬，進(jìn)一步在適當(dāng)?shù)木酆蠝囟认履軌蚴沟镁酆戏磻?yīng)更充分，通過精確地控制上述溫度，單體可充分與纖維預(yù)成型體復(fù)合并聚合，在纖維預(yù)成型體的表面形成有熱塑性樹脂，從而降低孔隙率，提高邊框性能。

20、在一些實(shí)施方式中，本技術(shù)的制備裝置還包括：預(yù)熱機(jī)構(gòu)，其用于在導(dǎo)入所述邊框成型模具之前，還包括對(duì)所述纖維預(yù)成型體進(jìn)行預(yù)熱，優(yōu)選溫度控制系統(tǒng)控制預(yù)熱機(jī)構(gòu)的預(yù)熱溫度為90℃～180℃。通過預(yù)熱機(jī)構(gòu)的預(yù)熱處理，可以更好的實(shí)現(xiàn)浸漬。

21、在一些實(shí)施方式中，注膠機(jī)構(gòu)控制進(jìn)入一次浸漬注入流道和進(jìn)入二次浸漬注入流道的混合物的體積比的范圍為(70～90):(30～10)。

22、在一些實(shí)施方式中，溫度控制系統(tǒng)，其能夠基于用于進(jìn)行浸漬和聚合反應(yīng)的單體的不同來控制模具以及預(yù)熱機(jī)構(gòu)的溫度，

23、其中當(dāng)所述化學(xué)單體為己內(nèi)酰胺、丁內(nèi)酰胺或戊內(nèi)酰胺時(shí)，溫度控制系統(tǒng)控制所述注膠機(jī)構(gòu)的低溫區(qū)的溫度范圍為80℃～100℃，溫度控制系統(tǒng)控制所述高溫區(qū)的溫度范圍為120℃～140℃，溫度控制系統(tǒng)控制所述高溫區(qū)的聚合溫度范圍為140℃～160℃，以及溫度控制系統(tǒng)控制所述預(yù)熱機(jī)構(gòu)的預(yù)熱溫度為90℃～100℃；當(dāng)所述化學(xué)單體為十一內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺或十三內(nèi)酰胺時(shí)，溫度控制系統(tǒng)控制所述注膠機(jī)構(gòu)的低溫區(qū)的溫度范圍為160℃～170℃，溫度控制系統(tǒng)控制所述高溫區(qū)的溫度范圍為170℃～180℃，溫度控制系統(tǒng)控制所述高溫區(qū)的聚合溫度范圍為80℃～245℃，以及溫度控制系統(tǒng)控制所述預(yù)熱機(jī)構(gòu)的預(yù)熱溫度為170℃～180℃。通過這樣的設(shè)置，使得在低溫條件下可以更好的進(jìn)行內(nèi)部單向纖維的浸漬，在高溫條件下進(jìn)行二次浸漬，并在聚合溫度下進(jìn)行熱塑性樹脂的充分固化。

24、本技術(shù)提供了一種熱塑性復(fù)合材料光伏邊框，其包括依次疊層的如下結(jié)構(gòu)：表面形成有熱塑性樹脂的、包括連續(xù)纖維和纖維氈的纖維成型體；表面形成有熱塑性樹脂的纖維布；以及在所述纖維布上涂覆的耐候性涂料。該熱塑性復(fù)合材料光伏邊框具有良好的機(jī)械性能和拉擠速度。

25、在一些實(shí)施方式中，所述熱塑性樹脂是通過包括化學(xué)單體、反應(yīng)助劑及填料的單體溶液在纖維成型體上進(jìn)行聚合得到的。

26、在一些實(shí)施方式中，熱塑性復(fù)合材料光伏邊框是通過上述本技術(shù)所述的方法制備或者通過上述本技術(shù)所述的制備裝置來制備的。

27、發(fā)明效果

28、本技術(shù)的熱塑性復(fù)合材料光伏邊框的制備方法具有單體粘度低，浸漬效果好，加工溫度低的優(yōu)勢(shì)。并且對(duì)由連續(xù)纖維和纖維氈、纖維布組成的預(yù)成型體進(jìn)行兩次分批浸漬、一體反應(yīng)拉擠成型，提高了熱塑性復(fù)材邊框機(jī)械性能和拉擠速度?，F(xiàn)有的復(fù)合材料邊框表面只有短切纖維氈，橫向強(qiáng)度和剛度都比較差，但如果替換為連續(xù)纖維網(wǎng)格布，其性能可能能夠提高，但目前由于網(wǎng)格布密度高，如果利用常規(guī)浸漬，其無法有效提高強(qiáng)度來制備能夠使用的邊框型材。而本技術(shù)的方法或裝置能夠有效地解決上述問題，利用本技術(shù)的方法或裝置制備的復(fù)合材料光伏邊框成本低、易回收且具有高韌性、易修補(bǔ)。

29、在現(xiàn)有技術(shù)中通常是將熱塑性樹脂高溫熔融后浸漬纖維，拉擠形成復(fù)合材料邊框，但本技術(shù)將熱塑性樹脂單體與助劑、填料形成混合物，并經(jīng)過超聲分散，在浸漬纖維的過程中原位聚合成熱塑性樹脂，拉擠形成復(fù)合材料邊框。由于熱塑性樹脂熔點(diǎn)高，熔體粘度大，常規(guī)聚酰胺的熔體粘度約103～104pa·s，導(dǎo)致加工溫度偏高，因此常規(guī)的樹脂浸漬困難，復(fù)合材料易產(chǎn)生缺陷，拉擠速度緩慢。但本技術(shù)使用的熱塑性樹脂的單體熔點(diǎn)低、粘度低，常規(guī)單體內(nèi)酰胺熔體粘度約10-2～10-1pa·s，因此加工溫度低，易浸漬，復(fù)合材料缺陷少，加工速度快。

30、現(xiàn)有技術(shù)中僅利用形成熱塑性樹脂的單體溶液進(jìn)行單次浸漬，但本技術(shù)利用形成熱塑性樹脂的單體溶液分兩次進(jìn)行浸漬，利用兩次浸漬分別對(duì)由連續(xù)纖維和纖維氈形成的纖維預(yù)成型體進(jìn)行浸漬，并在第一次浸漬后，對(duì)導(dǎo)入了纖維布的復(fù)合預(yù)成型體進(jìn)行第二次浸漬，通過這樣的浸漬方式能夠大大提高復(fù)合材料邊框垂直纖維方向強(qiáng)度，并且形成邊框外表面及內(nèi)腔表面的纖維編織布和纖維氈得到增強(qiáng)。通常熱塑性樹脂單次浸漬難以充分滲透纖維預(yù)成型體，使用單體兩次分批浸漬可充分與纖維預(yù)成型體或復(fù)合預(yù)成型體復(fù)合，在纖維預(yù)成型體的表面形成有熱塑性樹脂，從而降低孔隙率，提高邊框性能。

31、進(jìn)一步本技術(shù)制備邊框的過程中，使用的玻璃纖維平紋編織布能夠更好的形成邊框，機(jī)械強(qiáng)度更高。且由于使用的化學(xué)單體能夠完全聚合，也不會(huì)產(chǎn)生多余的成分，不需要額外的后處理步驟。

32、在兩次的浸漬過程中，通過進(jìn)一步優(yōu)化兩次浸漬注入的單體溶液的比例，能夠更好地協(xié)調(diào)邊框的長(zhǎng)度方向上強(qiáng)度和與長(zhǎng)度方向垂直的方向上的強(qiáng)度之間的平衡，實(shí)現(xiàn)更為優(yōu)異的邊框性能。