太阳能电池用单组分室温硫化硅橡胶的研究

旁隐

在传统多晶硅太阳能电池组装工艺中，包括铝边框和TPT背膜粘接密封的工序，主要使用单组分硅橡胶。本文研制的单组分硫化硅橡胶，硫化后强度高、伸长率大，固化速度适宜，触变性适于施工，并特别针对太阳能行业要求进行了双85试验（固化后的硅橡胶在85 ℃、相对湿度85%的条件下的老化性能），提高了硅橡胶的各项性能指标。
　　一、实验部分
　　1、原料
　　α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107），黏度（25 ℃）50 Pa·s、80 Pa·s，瓦克化学贸易公司；气相法二氧化硅V15， 瓦克化学贸易公司； 甲基三丁酮肟基硅烷（MOS）、乙烯基三丁酮肟基硅烷（VOS），湖北蓝天化工公司；复合催化剂，自制；纳米碳酸钙、高目数超细氢氧化铝，上海卓越材料有限公司。
　　2、主要测试仪器及测试方法
　　LX-A型邵氏硬度计，上海化工机械厂；WDW-20材料试验机，上海可雷机电有限公司；稳压气源；恒温恒湿控制箱，上海高昱有限公司。硬度按GB/T 531-1999测试，拉伸强度、断裂伸长率按GB/T 528- 1998测试， 撕裂强度按GB/T 529-2008测试。

　　3、工艺流程
　　1）预混料配制：将一定配比的107基胶、纳米碳酸钙、气相二氧化硅及其他助剂在行星搅拌器中充分混合后，在120 ℃真空脱水2h。
　　2）室温硫化硅橡胶配制：在行星搅拌器中，先加入制备好的预混料及交联剂，抽真空搅拌0.5 h后停止抽真空并加入气相法白炭黑，在预混料和白炭黑完全混合后，继续抽真空搅拌，0.5 h后加入偶联剂、催化剂及助剂真空搅拌0.5 h后出料。
　　3）双85实验：将完全固化的硅橡胶放于温度为85 ℃、相对湿度为85％的恒温恒湿箱中，硅橡胶之间保持一定的间距，试验时间为1 000 h。表1为本实验确定的典型配方。

　　4、确定配方
　　表1为本实验确定的典型配方

　　二、结果与讨论
　　1、硫化机理
　　本实验所配制的RTV为单组分缩合型脱酮肟室温硫化硅橡胶，是以107硅橡胶为基础聚合物，配以适当的填料、助剂、交联剂、催化剂而成，在微量水分存在下，室温即可固化。硅橡胶固化性能主要受填料、交联剂及催化剂等种类和用量的影响，特别是不同种类的交联剂对硅橡胶的交联密度和力学性能有明显的影响。本文主要探讨硅橡胶在双85试验后的性能。

　　2、交联剂配比对双85实验后硅橡胶性能的影响
　　当配方中交联剂量过小时，会引起固化不完全或固化非常缓慢；而交联剂量过大时，则有可能发生交联剂的自交联，或与填料的表面处理物发生反应，从而造成贮存不稳定。表2为107基胶与交联剂质量比为10∶1时，双85试验前后硅橡胶的各性能指标。从表2可以看出，在而硬度则变化不大。是由于VOS的活性比MOS的要高，因此固化交联速度快，交联密度较大，力学性能也更好。

3、填料对硅橡胶双85实验后性能的影响 　　本实验中采用的填料为RTV生产中常见的氢氧化铝和纳米级碳酸钙，因为氢氧化铝不仅具有较好的增量效果，同时对胶体增稠作用不明显，有利于施工操作，而纳米碳酸钙由于比表面积大，有利于RTV提高力学性能，但对胶体增稠明显，不利于施工；某些经表面处理后的纳米碳酸钙还有可能在贮存过程中出现结构化的问题。因此选择合适配比的填料很重要。 　　本试验中每100份107中加入100份填料，其中填料由氢氧化铝和纳米碳酸钙以不同配比组成。图1、图2为不同配比的填料对硅橡胶拉伸强度和断裂伸长率的影响。由图1、2可见，含有氢氧化铝的硅橡胶双85试验后的性能下降明显，且随加入量增大而更加显著。因此，在实际应用中对于耐湿热性能要求较高的场合，应控制好氢氧化铝的加入量，使硅橡胶既能保持较好的操作工艺性能，同时又能满足双85实验要求。每100份107基胶中加入80份纳米碳酸钙、20份的氢氧化铝时，双85试验交联剂加入总量不变的情况下，随着VOS加入量的提高，硅橡胶的拉伸强度有一定的提高，断裂伸长率略有下降， 　　三、结论 　　1）100份107基胶中加入10份交联剂VOS时，双85试验后拉伸强度保持率达到了90％，断裂伸长率有一定的提高，且硬度下降不明显，橡胶表面几乎不黏手，因此该配方适合用于对耐湿热要求较高的太阳能电池生产。 　　2）在100份107基胶中加入80份碳酸钙、20份的氢氧化铝，在双85试验前后都表现出优良的力学性能。