高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术太阳能背板膜材料领域，具体涉及一种高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料及其制备方法。包括以下组分：聚偏氟乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯、钛白粉、纳米无机晶须、偶联剂、热稳定剂、流动改性剂。纳米无机晶须的直径为0.1～0.5μm，长度为2～50μm，长径比为20～100。本发明专利技术提高PVDF背板膜的强度和韧性，解决仅添加PMMA和钛白粉的强度和韧性不足问题，制备得到的PVDF背板膜材料MD方向的拉伸强度≥50MPa，断裂伸长率≥350％；TD方向的拉伸强度≥40MPa、断裂伸长率≥250％；透光率低，提高太阳光的反射率，进而提高背板组件对阳光的利用率。 1

High strength and high toughness PVDF solar backplane membrane material and preparation method thereof

The invention relates to the field of solar energy backplane membrane material, in particular to a high strength and high toughness PVDF solar backplane membrane material and a preparation method thereof. It includes the following components: polyvinylidene fluoride, polymethyl methacrylate, titanium dioxide, nano inorganic whisker, coupling agent, heat stabilizer, and flow modifier. The diameter of nano inorganic whiskers is 0.1 to 0.5 m, the length is 2~50 m, and the aspect ratio is 20~100. The invention improves the strength and toughness of the PVDF back plate membrane, and solves the problem that only the strength and toughness of PMMA and titanium dioxide are insufficient. The tensile strength of the prepared PVDF backboard membrane material is more than 50MPa, the elongation at break is more than 350%, the tensile strength of the TD direction is more than 40MPa, the elongation at break is more than 250%, and the light transmittance is low, and the sun light is raised to raise the sunlight. The reflectivity of the backplane assembly improves the utilization of sunlight. One

【技术实现步骤摘要】
高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料及其制备方法
本专利技术太阳能背板膜材料领域，具体涉及一种高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料及其制备方法。
技术介绍
PVDF具有突出的耐化学腐蚀、耐高低温、耐候性等优异性能，PVDF的这些优良性能使其特别适合做太阳能背板膜材料。但是纯PVDF原料存在成膜困难、成膜收缩率高、透光率高等不足，通常添加PMMA对PVDF进行成膜改性，添加钛白粉减少薄膜透光率，但是添加PMMA和钛白粉仍然存在强度韧性不足问题，尤其薄膜TD方向拉伸强度、断裂伸长率较低。针对太阳能背板膜增强增韧改性问题，专利CN106159010公开了一种高拉伸强度PVDF太阳能背板膜，其在PVDF/PMMA/TiO2复配基础上，添加了抗冲击改性剂，采用互溶共混技术制备太阳能背板膜，拉伸强度(MD)≥50MPa，拉伸强度(TD)≥37MPa，有效提高了PVDF树脂的拉伸强度。但该专利所提供的配方中未添加热稳定剂或抗氧剂，添加的钛白粉对PVDF树脂的热分解促进作用不能很好地抑制。专利CN201010536756.X公开了一种聚偏氟乙烯薄膜专用料，使用增强树脂(丙烯酸酯类)对PVDF增塑和增韧，提高薄膜的耐撕裂强度。中国专利CN103240008A，公开了一种晶须加强聚偏氟乙烯中空纤维膜及其制备工艺，应用于中空纤维膜，采用铸膜液的形式纺丝。中国专利CN107236232A，公开了一种聚偏氟乙烯树脂聚合物及其制备方法，使用硅酸钠料、硫氧镁晶须、钛酸钾晶须中至少一种与云母粉复配的复合成核剂，降低注塑成型收缩率，抗冲击强度得到改善，其应用于注塑领域，并不适合作为背板膜材料。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，提高PVDF背板膜母料的强度和韧性，解决现有技术强度和韧性不足问题，拉伸强度和断裂伸长率高，透光率低，提高太阳光的反射率；本专利技术还提供其制备方法。本专利技术所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，包括以下组分组成：聚偏氟乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯、钛白粉、纳米无机晶须、偶联剂、热稳定剂和流动改性剂。优选地，包括以下重量份数的组分组成：其中：纳米无机晶须的直径为0.1～0.5μm，长度为2～50μm，长径比为20～100。纳米晶须不同直径、长度及长径比对复合材料的增强增韧效果不同，在一定范围内长径比增加，复合材料拉伸强度增加，但长径比过大时，分散变差，在材料内部产生应力集中，反而不利于增强增韧，选择上述尺寸的晶须，增强增韧效果最好。纳米无机晶须为二氧化钛晶须、碳化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、氧化铝晶须或氧化锌晶须中的一种或多种。晶须是一种主要以单晶形式生长成的纤维，其直径非常小(微纳米级)，不含有通常材料中存在的缺陷，其原子排列高度有序，晶须的高度取向结构使其具有高强度、高模量和高伸长率，其强度远高于其他短切纤维，在聚合物基体中添加晶须不仅能降低材料收缩率，还能优化材料的强度、韧性。聚偏氟乙烯为偏氟乙烯单体均聚物或偏氟乙烯单体与其它含氟单体的共聚物中的至少一种。聚偏氟乙烯230℃、5kg的熔体质量流动速率为5～30g/10min。聚甲基丙稀酸甲酯230℃、5kg的熔体质量流动速率为0.5～25g/10min，优选2～15g/10min。钛白粉为金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉，优选金红石型钛白粉。钛白粉的粒径为100～500nm，优选200～400nm。偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或多种。流动改性剂为芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、十八烷基芥酸酰胺、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的一种或多种。热稳定剂为受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类辅助抗氧剂168按重量比为0.5：1～3:1的混合物。1010是主抗氧剂，168是辅助抗氧剂，二者复配协同效果佳，能有效提高加工热稳定性及材料使用过程中的抗氧化性能。本专利技术所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)使用偶联剂对钛白粉和纳米无机晶须进行预处理：将偶联剂和钛白粉以及纳米无机晶须在高速混合机中混合，得到预处理产品；(2)将聚偏氟乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯、步骤(1)得到的预处理产品和热稳定剂和流动改性剂在高速混合机中混合；得到的混合料于双螺杆挤出机上进行熔融加工造粒，得到背板膜专用母粒；(3)将背板膜专用母粒在单螺杆挤出机上流延或吹塑成膜。其中：步骤(1)中的混合时间为5-20min，混合温度为60-80℃，转速为800-2000r/min。步骤(2)中的混合时间为10-30min，混合温度为40-80℃，转速为800-2000r/min，造粒温度为180-220℃。步骤(3)中的挤出温度为170-210℃。作为一种优选的技术方案，本专利技术所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料的制备方法，步骤如下：(1)使用偶联剂对钛白粉和纳米无机晶须进行预处理：将偶联剂和钛白粉以及纳米无机晶须在高速混合机中混合5-20min，混合温度60-80℃，转速800-2000r/min，得到预处理的钛白粉和纳米无机晶须；(2)将聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)、步骤(1)得到的预处理的钛白粉和纳米无机晶须、热稳定剂、流动改性剂在高速混合机中混合10-30min，混合温度40-80℃，转速800-2000r/min；得到的混合料于双螺杆挤出机上进行熔融加工造粒，造粒温度180-220℃，得到背板膜专用母粒；(3)将背板膜专用母粒在单螺杆挤出机上流延或吹塑成膜，挤出温度170-210℃。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术通过添加纳米无机晶须，利用纳米无机晶须特有的增强增韧作用提高PVDF背板膜母料的强度和韧性，解决仅添加PMMA和钛白粉的强度和韧性不足问题，制备得到的PVDF背板膜材料MD方向的拉伸强度≥50MPa，断裂伸长率≥350％；TD方向的拉伸强度≥40MPa、断裂伸长率≥250％；同时添加的纳米无机晶须为白色，透光率低，相对于其他透光率高的增强增韧改性剂，添加纳米无机晶须可以制备透光率更低的背板膜，提高太阳光的反射率，进而提高背板组件对阳光的利用率。本专利技术是熔融挤出法，添加晶须除了增强增韧作用外，还实现了其他综合作用，如背板膜材料的透光率更低、加工热稳定性提高。(2)本专利技术通过添加纳米无机晶须，利用纳米无机晶须特有的增强增韧作用提高PVDF背板膜母料的强度和韧性，解决仅添加PMMA和钛白粉的强度和韧性不足问题；钛白粉和纳米无机晶须共同作用，能够使制备的背板膜透光率更低，提高太阳光的反射率，进而提高背板组件对阳光的利用率。同时热稳定剂的使用，以及钛白粉添加量一部分被无机晶须替代，提高了背板膜材料的加工热稳定性。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。以下实施例中各物料的份数均为重量份；以下实施例中挤出温度是指螺杆熔融段温度。对比例将0.5份硅烷偶联剂及10份钛白粉在高速混合机中混合15min，混合温度60℃，混合机转速1200r/min，得到偶联剂预处理钛白粉；将70份PVDF、20份PMMA、预处理钛白粉、1份十八烷基芥酸酰胺、1.5份抗氧剂(1010:168＝1:0.5)在高速混合机中混合20min，混合温度50℃，混合机转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：包括以下组分组成：聚偏氟

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：包括以下组分组成：聚偏氟乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯、钛白粉、纳米无机晶须、偶联剂、热稳定剂和流动改性剂。2.根据权利要求1所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分组成：3.根据权利要求1所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：纳米无机晶须的直径为0.1～0.5μm，长度为2～50μm，长径比为20～100。4.根据权利要求1所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：纳米无机晶须为二氧化钛晶须、碳化硅晶须、钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须、氧化铝晶须或氧化锌晶须中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：聚偏氟乙烯为偏氟乙烯单体均聚物或偏氟乙烯单体与其它含氟单体的共聚物中的至少一种；聚偏氟乙烯230℃、5kg的熔体质量流动速率为5～30g/10min。6.根据权利要求1所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：聚甲基丙稀酸甲酯230℃、5kg的熔体质量流动速率为0.5～25g/10min。7.根据权利要求1所述的高强度高韧性PVDF太阳能背板膜材料，其特征在于：钛白粉为金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉；钛白粉的粒径为100～50...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汉利，韩瑞芹，杜延华，马丽，唐妮，李秀芬，
申请(专利权)人：山东华夏神舟新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37