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蝶式太阳能设备粘接工艺研究
蝶式太阳能设备粘接工艺研究
王鑫鹏唐龙尧于英双
湘潭电杌股份有限公司技术中心,湖南湘潭(411101)
摘要:本项目主要针对太阳能发电设备长期裸露在空气当中,经受太阳光中的紫外线辐照、风沙、潮
湿等影响,环境比较恶劣,对聚能系统中的镜面和镜面支架所用的胶粘剂影响很大;因此有必要对胶粘剂进
行研究,研制出一种能满足太阳能发电设备需要的胶粘剂和工艺,同时必须对胶粘剂在上述环境条件下的
寿命进行研究,以满足太阳发电设备的需求。
1、引言
地区,依据有两个:以能代表某种“气候类型”为标
准的曝露场,称为“标准气侯”曝露场;以近似于产
1.1高分子材料复合结构耐候性研究的现状
品实际应用环境条件为标准的,称为“非标准气候”
塑料、涂料、橡胶、纺织品等高分子材料在实际曝露场。在我国,标准的自然大气曝露场主要设在
使用中由于受到环境因素如光、水、温度的影响,其海南的琼海(北热带高温高湿城郊环境气候)、万宁
物理性能和机械性能会劣化或丧失,如表面褪色、(北热带高温高湿海洋型气候),广州(南亚热带湿
失光、开裂、粉化、起泡、硬化等等,这种现象称为气润型城市气候),北京(中温带亚湿润型城郊气候)
候老化。高分子材料在自然气候环境下裸露时的耐江津(亚热带高温高湿城郊环境气候),拉萨(亚热
气候老化能力印高分子材料的耐候性。此次研究的带高温高湿城郊环境气候)等典型气候地点。因
材料结构特殊铀玻璃钢板为基础,经过涂覆胶体和此,试验结果与实际使用中产生的结果之间一致性
玻璃钢板相连。涉及到了涂覆胶体和玻璃钢板的高好,能获得较为可靠的试验数据和结果。但这种试
分子材料复合结构。其老化和工程寿命的研究是直验方法也有其自身的缺点,如试验周期长,一一个试
接影响到太阳能工程材料使用的关键问题。
验往往需要几个月,甚至几年乃至更长的时间才能
高分子材料在使用过程中会遇到气候老化的获取试验数据,很难满足瞬息万变的商业社会的时
问题。为了预知高分子材料的耐候性,我们可以通效要求,相比人工气候老化试验,其试验不具备加
过实验的方法来实现,当前常用的考核评价高分子倍速率,效率比较低。此外,由于自然气候非人力
材料耐候性的试验方法主要分为两类:自然气候老可控,受时间、地域的制约,环境中的光、水、温度随
化试验和人工气候老化试验。
时都会发生改变,因此在不同的时间开始的试验很
1)自然气候老化试验又称自然气候曝露试验,难获得一致的结果,导致其试验结果重复性差
即将待试的试样或制品曝露于自然大气环境中,使
2)人工气候老化试验又称人工加速老化试验,
其经受日光、温度、水分、氧和臭氧等各种气候因素即在实验室利用老化箱模拟自然环境条件的某些
的综合作用,观测其性能随时间而发生的变化的试重要因素,如阳光、温度、湿度、降丽等对试验样品
验。自然气候老化试验是最早采用的、现在还广泛进行的耐候性试验。实验室光源曝露试验因为可
使用的方法。自然气候老化试验在自然大气曝露以在一个试验箱中同时模拟大气可见环境中的光、
场进行。曝露场规定必须建在能代表某一最严酷氧、热和降丽等因素,是目前较为常用的一种人工
气候类型或环境条件近似于产品实际应用条件的气候老化试验方法,在这些模拟因素中,又以光源
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电气牵引2015年第2期(总第130期)
最为重要。经验表明,高分子材料的气候老化不仅家标准方法(CB/I7041-86)及国家军用标准方法
与光源的辐射强度有关,而且与光源的能谱分布有(CJB92.1-86),也就是基于 Arrhenius公式进行外
密切关系。阳光中引起高分子材料破环的波长主推的方法。研究人员提出了许多寿命预测模型:1)
要集中在紫外线及部分可见光。目前使用的人工橡胶寿命评估的通用模型,即对不同橡胶种类及其
光源都力图使在290-400纳米的波长区间内的能谱不同服役环境,只要更改部分输入参数,而模型的
分布曲线与太阳光谱接近,模拟性和加速倍率是选基本形式不用改变,也就是建立一种强调通用性的
择人工光源的主要依据。经历了约一个世纪的发模型;2)动力学曲线直线化法,此方法大致分为两
展,应用于人工加速老化试验的实验室光源已有封步,第一步橡胶的老化性能损失百分率P随时间t的
闭式碳弧灯、阳光型碳弧灯、荧光紫外灯、氙弧灯、变化规律可以用动转变成直线。第二步然后根据P
高压汞灯等各种光源可供选择。国际标准化组织随t变化的测试数据,回归拟合直线方程中的未知
(S0)中与高分子材料相关的各技术委员会主要推系数,求得不同温度下的动力学常数也就是降解速
荐使用的是氙弧灯、荧光紫外灯、阳光型碳弧灯三种率k值。再利用 A rrhenius公式外推求出服役温度下
光源。由于引起高分子材料气候老化因素的多样性的速度常数k,从而建立相应温度下的性能变化方
及老化机理的复杂性,自然气候老化无疑是最重要程。3)扩散限制氧化模型,扩散限制氧化效应DLO
最可靠的耐候性试验方法。但是,由于自然老化周描述这样一种情形:氧气在材料内的扩散和反应存
期相对较长,不同年份、季节、地区气候条件的差异在竞争,是指当橡胶材料的氧消耗率大于氧气向材
性导致了试验结果的不可比性。人T气候老化试验料内部供给的扩散率时发生。4)唯象模型,指的是
弥补了这些不足,该类方法通过人工模拟自然气候与材料的分子构象或运动机理无关,只是基于研究
中的光、水、温度对试样产生作用而得到试验结果;材料的宏观表象来进行预测的一类模型。5)计算
并可通过强化自然气候中某一因素或几种因素的作机仿真模拟模型,第二炮兵工程学院陈玉波等以标
用而缩短耐候性试验周期,从而获得加快试验进程准方法为基础,将阿累尼鸟斯方程中的参数看作是
的效果。由于试验条件可控,试验的重复性也得到随机变量,采用蒙特卡罗随机抽样方法,对导弹的
了保证。因此,人工气候老化试验和自然气候老化固变能分数因子为表征的橡胶寿命评估模型。但
试验一样得到厂广泛的运用,甚至使用得更多。
是,本项目所研究的对象为胶体和玻璃钢板的复合
评价指标的选择极为重要,它不仅影响实施耐结构及服役环境的复杂,先前的那些模型在处理时
候性试验时间的长短,而且直接影响评定结果的可显得捉襟见肘,无法满足其需求。
靠性。评价高分子材料的耐候性有多种指标,如外
总而言之,人工气候老化试验因快速评价材料
观变化、物理化学性能变化、机械性能变化、光学性耐候性的需求而得到快速发展,通过这种试验的方
能变化、电学性能变化等等。为了快速有效得到可法可以用来评价高分子材料复合结构的耐候性能和
靠的试验数据和结果,应当选择在老化过程中变化地区适用性。只有人工气候老化试验的方法和条件
比较灵敏、单调,易于测定又能真实反映高分子材选择比较怜当,选取的评价指标能基本反映该高分
料老化规律的指标。
子材料老化破坏的规律性,终止指标定得比较合理,
)评价涂料制品耐侯性评价指标主要有光泽才有可能找出其与自然气候老化试验之间的换算关
度、颜色变化、粉化、泛金等各种外观变化的评级方系,用人工气候老化试验在较短的时间内预测高分
法,以及附着力、耐磨强度等机械性能
子材料在户外自然环境中的耐候性或使用寿命。
2)评价塑料制品(玻璃钢材料)耐候性的常用
本项目结合太阳能工程实际,首先对采用的高
指标主要有脆性、断裂伸长率、冲击强度、分子量、分子材料复合结构在不同的环境条件和使用方法
介电损耗角正切值等。
上进行了系统的探索和研究,通过人工气候试验寻