短纖維增強拉擠復合材料太陽能組件邊框及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種拉擠復合材料型材，尤其是涉及一種短纖維增強拉擠復合材料太陽能組件邊框及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著環境形勢日益惡化，人們對清潔能源的需求越來越大，太陽能作為一種可再生資源得到越來越多的重視。在日常生活中太陽能資源已經發揮了一定的作用，例如，太陽能熱水器的使用以及光伏發電。太陽能設備使用的材料在使用過程中要經歷太陽光長時間照射，因此需要具有良好的耐候性和抗紫外線的能力以提高設備的耐久性和可靠性。
[0003]目前用于太陽能組件邊框的材料大都是鋁合金材料，然而，采用鋁型材生產太陽能電池組件邊框存在以下問題:生產效率低、成本偏高；耐腐蝕性差，陽極氧化膜在使用過程中極易劃傷，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造成的偏壓問題會促進PID效應；熱膨脹系數較玻璃高，匹配性差，抗熱震能力較差；抗沖擊、抗疲勞性差、易產生塑性形變。
[0004]由于上述鋁合金組件缺陷，研宄者將目光轉向使用連續長纖維增強熱塑性樹脂復合材料作為太陽能光伏組件的邊框，采用拉擠成型方式進行型材加工。拉擠連續長纖維增強熱塑性樹脂復合材料型材具有以下特點:1、強度高，定向玻璃纖維增強的玻璃鋼型材在順纖維方向強度可達900MPa ;2、絕緣性好，無需接地防雷，可有效避免PID效應；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期穩定；5、耐腐蝕性強并且其生產工藝具有低噪聲、高效率、耗電低、污染性小等特點。因此有望代替鋁合金作為太陽能光伏組件的邊框。但是目前拉擠連續纖維增強復合材料型材作為太陽能組件邊框的使用尚不廣泛，原因是由于太陽能組件邊框的結構特殊，拉擠連續纖維增強復合材料存在結構強度不足的問題。因此，解決結構強度不足的問題對于拉擠連續纖維增強復合材料型材能否作為太陽能組件邊框的使用至關重要。
[0005]目前解決這一問題大都采用紗、連續纖維氈、織物等常用增強材料來增強其垂直纖維方向的力學性能，在已公開的現行的制備太陽能組件邊框的專利中，如在中國專利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，在中國專利CN103205004A中，所述的纖維增強體為混合纖維和混合纖維織物的混合物，以此來增強太陽能組件邊框垂直纖維方向的強度，采用這種方法雖可以達到增強其垂直纖維方向強度的目的，但是其制備工藝較復雜。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于利用短纖維增強來解決拉擠復合材料太陽能組件邊框結構強度不足的問題，在拉擠過程在樹脂浸漬料中加入短纖維，并均勻分散在樹脂中，使得到的型材中短纖維在連續纖維間形成搭接，彌補連續纖維增強熱塑性復合材料在垂直纖維方向的性能不足，使其性能更加優異，其工藝簡單好操作，成本也不會明顯增加，結果易于控制，也可根據實際需求進行靈活調節。
[0007]本發明的技術方案為:
[0008]本發明提供了一種短纖維增強拉擠復合材料太陽能組件邊框，該太陽能組件邊框通過拉擠成型工藝制備，包括短纖維、連續纖維和樹脂，各組分的體積百分比為:短纖維5% -10%,連續纖維 50% -80%,樹脂 10% -40%。
[0009]作為優選，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，其長度<6_。所述短纖維經過相應的分散方式如加熱攪拌或壓縮空氣吹送等分散，均勻分布于樹脂混合物中。
[0010]作為優選，所述連續長纖維為連續玻璃纖維或碳纖維，直徑1-30 μπι。
[0011]作為優選，所述太陽能組件邊框中還包含有添加劑，所述添加劑的含量為樹脂體積含量的0-15%，所述添加劑為分散劑、脫模劑、阻燃劑、著色劑、偶聯劑、固化劑、紫外線吸收劑中的一種或幾種。
[0012]作為優選，所述樹脂為聚氨酯樹脂、不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹月旨、呋喃樹脂、以甲基苯烯酸甲酯為單體的樹脂中的一種或幾種。
[0013]本發明還提供了制備上述太陽能組件邊框的方法，其制備步驟為:
[0014](I)根據不同種類的短纖維選擇適當的分散劑和分散方式，將短纖維預分散，以保證其可在樹脂混合物中均勻分布；
[0015](2)將體積百分數為10% -40%液態樹脂、5% _10%的短纖維混合獲得樹脂混合物；之對于太陽能邊框組件的制備，短纖維的用量需要進行合理選擇，短纖維用量過小時可以約束基質的纖維數量較少，因而稀釋效應顯著，降低了拉伸強度；當短纖維用量過大時，由于短纖維的加入增大了膠液粘度，會使得拉擠過程中膠液與模具摩擦大，拉擠成型困難；選擇該體積分數有利于由基質到纖維的有效應力傳遞，達到增強橫向強度的目的。
[0016](3)將體積百分數為50% -80%的浸漬過偶聯劑并烘干的連續纖維在樹脂混合物中浸漬；浸膠時間15?20s為宜，以保證纖維被浸透為準。
[0017](4)利用拉擠成型機，在模具溫度為150°C _210°C，牽引速度為lm/min-3m/min條件下，對浸漬過樹脂混合物的連續纖維進行成型操作及切割操作以獲得所需太陽能邊框組件。對于太陽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脂完全固化；溫度太高，一是浪費能源，二是可能增大制品的內應力，影響制品的尺寸穩定性以及它的機械性能，甚至可能使樹脂基體裂解而影響制品性能。牽引速度則應根據樹脂基體化學反應特性、模具溫度分布、模具長度等因素調節，牽引速度過慢，樹脂在模具內停留時間長，凝膠點和脫離點靠前，會造成脫模困難，反之則會使樹脂固化不完全而影響制品的性能。
[0018]作為優選，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，其長度< 6mm。
[0019]作為優選，上述步驟(3)中所用的連續纖維為連續玻璃纖維或碳纖維，直徑為
1-30 μmD
[0020]作為優選，上述步驟(2)中在樹脂混合物中還添加有添加劑，所述添加劑的含量為樹脂體積含量的0-15%，所述添加劑為分散劑、脫模劑、阻燃劑、著色劑、偶聯劑、固化劑、紫外線吸收劑中的一種或幾種。
[0021]作為優選，上述步驟(2)中所用樹脂為聚氨酯樹脂、不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、以甲基苯烯酸甲酯為單體的樹脂中的一種或幾種。
[0022]與現有技術相比，本發明具有如下特殊優異的技術效果:
[0023]本發明將玻璃纖維、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能組件邊框的橫向強度；通過復合材料拉擠工藝制備太陽能組件邊框，模具加熱溫度為150°C _210°C，牽引速度為lm/min-3m/min，在該工藝參數下生產太陽能邊框效率高，成型性好；與原有增強垂直方向強度的方法相比該方法簡單易行，快捷方便且可實現目的，成本也不會明顯增加，結果易于控制，也可根據實際需求進行靈活調節；該邊框同時使用短纖維與連續纖維增強，短纖維在連續纖維之間搭接，不僅保持了順連續纖維方向的優異性能，在垂直纖維方向同樣保證了良好的力學性能，所得太陽能組件邊框具有質量輕、環保、絕緣、