EVA拉伸性能影响因素分析

时间：2024-09-03

国家电投集团西安太阳能电力有限公司施雯

EVA作为光伏组件的封装材料，用于保护电池片安全性能，而拉伸强度是衡量EVA性能优劣的指标之一，它是表征材料抵抗拉伸破坏的极限能力，当EVA强度降低时抗蠕变性变差,组件在承受温度变化产生热胀冷缩会导致电池片碎裂和EVA开裂风险。

一、背景

近期我司对进料福斯特高透型EVA进行拉伸强度测试时，发现数据表现有偏低现象，不能满足我司技术标准≥18MPa的要求。目前行业中是通过测定EVA交联后的拉伸强度从力学角度表征EVA样品的机械强度，针对上述异常主要从以下方面分析EVA拉伸强度性能低的原因。

二、EVA交联机理

EVA是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，未交联的EVA为线状大分子结构，作用力弱易受溶剂和热的影响，目前光伏行业所用的EVA是通过采取化学交联的方式对EVA进行改性，其方法就是在EVA中添加有机过氧化物交联剂，当EVA加热到一定温度时，交联剂中的过氧键断裂形成过氧自由基RO-,其极易与EVA支链上烷基的H结合，两个烷基活性基团结合后形成交联的三维网状结构，导致EVA交联固化。

三、异常原因分析

1.不同工艺对比

目前我们产线主要以高透+白膜层压组件生产为主，其层压工艺温度148°、压力750mbar，与前期高透+高截止层压组件工艺参数温度150°、压力900mbar不同，考虑两种不同工艺对EVA拉伸强度的影响，抽取异常批次的EVA做实验对比。

将高透和白膜EVA各裁取相同两片、高透和白膜各一片组合层叠，分别按照上述两种不同工艺进行层压。根据行业目前通用的EVA拉伸使用的5型哑铃裁刀制备样品，分别抽取5个样品进行测试，万能材料试验机以200mm/min的速度，夹具间距离为25mm进行测试。其数据如下：

表1 不同层压温度拉伸强度对比

根据图1数据可看出：温度升高，压力增大三种组合样品拉伸强度整体上升，原因为温度升高EVA中的交联剂分解充分，形成的三维网状结构就越致密，提高了其强度。

图1 不同工艺参数拉伸强度对比图

2.测试影响

将我司采用方法与GB/T1040.3塑料拉伸性能的测试标准以及厂家测试方法进行对比，主要区别为夹具间初始距离以及拉伸速度的不同，如表2所示：

表2 测试方法对标表

2.1 调整夹具初始距离测试

我们取异常批次高透+高透叠层样品按照产线温度148°压力750mbar工艺层压，采用国标规定的夹具间初始距离80mm进行试验，试验速度为200mm/min。

测试15个样品其中4个不满足≥18MPa要求，且整体测试值有所提高，表明测试时夹具间初始距离对EVA拉伸大小影响较大。目前我们的现行夹具距离无依据，样品断裂主要倾向根部断裂，可能与紧固样品时由于受力不均导致。

2.2 测试速度对比

表3 测试速度对比数据

从表3中数据来看，两个测试速度对比测试结果基本一致。

3.层压机位置对比

由于测试数据均表现出不稳定的状态，考虑层压机加热板不均匀度造成，取异常批次EVA将高透和白膜EVA各裁取相同两片、高透和白膜各一片组合层叠，分别按照目前工艺温度148°、压力750mbar层压，按照国标夹具间距离8mm进行拉伸强度对比。

从测试数据可看出：边缘位置较中间位置拉伸强度整体偏低,透明+透明、白+透边缘位置较中间位置拉伸强度平均值偏低约2MPa，通过对层压机温度的监控图发现原因为层压机加热板温度差异较大，集中表现中间温度高，边缘位置温度低，同时表现出同位置温度不稳定的现象，且不能满足设备温度控制精度±2的要求。

4.材料分析

从材料方面EVA的性能受多个方面的影响因素，影响其力学性能的主要取决于分子量和醋酸乙烯酯（VA）的含量，也与配方中的交联剂有关，对其做相关测试如下。

4.1 VA含量

取正常批次和异常批次EVA做对比，测试设备：热分析仪，测试图谱和数据如图2：

图2 VA含量测试图及数据

EVA中的VA含量对机械性能有决定的影响作用，根据测试数据EVA的VA含量各批次间表现稳定。

4.2 分子量测试

分子量和分子量分布是高分子材料最基本的结构参数之一，高分子材料的许多性能与分子量、分子量分布有关，分子量对聚合物材料的力学性能以及加工性能有重要的影响。聚合物的分子量越大，则机械强度越大。EVA作为一种聚合物不是由分子量相同的同一物质组成，而是分子量不同的同系物的混合物，存在一定的分布或多分散型，通常所描述的聚合物分子量指平均分子量，表示方法有不同的方式，其中上图中Mn数均分子量是最常用的分子量表示方法，其核心是按分子数统计平均。取与VA含量测试相同的三批次做对比，可知，三个批次中异常批次较其它两批次数均分子量相对较低，是导致拉伸强度表现较低的原因之一。对应该批次多分散性较大，说明分子量分布宽，分子量分布是聚合物合成中的重要参数，主要与材料的配方有关。

4.3 热焓测试

取与VA含量测试相同的三个批次做对比，测试设备为DSC，可知：异常批次热焓值偏低，反应该批次中的交联剂含量少，与该厂家沟通内控交联剂含量在15～19.5%之间。从理论上说交联剂含量越多，EVA力学性能表现就越大。