设备管理_层压机工艺设备简介

层压机工艺设备简介 一 层压工序的目的和作用 内容提要 二 层压机如何实现层压的工艺要求 三 层压不良品案例分析 四 设备改善案例分析 避免电池的损坏保障使用年限有足够的机械强度 能经受在运输 安装和使用中发生的碰撞 振动及其它应力 组合引起的电性能的损失小能够承受户外环境测试满足组件TUV UL认证的需求IEC61646IEC61730 一 层压工序的目的和作用 层压机的作用 把焊好铝带的前电池板 EVA胶膜 背板玻璃压合到一起 压合后达到以下目的 1 层压后电池表面无气泡 无移位 无异物2 相融物质要融为一体3 无法相融物质间要有一定的粘结强度 非晶硅薄膜层压材料 交联固化 线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体型高分子的过程 自由基 也称游离基 是含有一个不成对电子的基团 RO 在PV使用的EVA在生产过程中添加有过氧化物交联剂 图中 ROOR RO为加热分解的自由基团 H为EVA长链上的氢 其本质 为自由基夺氢反应 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 EVA EVA单体 指的是乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 由于在乙烯分子链上引入了极性的乙酸基团 CH3C00 并且作为短支链分布在主链上 使得PE分子链的对称性和规整性降低 分子链间的距离增加 这 些结构的变化导致EVA的性能与LDPE 低密度聚乙烯 明显不同 EVA具有优良的柔韧性 耐冲击性 弹性 光学透明性 低温绕曲性 黏着性 耐环境应力开裂性 耐侯性 耐化学药品性 热密封性 后处理 将表面涂覆有助剂的EVA片材经烘干设备烘干后即得到EVA胶膜 再绕卷封装 涂覆助剂 在具有网格花纹的辊筒的挤压下 涂覆混合均匀的助剂 挤出成型 将搅拌均匀后的原料通过挤出设备形成挤压EVA片材 原料搅拌 将乙烯 乙酸乙烯共聚物与助剂 硅烷偶联剂 抗氧化剂 热稳定剂 光稳定剂 过氧 化物交联剂等等 生产工艺流程 简介 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 PV使用的EVA中VA含量大约为33 当MI一定时 VA的弹性 柔软性 粘结性 相溶性和透明性提高 VA的含量降低 则接近聚乙烯的性能 当VA含量一定时 MI降低则软化点下降而加工性和表面光泽改善 但是降低强度 分子量增大 可提高耐冲击性和应力开裂性 EVA的性能主要取决于分子量 用熔融指数MI表示 和醋酸乙烯脂 以VA表示的含量 另一方面 EVA在生产过程中加入了硅烷偶联剂 使EVA和玻璃粘合产生化学键后 消除了机械界面 以本身优良的透光性能改善了玻璃的透光率 起着增透的功能作用 从而有利于太阳电池光电转换效率的提高 EVA吸收了大部分紫外光既保护了EVA本身 也保护着太阳电池背材TPT 增加其与无机物之间的粘结能力 当太阳电池封装热压时 该组份便和EVA发生化学接枝反应 并和玻璃发生化学键合 把玻璃和EVA拉在一起 产生高强度且持久粘合 保证太阳电池在户外长年日晒雨淋也不致脱粘 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 层压过程大概可以分成三步 开始阶段 层压机的温度保持在较低温度 EVA熔化 有良好 的流动性 但是交联速度很慢 真空泵对下室抽真空 于是组件内部的气体迅速并且很容易的被抽走 上室保持真空 组件不受压力 EVA固化阶段 层压机温度升高到一个较高温度 EVA发生快 速的交联反应 下室继续保持抽真空 及时排出固化过程产生的气体 同时上室充气 上下室之间的压力差使层压机中的橡胶层对组件施加压力 结束阶段 EVA固化完成 先是上室抽真空 撤去压力 然后 下室充气 开盖 EVA的固化曲线 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 EVA交联机理 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 EVA的光热降解包括 Norrish 产生乙醛和其他一些气体如 一氧化碳 二氧化碳 甲烷 Norrish 基于脱乙酰的机理上认为 乙酸乙烯基从EVA主链上脱落形 成乙酸和主链聚烯烃大分子 聚烯烃分子中的共轭双键是生色基团 它会使 EVA分子变色 并且随着共 轭体系的延长 颜色会从浅黄到深褐色逐渐增加深 而且反应生成的乙酸将腐蚀金属器件 如汇流条 电极 Norrish 和Norrish 反应 EVA 乙烯 乙酸乙烯酯共聚物 为了抵抗以上几种反应和使EVA适度交联 在EVA配方中加入各种助剂 抗氧化剂 阻止自由基引发反应 热稳定剂 消化热反应生成的对体系有害的物质 光稳定剂 吸收某一波段的光线 转化成无害的热能 捕获光氧反应产生的自由基 产生自由基 促进EVA的交联固化 硅烷偶联剂 增加其与无机物之间的粘结能力 当太阳电池封装热压时 该组份便和EVA发生化学接枝反应 并和玻璃发生化学键合 把玻璃和EVA拉在一起 产生高强度且持久粘合 过氧化物交联剂 在一定温度下引发EVA的交联固化反应 阻聚剂 某些物质能与初级自由基和链自由基作用生成非自由基物质 或生成不能再引发单体的低活性自由基 使聚合速率为0 判定EVA与电池基板和背板玻璃强度需通过以下两个实验 一 剥离强度测试 交联后 胶膜与玻璃的粘结强度 60N cm 胶膜与TPT复合膜的粘结强度 40N cm 二 EVA交联度试验 3 试样制备取胶膜一块 将TPT 胶膜 胶膜 玻璃叠合后 按平时一次固化工艺固化交联 或者按厂家工艺要求固化交联 将已交联好的胶膜剪成小碎片待用 2 试剂二甲苯A R级 1 仪器装置及器具容量为500ml到1000ml 24 磨口圆底烧瓶 带24 磨口的回流冷凝管 配温度控制仪的电加热套或电加热油浴 真空烘箱 用0 125mm 120目 不锈钢丝网 剪取80mm 40mm 对折成40mm正方形 两侧对折进6mm后固定 制成顶端开口的袋 交联度检验 C 1 W3 W4 W2 W1 100 式中 C 交联度 W1 空袋重量 g W2 装有试样的袋重 g W3 试样包重 g W4 经溶剂萃取和干燥后的试样包重 g 层压的工艺条件 A 温度 B 压力 C 真空度 D 时间 对应着层压机的主要结构 A 温度控制系统 BC 真空系统 D PLC工控系统 另外还有传输系统和液压系统 架体 下箱 上室真空 下室真空 上盖 传输系统 指的就是控制传输组件进料和出料以及层压段的电机液压系统 指的是控制层压段的上盖和下盖 4个液压油缸 层压工艺条件之一 温度 1 层压段热板传递温度给组件2 热板上的温度是靠循环的导热油传递的 主机 强制循环电加热器 高温油泵 三相异步电机 过滤器 温控仪 温控仪可将实际探测到的温度与设定温度比较后输出控制指令改变继电器的通断 热电偶 热电偶是一种感温元件 它直接测量温度 并把温度信号转换成热电动势信号 通过电气仪表转换成被测介质的温度 膨胀油箱 缓冲系统运行压力 对加热体起到停电应急保护作用 由注油口向系统注油 导热油电加热器的性能 1 能在较低的运行压力下 0 5Mpa 获得较高的工作温度 320 降低了用热设备的受压等级 可提高系统的安全性 2 加热均匀柔合 温度调节采用PID自整定智能控制 控温精度高 1 可满足高工艺标准的严格要求 3 体积小 占地少 可安装在用热设备附近 不需专设锅炉房 不需要设专人操作 可降低设备投资及运行费用 回收投资快 4 运行控制及安全监测装置齐全完备 升温过程全自动控制 操作简捷 安装方便 5 闭路循环供热 热量损失小 节能效果显著 无环境污染 使用范围广 6 备有低温型 180 中温型 300 高温型 320 产品规格全 用户选择范围广 导热油电加热器的特点 1 使用方便 系统全自动控制 无需专人值守 2 安全 系统包括温度自动控制 上下班自动程序控制 液位自动控制压差控制报警 压力自动控制 超温报警 故障自动检测等多项控制使系统特别安全可靠 3 使用寿命长 a 炉体为管架结构 导热油强制循环 流速均匀 b 低于2W cm2的电热管表面热负荷 c 电加热器之内法兰盘内侧100mm的非加热段 d 电加热器与接线盘之间设有隔热 以上措施延长了导热油及电加热管的寿命 4 安装方便 炉体 循环泵 过滤器 油气分离器 仪表 阀门出厂已组装为一体 安装时只需连接用热设备 膨胀罐即可 以上三式中 P计 电加热器所需功率 KW Q散 在设定温度下容器的散热量 KW C1 被加热介质的比热 Kcal kg C2 容器 系统 的比热 Kcal kg M1 被加热介质质量 Kg M2 容器 系统 质量 Kg T 设定温度与初始温度的差值 t 从初始温度加热介质至设定温度所规定的时间 h F 加热介质流量 一般取最大流量 m min S 散热面积 m2 q损 保温 材料在设定温度下单位面积上的热损失量 Kwh m 层压工艺条件之二 压力和真空度 下腔室 上腔室 抽真空管道 真空系统包括真空泵 控制阀和量表 旋片泵主要由泵体 转子 旋片 端盖 弹簧等组成 在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子 转子外圆与泵腔内表面相切 二者有很小的间隙 转子槽内装有带弹簧的二个旋片 旋转时 靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触 转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动 旋片泵 罗茨泵具有以下特点 在较宽的压强范围内有较大的抽速 起动快 能立即工作 对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感 转子不必润滑 泵腔内无油 振动小 转子动平衡条件较好 没有排气阀 驱动功率小 机械摩擦损失小 结构紧凑 占地面积小 运转维护费用低 罗茨泵 气动蝶阀 充气阀 电磁阀 真空管道 油水分离器 压力表 莱宝真空表 真空硅管 层压工艺条件之三 时间 控制柜 继电器 接触器 PLC温度模块等 PLC电气控制系统 电气系统主要分为电路部分 油路部分和气路部分 3 电路部分 整个电路部分主要有AC380V AC220V DC24V DC12V进行能量的传输或信号的控制 利用继电器逻辑电路结合PLC信号实现工艺动作 加热部分和工艺动作部分分开控制 有机结合 进一步简化了逻辑电路 使系统稳定性进一步提高 系统设有各种安全保护装置 有的甚至设有多重安全保护 如 加热控制系统 一旦油温超出设定范围 热继电器会执行保护动作 停止加热 PLC会停止给可控硅的触发板加热信号 停止加热 也可手动按加热停止按钮 停止加热 另外 整个系统还设有各种报警电路 一旦问题发生或将要发生 都会进行报警提示 并显示在控制面板上 1 油路部分 液压缸带动上盖的上升和下降 而液压缸通过液压站驱动 整个能量传递正是通过油路实现 通过液压站的换向电磁阀改变油路的流向 进而控制上盖的上升和下降 另外 加热器和热板间也是通过油路相连 热油循环流动 实现能量的传递 2 气路部分 气路部分相对简单 主要通过两位三通电磁阀控制毛刷电池阀的来回移动 另外 还有供给气动蝶阀的气源 层压不良品案例分析 备注 以上不良品图片不包含设备异常发生的不良 以下图片是设备故障发生后进行了抢救但还是产生的不良品 气泡 现象 1 气泡分类 大量气泡和小气泡 大量气泡常发生在设备故障时 小气泡一般都是偶然性发生2 细心观察气泡产生大多数都是在铝带边缘或者是拐角处 引出线高温胶布四周 思考 为什么气泡会总是在铝带或者是高温胶带四周 难道是因为这个地方跟组件的其他地方有很小的高度差 因此 我们用组前的报废片做实验 在组件的不同位置垫一定厚度的拷贝纸 厚度比铝带厚一点 结果是并无影响的 所以估计跟EVA原材料有关 裂片 现象 1 首先裂片的位置没有固定2 裂片周围有的有气泡 有的没有气泡3 裂片有背板玻璃裂片 也有芯片玻璃裂片 实验背景 对于层压位移 铝框压裂组件 层压气泡 层压裂片等不良的原因分析 都是一些推论性的 并无直接证据证实 对此现做一些验证性试验 以帮助分析不良原因 实验过程 1号 人为位移3mm并标记 组件下放置纸质异物 2号 铝框放置在长边上 6号 人为位移3mm并标记 组件下放置纸质异物 3号 铝框放置在短边上 组件下中间位置放置纸质异物 4号 人为位移3mm并标记 铝框放置在边角上 组件下中间位置放置纸质异物 5号 组件上放置纸质异物 组件上放置小锡渣 进料方向 层压上料组件条件 1号 组件位移3mm左右 组件破裂并且有气泡 2号 长边区域裂片 破裂位置出现气泡 6号 组件位移3mm 组件破裂且出现气泡 3号 短边区域裂片 破裂位置出现气泡 组件未破裂但纸质异物处出现气泡 4号 组件位移3mm 边角区域裂片 破裂位置出现气泡 组件未破裂但纸质异物处出现气泡 5号组件完好且无气泡 层压出料后组件现象 层压前后组件图片对比 1号位组件 纸质异物 组件下放置纸质异物并且人为位移3mm做标记 层压后异物位置有发散状气泡并且周围有裂痕 位移3mm左右 层压前 层压后 层压前后组件图片对比 2号位组件 层压前 层压后 铝框压在长边上 虽然铝边框一边整个放在组件上 压出来的还是先有一个裂点然后整个面裂开 层压前后组件图片对比 3号位组件 层压前 层压后 铝框压在短边上 同样的铝边框压在短边上压出来的还是先有一个裂点然后整个面裂开 组件下中间位置放置的异物产生气泡但未裂片 层压前后组件图片对比 5号位组件 层压前 层压后 组件上放置纸质异物和小锡渣 层压出来后纸质异物和小锡渣并未造成裂片和气泡 纸质异物 小锡渣 层压前后组件图片对比 6号位组件 层压前 层压后 组件下放置纸质异物并且人为位移3mm做标记 层压后异物位置有气泡并且周围有裂痕 组件位移3mm左右 纸质异物 实验结论 1 验证了层压上料时操作不当铝框压在组件上 会导致层压后组件裂片 2 验证了层压上料不合格 背板玻璃和芯片出现位移 层压后会出现相应尺寸的位移 经过层压后位移并未扩大 3 组件下方存在异物 组件容易出现气泡和裂片 异物较小时只是出现以异物位置为中心的发散气泡 异物较大时组件出现破裂及气泡 组件上方存在异物时 不容易出现裂片和气泡 四 设备改善案例分析 一 试验背景 1 发生事件时间 2012年