一种高导热低应力光伏用有机硅灌封胶及其制备方法与流程

本发明属于光伏用有机硅灌封胶，尤其涉及一种高导热低应力光伏用有机硅灌封胶及其制备方法。

背景技术：

1、光伏逆变器、微型逆变器、储能功率模块等设备长期在户外-40℃至125℃宽温循环环境服役，对有机硅灌封胶同时提出高导热、低内应力、长期耐候稳定的硬性要求。现有高导热有机硅灌封胶依靠大量氧化铝、氮化硼无机填料搭建导热通路，但高密度刚性填料极易相互接触形成连续物理交联网络，大幅提升胶体弹性模量，丧失缓冲应力能力；光伏器件内部铜基板、硅芯片、pcb、铁氧体磁芯热膨胀系数差异悬殊，温度交变下形变差会转化巨大剪切应力，进而引发界面分层、胶体微裂纹、键合线断裂、磁芯开裂等失效问题。同时无机粉体表面富含羟基易发生氢键团聚，形成硬质应力集中点，冷热冲击过程中裂纹会沿团聚体快速扩展，大幅缩短器件户外使用寿命。

2、常规方案为降低模量、缓解应力会减少填料填充量或大量添加柔性硅油，直接造成导热性能显著衰减；而高填充体系又面临氧化铝、氮化硼与硅氧烷基体密度差距过大的难题，胶料储存、固化前极易发生填料沉降分层，固化后胶体上下层填料含量、模量、热膨胀系数不一致，持续产生层间内应力，长期湿热老化后分层开裂风险进一步加剧。传统单一硅烷改性粉体、气相白炭黑抗沉降体系、一步高温固化工艺无法同时平衡导热、低应力、抗团聚、防沉降四项核心性能，难以满足光伏设备25年长周期户外可靠运行需求。

技术实现思路

1、鉴于上述提及的问题，结合本发明的第一方面，本发明实施例提供一种高导热低应力光伏用有机硅灌封胶，由a组分与b组分按照质量比10:1复配而成；

2、所述a组分包含以下原料：超高分子量乙烯基硅油、长烷基稀释硅油、低膨胀苯基乙烯基硅油、烷基密度调节硅油、复合分散剂、硅烷插层改性有机蒙脱土触变剂、双层柔性硅烷包覆改性复合导热填料、空心二氧化硅微球；

3、所述b组分包含以下原料：低含氢柔性甲基氢硅油、硅烷增粘剂、炔醇反应抑制剂、铂含量5000ppm铂金催化剂；

4、所述双层柔性硅烷包覆改性复合导热填料为三级球形氧化铝与六方氮化硼复配体系，填料总填充量占a组分总质量68wt%；

5、所述复合导热填料采用双层硅烷包覆改性，内层为低分子量甲基氢硅烷，外层为分子量8万～12万、低乙烯基含量超长柔性硅油，粉体表面形成100～300nm弹性缓冲层；

6、所述空心二氧化硅微球粒径为10～20μm，添加量占a组分总质量1.5～3wt%；

7、所述硅烷插层改性有机蒙脱土触变剂与长链乙烯基聚硅氧烷复配构成可逆触变体系，总添加量占a组分总质量1.2～2wt%；

8、所述复合分散剂总添加量占a组分总质量0.8～1.2wt%，由乙烯基硅氧烷接枝聚醚分散剂与低分子量甲基硅油复配组成。

9、优选的，所述三级球形氧化铝与六方氮化硼质量配比为：

10、d50=8μm 大球氧化铝45份、d50=3μm 中球氧化铝30份、d50=0.5μm 微小球氧化铝15份、片径5μm 六方氮化硼10份。

11、优选的，所述超高分子量乙烯基硅油分子量150000，乙烯基含量0.03～0.05wt%；

12、所述低膨胀苯基乙烯基硅油苯基摩尔占比12%；

13、所述烷基密度调节硅油为长链烷基支化硅油，添加量占a组分总质量0.5～1wt%，将基体密度调控至1.08～1.12g/cm3。

14、优选的，所述b组分各原料质量占比为：

15、低含氢柔性甲基氢硅油7份、硅烷增粘剂1.2份、炔醇反应抑制剂1份、铂含量5000ppm铂金催化剂0.8份。

16、一种高导热低应力光伏用有机硅灌封胶制备方法，包括导热粉体预处理、a组分制备、b组分制备、器件灌封固化四个步骤；

17、导热粉体预处理步骤：将分级氧化铝、氮化硼粉体置于无水乙醇中，加入中性硅烷醇调节剂常温搅拌1h，过滤后120℃真空干燥2h脱除吸附水；

18、氮气保护下高速混合机内雾化喷涂甲基氢硅烷搅拌30min完成首层接枝，再雾化喷涂超长柔性乙烯基硅油，120℃保温搅拌1.5h形成双层包覆层，冷却后过300目筛密封备用。

19、优选的，a组分制备步骤具体为：常温反应釜中投入超高分子量乙烯基硅油、长烷基稀释硅油、低膨胀苯基乙烯基硅油、烷基密度调节硅油，300r/min搅拌10min混合均匀；

20、加入复合分散剂、硅烷插层改性有机蒙脱土触变剂搅拌20min至助剂完全溶解；

21、分批投入双层包覆复合导热填料与空心二氧化硅微球，每批填料搅拌15min消除干料结块；

22、抽真空至-0.092mpa，1200r/min中速分散60min，再以25m/s线速度高速均质20min破碎硬质团聚颗粒；

23、降温至30℃低速300r/min搅拌10min释放剪切应力，真空静置消泡30min，经200目滤网过滤得到a组分，避光密封储存。

24、优选的，b组分制备步骤具体为：常温条件下向反应釜投入低含氢柔性甲基氢硅油、硅烷增粘剂、炔醇反应抑制剂，500r/min搅拌15min混合均匀；

25、避光环境下缓慢滴加铂含量5000ppm铂金催化剂，持续搅拌30min；

26、轻微真空脱泡10min，经150目滤网过滤后避光密封保存。

27、优选的，器件灌封固化步骤具体为：将a、b组分按质量比10:1经自动计量设备静态混合，在-0.085mpa真空条件下完成器件灌胶；灌封完成后室温静置15min稳定触变网络；转入烘箱阶梯固化，60℃保温40～60min低温预交联锁止填料分布，再升温至100℃保温120min深度交联；固化完成后随炉缓慢降温，控制降温速率≤2℃/min，得到成品。

28、优选的，梯度剪切三段分散工艺处理后，体系内粒径大于5μm 的硬质团聚颗粒占比低于2%。

29、优选的，灌封胶固化后胶体上下层弹性模量、热膨胀系数偏差小于5%，胶体弹性模量控制在0.4～1.2mpa，整体热膨胀系数160～190ppm/℃，导热系数1.6～1.8w/(m・k)。

30、基于以上方面，采用双层柔性硅烷包覆改性导热填料，在粉体表面构建100～300nm弹性缓冲层，有效切断刚性填料形成的连续物理交联骨架，搭配三元柔性复配硅氧烷基体与空心硅微球协同隔断填料硬接触网络，可在填料总填充量68wt%、导热系数稳定维持1.6～1.8w/(m・k)的前提下，将胶体弹性模量控制在0.4～1.2mpa，胶体热膨胀系数调控至160～190ppm/℃，大幅缩小与铜、硅、铁氧体磁芯基材的热膨胀差值，显著降低温变过程产生的剪切应力；同时粉体预先羟基钝化配合梯度剪切三段分散工艺，可将体系内5μm以上硬质团聚颗粒占比控制在2%以内，消除应力集中源，经过-40℃～125℃上千次冷热冲击后胶体无微裂纹、界面无分层、磁芯与键合线不会出现断裂失效。

31、本发明通过多级粒径级配导热填料搭配硅烷改性蒙脱土可逆触变体系，辅以长链烷基支化硅油缩小基体与无机填料密度差，能够有效抑制填料重力沉降，胶料常温储存90天分层厚度不超过0.5mm，配合60℃低温预交联锁料阶梯固化工艺，固化后胶体上下层模量、热膨胀系数偏差低于5%，彻底消除层间长效内应力；全程不使用高增粘气相白炭黑，体系粘度相比传统方案降低40%，灌胶流动性优异、缝隙浸润充分无气泡，整体配方无极性助剂不会造成铂金催化剂中毒，兼顾量产加工性与25年户外湿热、盐雾老化稳定性能，完美适配光伏功率器件长期可靠灌封使用需求。