一种耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料的制作方法

本发明涉及材料，具体涉及一种耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料。

背景技术：

1、太阳能设备使用的材料在使用过程中要经历太阳光长时间照射，因此需要具有良好的耐候性和抗紫外线的能力以提高设备的耐久性和可靠性。目前用于太阳能组件边框的材料大都是铝合金材料，然而，采用铝型材生产太阳能电池组件边框存在以下问题：生产效率低、成本偏高；耐腐蚀性差，阳极氧化膜在使用过程中极易划伤，划伤位置抗腐蚀能力急剧下降：绝缘性差，需要接地防雷而接地安装时造成的偏压问题会促进pid效应：热膨胀系数较玻璃高，匹配性差，抗热震能力较差；抗冲击、抗疲劳性差、易产生塑性形变。

2、由于上述铝合金组件缺陷，研究者将目光转向使用连续长纤维增强热塑性树脂复合材料作为太阳能光伏组件的边框，采用拉挤成型方式进行型材加工。拉挤连续长纤维增强热塑性树脂复合材料型材具有以下特点：1、强度高，定向玻璃纤维增强的玻璃钢型材在顺纤维方向强度可达900mpa；2、绝缘性好，无需接地防雷，可有效避免pid效应：3、热变形温度高，拉挤型材的热变形温度为186℃，高温下不软化，-60℃不变脆，保证了各种环境温度下的正常使用：4、变形率低，几何形状及尺寸可保持长期稳定：5、耐腐蚀性强并且其生产工艺具有低噪声、高效率、耗电低、污染性小等特点。因此有望代替铝合金作为太阳能光伏组件的边框。但是目前拉挤连续纤维增强复合材料型材作为太阳能组件边框的使用尚不广泛，原因是由于太阳能组件边框的结构特殊，拉挤连续纤维增强复合材料存在结构强度不足的问题。因此，解决结构强度不足的问题对于拉挤连续纤维增强复合材料型材能否作为太阳能组件边框的使用至关重要。

3、连续纤维表面光滑、活性基团少，pu粘度较高，这些都阻碍了它们在界面处的有效浸渍和黏结，进而对产品的力学性能和防弹性能产生负面影响，因此亟需研制一种耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料，耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料包含如下重量份数的原料，聚氨酯树脂20-40份，自制树脂10-30份，纤维毡30-55份，改性单向连续纤维20-35份，添加剂3-5份。

4、作为优选，自制树脂的制备过程为：按重量份数计，取0.1-0.2份质量分数为98％的浓硫酸、21-37份二乙烯基四甲基二硅氧烷、38-56份丙基三甲氧基硅烷、30-60份蒸馏水，向反应釜中加入蒸馏水，接着滴加质量分数为98％的浓硫酸，随后于转速为600-800r/min条件下，搅拌混合10-20min，接着加入二乙烯基四甲基二硅氧烷和丙基三甲氧基硅烷，随后于转速为700-900r/min条件下，搅拌混合10-20min，于温度为22℃条件下反应15-20min，然后加热升温至45-55℃反应1-2h，继续升温至70-80℃反应1-2h，接着继续加热升温至回流后，脱除甲醇和水，至温度高于90℃，再反应2-3h后，降温至室温，加二乙烯基四甲基二硅氧烷质量0.2-0.3的质量分数为10％的氢氧化钠溶液，继续升温脱醇和水，至粘度较大难以搅拌，此时加入蒸馏水质量0.3-0.5倍的甲苯，降低粘度，升温至回流5-6h后，将溶液倒入分液漏斗中，分离掉水层，有基层水洗4-5次至中性，然后向有机层中加无水硫酸钠于燥，倾析除去硫酸钠，溶液倒入茄形瓶中120℃减压蒸馏，即得自制树脂。

5、作为优选，改性单向连续纤维为的制备方法为：

6、按重量份数计，将20-30份无水乙醇、3-5份冰醋酸、5-8份乙烯基三乙氧基硅烷依次加入烧杯中，室温搅拌5min后，将溶液超声水解10min，得到溶液a，再将5份纳米二氧化硅分散到50-80份质量分数为60-75％乙醇中，机械搅拌超声连续分散30min，形成均匀溶液b将1-1.5h，溶液a与溶液b混合并在75-80℃下加热4-5h，得到改性纳米二氧化硅分散液；

7、首先用沸水煮单向连续纤维至溶液清澈，以去除其表面的污渍，再在80-90℃的鼓风烘箱中烘12-15h，以备后续使用，然后在80-100份的10mmol/l三(羟甲基)氨基甲烷溶液ph＝8.5中加入8-15份多巴胺和20-30份经过沸水处理过的单向连续纤维避光处理18-24h，制备一次处理单向连续纤维，再将一次处理单向连续纤维在10-20份的改性纳米二氧化硅分散液中进一步浸渍和滚压2-3次后，干燥，得到改性单向连续纤维。

8、作为优选，单向连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，纤维直径为5-35um，所述纤维毡为玻璃纤维连续毡。

9、作为优选，制得的太阳能组件边框为实心结构或空心结构。

10、作为优选，耐腐蚀耐老化抗风压强度高的海上太阳能边框复合材料，包含如下制备步骤：

11、(1)按重量份数计，取聚氨酯树脂20-40份，自制树脂10-30份，纤维毡30-55份，改性单向连续纤维20-35份，添加剂3-5份；

12、(2)将聚氨酯树脂、自制树脂和添加剂混合，制得树脂混合物；

13、(3)将浸渍过偶联剂并烘干的改性单向连续纤维排列成预定形状在树脂混合物中浸渍；

14、(4)在上述浸渍过树脂混合物的改性单向连续纤维的外侧包裹纤维毡；

15、(5)利用拉挤成型机，控制模具温度为150-290℃，牵引速度为2-4m/min，进行成型操作，即得产品。

16、作为优选，步骤(1)所述的添加剂是由羟乙基纤维素、甲基硅油、甲基丙烯酸甲酯、过氧化甲乙酮、硬脂酸、抗紫外剂1130混合制备而成。

17、作为优选，步骤(1)所述的偶联剂为硅烷偶联剂kh560。

18、综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

19、(1)本发明中自制树脂由于含有正丙基结构,使的产品具有更好的耐冷热冲击性能，同时，自制树脂的分子链两端的碳碳双键具有较高的反应活性，在有机过氧化物的引发下，可进行自由基加聚反应，与交联剂一起进行交联固化，发生交联固化反应时只在分子链两端不饱和双键部位发生交联,而分子中间链段不会发生任何改变，在应力作用下分子链活动性比较大，能够吸收热冲击或外力作用，因而树脂表现了较好的柔韧性和耐冲击性；

20、(2)本发明通过加入改性单向连续纤维，首先kh550在纳米二氧化硅表面接枝了亲脂性基团，将纳米二氧化硅引入界面以后，可以增强与聚氨酯的相容性，同时增大界面粗糙度，提升纤维与树脂间的啮合作用，其次，通过单向连续纤维表面接枝三(羟甲基)氨基甲烷和多巴胺，使得纤维表面能够结合更多的纳米二氧化硅，纳米颗粒的引入拓宽了裂纹扩展路径，可以吸收和消耗更多的能量，增加纤维之间的齿合，同时，能够纤维表面能够与聚氨酯大分子长链更好的结合，增加界面黏结增强纤维结合更加紧密，可以更好地抵抗外界的冲击力，进一步增强体系的力学性能。