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1、KPK® 背板
在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，氟碳鍵是最強(qiáng)的化學(xué)鍵，完全不受UV破壞。所以氟聚合物的耐老化性與聚合物內(nèi)的氟含量有直接關(guān)系。舉例來說，PVF聚合物的氟含量是41%，而Kynar®PVDF的氟含量是59%，Kynar® PVDF的戶外耐候性要好于PVF。
KPK®是阿科瑪公司注冊的商標(biāo)，是Kynar® 3層結(jié)構(gòu)膜/PET/Kynar® 3層結(jié)構(gòu)膜三層復(fù)合的專利結(jié)構(gòu)背板。其中K層的Kynar® PVDF 3層結(jié)構(gòu)膜是由外部2層純PVDF，中間一層添加顏料的PVDF層組成。
表面的純PVDF層能夠提供如下性能，
-抗霉菌性
-耐鹽霧性
-耐粉化性
-熱穩(wěn)定性
-最好的阻隔性能
中間一層含顏料的PVDF層則可以阻隔紫外線和反射來自太陽的熱量。
通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以完全發(fā)揮出Kynar® PVDF的優(yōu)異性能。
2. KPK®背板的性能
本文從耐候性，熱穩(wěn)定性，和耐風(fēng)沙侵蝕幾個(gè)方面說明KPK®背板在中國西部電站的適用性。
2.1 耐候性
以下測試通過QUV測試及佛羅里達(dá)天然加速老化條件下來證明KPK®背板仍能保持極好的性能，從而保證了PET層及整體背板的機(jī)械強(qiáng)度。
QUV A測試條件是：8小時(shí)光照，1.55輻照（340nm），溫度60攝氏度；然后4小時(shí)無光，45攝氏度水冷凝。（ASTM G154， 6個(gè)循環(huán)）
QUV B測試條件是：8小時(shí)光照，0.89輻照（313nm），溫度60攝氏度；然后4小時(shí)無光，45攝氏度水冷凝。（ASTM G154， 6個(gè)循環(huán)）
佛羅里達(dá)：45度傾角直接正面曝曬
紫外線的波長越小，能量越高。因?yàn)镼UVB的波長（313nm）小于QUVA（340nm），所以QUVB測試要比QUVA測試環(huán)境更加苛刻。QUVB測試更適合用來模擬中國西部的嚴(yán)酷自然環(huán)境。
圖1表明經(jīng)過5000小時(shí)的QUVB老化測試，KPK®背板具有很好的性能保持性。從圖2中可以清晰看出KPK®背板的耐候性要好于PVF背板。經(jīng)過5000小時(shí)QUVA老化后，PVF背板的光澤保持率只有不到20%，電鏡微觀分析表明這是PVF材料表面遭受侵蝕和降解粉化的結(jié)果。而KPK®背板在5000小時(shí)QUVB老化后的光澤保持率仍然是100%。
（*5000小時(shí)QUVA紫外老化測試劑量相當(dāng)于中國西部戶外組件背面的21年輻照總量。）
所有加速老化測試和2006年使用至今的數(shù)據(jù)表明KPK®板能夠很好滿足中國西部電站極端耐氣候的要求。
2.2 熱穩(wěn)定性和熱反射
中國西部地區(qū)白天的溫度很高，背板材料的熱穩(wěn)定性和熱反射對背板性能很關(guān)鍵。Kynar®膜具有很高的相對熱指數(shù)（RTI）值說明，在長期熱老化后，Kynar® 膜能夠保持良好的性能，主要原因是表皮純的PVDF優(yōu)異的抗氧化性能。
另外，沙漠地帯日照強(qiáng)烈，如果熱量積聚會(huì)影響發(fā)電效率。如果背板的總太陽光反射率（TSR）越高，越好，可以有效反射大部分的熱量。圖3顯示Kynar® 三層結(jié)構(gòu)膜的TSR（85%）高于PVF膜（70%）。原因是白色比灰白色具有更好的熱反射性。
2.3 耐風(fēng)沙侵蝕
耐沙磨性是中國西部沙漠地區(qū)的特殊要求，眾所周知，揚(yáng)沙的大小分布每個(gè)沙漠都是不同的，Mitchell et al對中國寧夏的風(fēng)沙研究結(jié)果是當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)沙中間值是189微米。 下圖演示了風(fēng)力對不同粒徑沙粒輸送高度，風(fēng)力吹起風(fēng)沙對背板才會(huì)磨蝕背板，在寧夏存在著包括大于189微米的沙子是可以被吹起的。
所以，我們試驗(yàn)采用ASTM的砂子尺寸為600微米。這樣可以包括在所有嚴(yán)苛條件下來測試背板耐磨性，并在紫外老化測試耐磨性。
從表1可以看出：
（1）從新膜的耐磨蝕性能來看，Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜耐磨系數(shù)是1.90 L/ µm, PVF 是1.82 L/ µm。30微米的Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜和38微米的PVF接近。
（2）在5000小時(shí)紫外老化后，相當(dāng)于21年的戶外應(yīng)用。 PVF膜耐磨性下降20%，即老化后耐磨性保持率為80%；Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜耐磨性下降14%，即老化后耐磨性保持率為86%。
（3）Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜而且表面沒有粉化，而PVF開始粉化。由此，表征經(jīng)過紫外老化后的性能最佳，可以適用于沙漠地帯長期耐沙蝕。
如果38微米厚PVF膜可以長期適用于沙漠地帶的應(yīng)用，那么Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜同樣可以，并可能更好。
3.結(jié)論
通過本文討論，可以發(fā)現(xiàn)KPK®背板具有優(yōu)異的耐候性，很好的熱穩(wěn)定性，高陽光反射值以及UV老化后出色的耐沙磨侵蝕性能，完全滿足中國西部強(qiáng)風(fēng)沙地區(qū)的嚴(yán)酷的自然環(huán)境要求。KPK® 背板是中國西部電站最好的選擇之一。
在化學(xué)結(jié)構(gòu)上，氟碳鍵是最強(qiáng)的化學(xué)鍵，完全不受UV破壞。所以氟聚合物的耐老化性與聚合物內(nèi)的氟含量有直接關(guān)系。舉例來說，PVF聚合物的氟含量是41%，而Kynar®PVDF的氟含量是59%，Kynar® PVDF的戶外耐候性要好于PVF。
KPK®是阿科瑪公司注冊的商標(biāo)，是Kynar® 3層結(jié)構(gòu)膜/PET/Kynar® 3層結(jié)構(gòu)膜三層復(fù)合的專利結(jié)構(gòu)背板。其中K層的Kynar® PVDF 3層結(jié)構(gòu)膜是由外部2層純PVDF，中間一層添加顏料的PVDF層組成。
表面的純PVDF層能夠提供如下性能，
-抗霉菌性
-耐鹽霧性
-耐粉化性
-熱穩(wěn)定性
-最好的阻隔性能
中間一層含顏料的PVDF層則可以阻隔紫外線和反射來自太陽的熱量。
通過這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以完全發(fā)揮出Kynar® PVDF的優(yōu)異性能。
圖1. 5000小時(shí)QUVB老化后 KPK®背板機(jī)械性能
圖2.在QUVA老化和佛羅里達(dá)曝曬條件下KPK®與KPF背板光澤保持性對比
圖4. Kynar®3層結(jié)構(gòu)膜和PVF膜的全陽光反射率對比
表1 測試結(jié)果
2. KPK®背板的性能
本文從耐候性，熱穩(wěn)定性，和耐風(fēng)沙侵蝕幾個(gè)方面說明KPK®背板在中國西部電站的適用性。
2.1 耐候性
以下測試通過QUV測試及佛羅里達(dá)天然加速老化條件下來證明KPK®背板仍能保持極好的性能，從而保證了PET層及整體背板的機(jī)械強(qiáng)度。
QUV A測試條件是：8小時(shí)光照，1.55輻照（340nm），溫度60攝氏度；然后4小時(shí)無光，45攝氏度水冷凝。（ASTM G154， 6個(gè)循環(huán)）
QUV B測試條件是：8小時(shí)光照，0.89輻照（313nm），溫度60攝氏度；然后4小時(shí)無光，45攝氏度水冷凝。（ASTM G154， 6個(gè)循環(huán)）
佛羅里達(dá)：45度傾角直接正面曝曬
紫外線的波長越小，能量越高。因?yàn)镼UVB的波長（313nm）小于QUVA（340nm），所以QUVB測試要比QUVA測試環(huán)境更加苛刻。QUVB測試更適合用來模擬中國西部的嚴(yán)酷自然環(huán)境。
圖1表明經(jīng)過5000小時(shí)的QUVB老化測試，KPK®背板具有很好的性能保持性。從圖2中可以清晰看出KPK®背板的耐候性要好于PVF背板。經(jīng)過5000小時(shí)QUVA老化后，PVF背板的光澤保持率只有不到20%，電鏡微觀分析表明這是PVF材料表面遭受侵蝕和降解粉化的結(jié)果。而KPK®背板在5000小時(shí)QUVB老化后的光澤保持率仍然是100%。
（*5000小時(shí)QUVA紫外老化測試劑量相當(dāng)于中國西部戶外組件背面的21年輻照總量。）
所有加速老化測試和2006年使用至今的數(shù)據(jù)表明KPK®板能夠很好滿足中國西部電站極端耐氣候的要求。
2.2 熱穩(wěn)定性和熱反射
中國西部地區(qū)白天的溫度很高，背板材料的熱穩(wěn)定性和熱反射對背板性能很關(guān)鍵。Kynar®膜具有很高的相對熱指數(shù)（RTI）值說明，在長期熱老化后，Kynar® 膜能夠保持良好的性能，主要原因是表皮純的PVDF優(yōu)異的抗氧化性能。
另外，沙漠地帯日照強(qiáng)烈，如果熱量積聚會(huì)影響發(fā)電效率。如果背板的總太陽光反射率（TSR）越高，越好，可以有效反射大部分的熱量。圖3顯示Kynar® 三層結(jié)構(gòu)膜的TSR（85%）高于PVF膜（70%）。原因是白色比灰白色具有更好的熱反射性。
2.3 耐風(fēng)沙侵蝕
耐沙磨性是中國西部沙漠地區(qū)的特殊要求，眾所周知，揚(yáng)沙的大小分布每個(gè)沙漠都是不同的，Mitchell et al對中國寧夏的風(fēng)沙研究結(jié)果是當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)沙中間值是189微米。 下圖演示了風(fēng)力對不同粒徑沙粒輸送高度，風(fēng)力吹起風(fēng)沙對背板才會(huì)磨蝕背板，在寧夏存在著包括大于189微米的沙子是可以被吹起的。
所以，我們試驗(yàn)采用ASTM的砂子尺寸為600微米。這樣可以包括在所有嚴(yán)苛條件下來測試背板耐磨性，并在紫外老化測試耐磨性。
從表1可以看出：
（1）從新膜的耐磨蝕性能來看，Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜耐磨系數(shù)是1.90 L/ µm, PVF 是1.82 L/ µm。30微米的Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜和38微米的PVF接近。
（2）在5000小時(shí)紫外老化后，相當(dāng)于21年的戶外應(yīng)用。 PVF膜耐磨性下降20%，即老化后耐磨性保持率為80%；Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜耐磨性下降14%，即老化后耐磨性保持率為86%。
（3）Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜而且表面沒有粉化，而PVF開始粉化。由此，表征經(jīng)過紫外老化后的性能最佳，可以適用于沙漠地帯長期耐沙蝕。
如果38微米厚PVF膜可以長期適用于沙漠地帶的應(yīng)用，那么Kynar®三層結(jié)構(gòu)膜同樣可以，并可能更好。
3.結(jié)論
通過本文討論，可以發(fā)現(xiàn)KPK®背板具有優(yōu)異的耐候性，很好的熱穩(wěn)定性，高陽光反射值以及UV老化后出色的耐沙磨侵蝕性能，完全滿足中國西部強(qiáng)風(fēng)沙地區(qū)的嚴(yán)酷的自然環(huán)境要求。KPK® 背板是中國西部電站最好的選擇之一。
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