一种半导电高分子改性树脂膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高分子材料；尤其涉及一种半导电高分子改性树脂膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、金属材料在众多领域都有着广泛的应用，如机械制造领域中用来制造汽车、火车、飞机、船舶、机械设备等，建筑领域中用来制造屋架、屋面、门窗、框架、型材等……

2、采用金属材料制得的金属制品，在不同应用环境中的性质如腐蚀速率、腐蚀类型、使用寿命等会有所不同，主要原因与环境因素有关，如大气条件、水体、土壤的污染情况等。目前，为了降低金属材料的性质受环境因素的影响率，主要采用如下三种措施：

3、第一种措施是电泳氧化/阳极氧化，采用电解法对金属制品表面进行电化学氧化，从而在金属制品表面形成一层金属氧化薄膜，金属氧化薄膜具有耐腐蚀、耐磨、硬度高等优点。但是金属氧化薄膜含有多种重金属，长时间裸露在大气环境中，金属氧化薄膜会氧化并随环境水汽滴落，污染周围土壤。

4、第二种措施是喷砂氧化，对金属制品表面氧化物进行喷砂处理，喷砂处理过程中的撞击力使得金属晶体颗粒致密排列，晶粒变小，硬度相对提高。虽然该措施通过改变金属制品表面沉着金属离子或原子，来实现耐候、抗刮、耐酸碱等功能性需求，但是，无论是金属原子或离子，当裸露在大气环境特别是海洋水汽环境、冶金复杂污染大气环境等恶劣环境中时，沉着在金属制品表面的金属离子或原子也会被氧化、腐蚀而失去其功能性。

5、第三种措施是喷涂，通过喷涂油漆、油漆烘烤方式或者粉末涂料喷涂方式，在金属制品表面形成一层涂层，但是涂层厚度的均匀性难以控制，导致成品合格率低，此外，随着使用时间的延长，涂层容易脱落，使用寿命通常在8年左右。

技术实现思路

1、本发明所需解决的技术问题是：提供一种具有耐腐蚀性、高耐候性、自清洁功能、高抗冲击性、延展性好、使用寿命长的半导电高分子改性树脂膜，该半导电高分子改性树脂膜能很好地适用于户外环境，尤其是高污染恶劣环境。此外，还提供该半导电高分子改性树脂膜的制备方法以及应用该半导电高分子改性树脂膜制得的覆膜金属基材板和光伏组件边框型材。

2、金属制品以金属原子晶相态存在于自然环境中，自然环境中存在的氧气、水汽，再加上适宜的温度，容易导致金属制品氧化腐蚀，影响金属制品本身的物理性能，尤其是恶劣环境，更会加剧金属制品氧化腐蚀。为了保护金属制品的性质不受环境因素的影响，本方案研发了一种集耐腐蚀性、高耐候性、自清洁功能、高抗冲击性、高延展性、不透气性等多种功能为一体的半导电高分子改性树脂膜，该半导电高分子改性树脂膜的使用寿命经测试在25年左右。

3、所述的一种半导电高分子改性树脂膜，包括：高分子材料、改性导电金属物质、改性导电非金属物质和成膜添加剂；所述改性导电非金属物质为改性碳系列导电非金属物质；所述改性导电金属物质是金属表面被聚酯有机物包裹后的物质；所述改性导电金属物质和改性导电非金属物质均为纳米径颗粒；所述高分子材料占半导电高分子改性树脂膜总质量的90%～95%；所述改性导电金属物质占半导电高分子改性树脂膜总质量的0.1%～2%；所述改性导电非金属物质占半导电高分子改性树脂膜总质量的0.2%～3.5%；所述成膜添加剂占半导电高分子改性树脂膜总质量的0.1%～5%。

4、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜，其中，所述高分子材料首选单碳键高分子材料，即以“-c-c-”方式存在于材料本体。单碳键高分子材料包括但不限于-c-c-f键之pvf/pvdf/ptp单体材料、-c-c-f键之pvf/pvdf/ptp延伸高分子混合复合材料、-nh-coo单体的聚氨酯单体、-nh-coo单体的聚氨酯延伸产品、-ch2ch2o-重复单体的pet/pp、-ch2ch2o-重复单体的pet/pp的聚合物产品、丁腈橡胶改性聚氯乙烯、丁腈橡胶改性聚氯乙烯延伸材料。高分子材料可以选择上述任一种或多种组合方式。

5、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜，其中，所述改性导电金属物质的制备方法为：在密闭无氧环境下，将聚酯有机物材料和金属从常温开始逐渐以5℃/分钟的升温速率边升温边以200～300r/min的转速进行搅拌混合，直至温度上升至150℃时停止搅拌；然后自然冷却至温度为25～30℃时进行研磨，得到改性导电金属物质；其中，金属和聚酯有机物材料两者的质量比为3:5±0.5。

6、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜，其中，所述改性导电金属物质中的金属为：铝、铝合金、镍、镍合金、银、银合金、铜、铜合金中的任一种或多种组合；其中，金属首选铝及其合金微粒，在有严格明确导电参值下，根据导电参数值选择与之适配的金属，例如选取银、镍等贵金属或/和合金颗粒。

7、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜，其中，所述改性碳系列导电非金属物质为改性石墨烯、改性石墨粉中的一种或二种混合。石墨烯碳以共价键存在并实现链接，具有强化学键稳定性、化学惰性，其片层结构可有效阻隔氧气、水汽以及其他的腐蚀气态介质。碳所具有导电的功能性，为大众所认知。石墨烯系列碳元素添加到有机高分子材料中，能够实现高分子材料半导电功能性，同时提升有机高分子材料的致密性及功能的持久性。

8、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜，其中，所述成膜添加剂包括：紫外线吸收剂、柔软剂、润滑剂和阻燃剂；所述紫外线吸收剂的质量小于半导电高分子改性树脂膜总质量的1.5%；所述柔软剂和润滑剂质量总和小于半导电高分子改性树脂膜总质量的2.5%；所述阻燃剂的质量小于半导电高分子改性树脂膜总质量的1%。

9、更优选的方案是，所述紫外线吸收剂的质量首选小于半导电高分子改性树脂膜总质量的1.0%；所述柔软剂和润滑剂质量总和首选小于半导电高分子改性树脂膜总质量的1.5%。

10、其中，紫外线吸收剂添加的作用是可以将紫外线能量转化为热能量，同时可以再释放能量，延长半导电高分子改性树脂膜的耐候性。本方案中所述紫外线吸收剂首选二氧化钛，二氧化钛具有不影响有机分子结构的属性的优点。

11、柔软剂添加的作用是使半导电高分子改性树脂膜具有一定的柔软性及延展性，覆膜在金属基材板上进行辊轧时不被辊轧断裂。本方案中所述柔软剂首选聚烯系列柔软剂，它的官能团能跟高分子物质的官能团具有相融性，不会出现裂解或游离现象。

12、润滑剂添加的作用是使半导电高分子改性树脂膜在流延工艺时，有机材料可以加速与模口脱模，提升半导电高分子改性树脂膜表面的润滑性。本方案中所述的润滑剂首选能与高分子材料相融的有机物润滑剂或能与高分子材料相融的无机物润滑剂，保证在材料使用过程中润滑剂不会溢出表面。

13、本方案中所述的一种半导电高分子改性树脂膜的制备方法，具体步骤为：

14、s1、按照逐步减半添加方式往高分子材料中分批次添加改性导电非金属物质，直至剩余改性导电非金属物质的质量低于改性导电非金属物质总添加质量的10%，然后将剩余改性导电非金属物质全部投入高分子材料中；在整个过程进行搅拌；

15、按照逐步减半添加方式往高分子材料中分批次添加改性导电金属物质，直至剩余改性导电金属物质的质量低于改性导电金属物质总添加质量的10%，然后将剩余改性导电金属物质全部投入高分子材料中；在整个过程进行搅拌；

16、最终得到混合均匀的中间混合材料；

17、其中，逐步减半添加方式指的是首批添加待添加物的1/2，然后第二批次是添加1/2的剩余待添加物，以此类推。

18、改性导电非金属物质和改性导电金属物质可以同时往高分子材料中添加，也可以不同时添加。其中，每批次添加改性导电非金属物质的间隔时间为20～30min，每批次添加改性导电金属物质的间隔时间为20～30min，搅拌速度为100～250r/min，搅拌时温度控制在85±5℃。

19、s2、往中间混合材料中添加成膜添加剂并进行搅拌，得到混合均匀的最终混合材料。

20、s3、对最终混合材料进行加热造粒，得到颗粒材料；对颗粒材料进行干燥处理，使颗粒材料的含水率小于1%。

21、该颗粒材料保存时需要干燥密封包装并置于干燥环境保存，其中，干燥环境指室温在25±2℃，湿度＜50%的环境，密封包装通常采用密封袋装保存。

22、s4、所得的颗粒材料采用流延瞬间冷却法工艺成膜，得到半导电高分子改性树脂膜。

23、其中，流延瞬间冷却法工艺中采用的流延膜设备中的冷媒介质采用氮气，氮气温度为-15～15℃。

24、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜的制备方法，其中，所述改性导电金属物质的制备方法为：在密闭无氧环境下，将聚酯有机物材料和金属从常温开始逐渐以5℃/分钟的升温速率边升温边以200～300r/min的转速进行搅拌，直至温度上升至150℃时停止搅拌；然后自然冷却至温度为25～30℃时进行研磨，得到改性导电金属物质；其中，金属和聚酯有机物材料两者的质量比为3:5±0.5。

25、进一步地，前述的一种半导电高分子改性树脂膜的制备方法，其中，高分子材料的含水率小于5%，改性导电金属物质的含水率小于1%，改性导电非金属物质的含水率小于1%。

26、本方案所述的一种覆膜金属基材板，包括：金属基材板和半导电高分子改性树脂膜；所述半导电高分子改性树脂膜为本方案所述的半导电高分子改性树脂膜或采用本方案所述的半导电高分子改性树脂膜的制备方法制备得到的半导电高分子改性树脂膜；

27、所述半导电高分子改性树脂膜通过半导电聚氨酯胶层粘附于所述金属基材板的上表面上，在金属基材板的下表面上涂覆有一层聚酯层或者聚酯膜通过普通胶层粘附于所述金属基材板的下表面上。

28、其中，所述半导电聚氨酯胶层包括普通胶和导电物质，导电物质的含量根据应用不同来添加，特别是“体积电阻率”的不同。此外，这里定义的普通胶层是由市面上可以买到的胶体构成，如高盟品牌胶：35-05hh等等。

29、进一步地，前述的一种覆膜金属基材板，其中，所述半导电高分子改性树脂膜的厚度为50～180微米；所述半导电聚氨酯胶层的厚度为12～25微米；所述金属基材板的厚度为0.3～2毫米；所述聚酯层的厚度为65～210微米；所述普通胶层的厚度为12～20微米；所述聚酯膜厚度为15～25微米；所述金属基材板为镀锌板、冷轧板或热轧板。

30、本方案所述的一种光伏组件边框型材，采用本方案所述的覆膜金属基材板，通过折边工艺或辊轧工艺或折边工艺和辊轧工艺结合将覆膜金属基材板一体加工成型，得到光伏组件边框型材。

31、本发明的有益效果是：①上述半导电高分子改性树脂膜、以及采用上述制备方法制得半导电高分子改性树脂膜具有耐腐蚀性、高耐候性、自清洁功能、高抗冲击性、延展性好、不透气性、使用寿命长等优点；适用于户外环境，尤其是高污染恶劣环境；②上述覆膜金属基材板能够进行卷料储存，储存方便，储存空间小且方便物流输送；③上述覆膜金属基材板可以采用折边工艺或辊轧工艺或折边工艺和辊轧工艺结合加工多种产品，且表面覆膜不会出现折断、辊轧压断问题。