隨著鈣鈦礦電池的快速發(fā)展，單純POE膠膜+硅膠或者POE+EVA的封裝結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足鈣鈦礦本身對于穩(wěn)定性和使用壽命的要求，而丁基密封膠 (Butyl sealant) 作為優(yōu)良的隔水隔氣的絕緣材料是目前最有前景的封裝材料。
丁基膠是以丁基橡膠(IIR)為原材，加入聚異丁烯(PIB)等改性物質(zhì)制成的單組分膠粘劑，具備低水汽透過率、高粘結(jié)性、電氣絕緣三大性能，在晶硅組件/薄膜組件水汽透過率為0.15~0.7g · (m2 ·d)-1，有效幫助組件抵擋水汽，同時適合與玻璃粘結(jié)，因此丁基膠適用于高水汽敏感的鈣鈦礦、HJT電池。丁基橡膠 ( IIR) 是?種合成橡膠，由異丁烯和少量丙烯共聚而成。它具有良好的氣密性和耐化學(xué)性能，是?種彈性很好的橡膠，因此被廣泛用于制造各種密封件和橡膠制品。我國是鹵化丁基橡膠的大消費(fèi)國，每年消耗量超過10萬噸，但國內(nèi)生產(chǎn)相對滯后，國產(chǎn)鹵化丁基橡膠主要應(yīng)用于下游低端領(lǐng)域，高端產(chǎn)品幾乎完全依賴進(jìn)口。近年來，在國家政策的支持和企業(yè)積極探索推動下，我國鹵化丁基橡膠的生產(chǎn)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，行業(yè)產(chǎn)能穩(wěn)步增長，進(jìn)口比例逐年下降。
1、丁基膠主要特點(diǎn)：
（1）氣密性和水密性：丁基橡膠的空氣透過率僅為天然橡膠的1/7，丁苯橡膠的1/5；而對蒸汽透過率為天然橡膠的1/200，丁苯橡膠的1/140。丁基膠通過和組件基板的粘結(jié)形成可靠密封，此時水汽分子被分子篩鎖，無法自由移動穿透密封膠，有效延緩了水汽從基板中間侵入組件的時間。（2）熱穩(wěn)定性：丁基橡膠在高溫下具有較好的穩(wěn)定性，可在100℃或稍低溫度下長期使用，脫硫的丁基橡膠的使用溫度可達(dá)150℃到200℃。（3） 耐臭氧和耐天候老化性：丁基橡膠對臭氧和自然環(huán)境中的老化因素具有良好的耐性，能夠長時間保持性能穩(wěn)定。（4）化學(xué)穩(wěn)定性：丁基橡膠對化學(xué)藥品的耐腐蝕性較強(qiáng)，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。（5）吸震性能：由于丁基橡膠分子結(jié)構(gòu)中缺少雙鍵和側(cè)鏈甲基的分布密度大，使其具備良好的吸震能力。（6）電絕緣性能：丁基膠由絕緣聚合物組成，原材料丁基橡膠為高電阻率的非極性材料，分子主鏈上有密集的側(cè)甲基分布和較少的雙鍵，是高壓電絕緣橡膠制品的理想材料，制成的丁基膠具備高體積電阻率，可應(yīng)用于1500伏組件。根據(jù)IEC61730標(biāo)準(zhǔn)要求，電氣絕緣距離 (DTI) 最小為3.5mm，相對起痕指數(shù) (RTI) 在105°C 以上，使用丁基膠后通過調(diào)整電池片擺放位置，能夠滿足DTI要求。（7）粘結(jié)性能較佳：組件通過EVA和背板及玻璃層壓后，需要用丁基膠封邊，因此丁基膠應(yīng)具備足夠的粘接強(qiáng)度，以滿足太陽電池組件承受機(jī)械載荷的要求，丁基膠 粘結(jié)玻璃后可充分發(fā)揮各部件的全部強(qiáng)度。（1）用處：光伏領(lǐng)域丁基膠主要應(yīng)用于光伏組件封裝，丁基密封膠與常規(guī)封裝材料如EVA、POE膠膜等都具有良好的兼容性，作為封裝輔助材料與膠膜配合使用。采用丁基膠封邊后組件的抗PID性能得到顯著提升，有效延緩組件在戶外高溫高濕環(huán)境下的水汽侵蝕，適用于高水汽敏感度的HJT、鈣鈦礦電池等，也可用于薄膜光伏組件 (CIGS/CdTe/GaAs/a-Si)、柔性組件等。此外，丁基膠可涂抹在光伏屋頂上以達(dá)到防水性能，應(yīng)用于光伏建筑?體化領(lǐng)域。HJT的TCO膜層與傳統(tǒng)封裝膠膜粘粘力較弱且對水汽敏感 ，鈣鈦礦吸收層不穩(wěn)定、水汽侵入易造成電池降解，因此這類新型電池材料對水汽敏感性更高，需要更好的防潮保護(hù)，否則水汽將會對組件輸出功率、使用壽命產(chǎn)生不利影響。傳統(tǒng)EVA膠膜遇到水汽會產(chǎn)生醋酸，醋酸會腐蝕電池焊帶，使組件失效，電線短路，因此封裝穩(wěn)定性要求的提高帶來POE膠膜、丁基膠材料的增量需求。（2）用法：采用丁基膠的封裝方案有兩種形式，1) 丁基膠與膠膜層壓形成整體封裝結(jié)構(gòu)；2) 外邊緣使用丁基膠帶輔助密封方式。第?種方案丁基膠用量較少，涂層僅有1mm厚，成本低于使用丁基膠帶；但丁基膠固化需要更高的溫度，目前技術(shù)尚未突破 ，因此目前使用丁基膠帶在組件邊緣纏繞為主流方式，但是熱熔型丁基膠由于產(chǎn)線適配性較好，適合大規(guī)模量產(chǎn)，有望取代膠帶而成為主流封裝形式。
包裝中使用的聚合物材料通常具有優(yōu)異的絕緣性、熱塑性和?定的機(jī)械強(qiáng)度。致密的包裝層能有效隔離空氣中的水和氧，并能以低成本實(shí)現(xiàn)大面積包裝。常見的包裝材料包括聚異丁烯、聚乙烯、聚烯烴彈性體 (POE) 、熱塑性聚氨酯、乙烯醋酸乙烯酯 (EVA) 和環(huán)化全氟聚合物。丁基膠由丁基橡膠經(jīng)過特殊工藝加工制成。首先通過溶液法或淤漿法將異丁烯和少量異戊二烯合成為丁基橡膠，再通過特殊工藝制成丁基膠。丁基膠生產(chǎn)工藝較為簡單，需要將原料聚異丁烯、丁基橡膠在110°C-130°C的捏合機(jī)中攪拌均勻，依次添加填料、抗老化劑、軟化劑，抽真空攪拌后出料得到成品。生產(chǎn)工藝先后經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑接枝改性、熔融共混改性、填充改性，以提升丁基膠的性能、 降低成本。丁基膠配方主要包含5-6個成分，其中丁基橡膠占比12%，聚異丁烯占比20%，補(bǔ)強(qiáng)劑5%，填料52%，石油樹脂7%，其他助劑4%。丁基密封膠配方差異對組件性能有較大影響，配方較難把握。PIB材料具有穩(wěn)定的化學(xué)性能和優(yōu)異的密封性能，分子量從幾?萬到數(shù)百萬不等，該類材料在很多要求苛刻的密封環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用。但材料的不同配方設(shè)計(jì)性能差別很大，自身濕氣透過率也會有很大差別。截至2022年底，我國丁基橡膠的總有效產(chǎn)能達(dá)到36.5萬噸/年 (燕山石化和臺塑寧波的兩套裝置共計(jì)14萬噸/年產(chǎn)能，由于技術(shù)相對落后、產(chǎn)品市場認(rèn)可度低的原因長期停產(chǎn)，如果這兩套裝置正常運(yùn)行，總產(chǎn)能可達(dá)到50.5萬噸/年) 。其中34.5萬噸/年產(chǎn)能可用于生產(chǎn)鹵化丁基橡膠。浙江信匯新材料是國內(nèi)最大的丁基橡膠生產(chǎn)企業(yè)，其丁基橡膠產(chǎn)能占全國總產(chǎn)能的40%左右。2018-2022年 ，我國丁基橡膠產(chǎn)量以15%的復(fù)合年均增長率保持快速增長，2022年總產(chǎn)量達(dá)到27.8萬噸。未來短期內(nèi)，在沒有新裝置建成投產(chǎn)的情況下，預(yù)計(jì)我國丁基橡膠的產(chǎn)量將基本保持穩(wěn)定。我國的丁基橡膠需求量較大，2018-2022年我國丁基橡膠表觀消費(fèi)量的年均復(fù)合增長率高達(dá)5.6%，2022年表觀消費(fèi)量達(dá)49.14萬噸。
2018-2020年我國丁基橡膠下游需求逐年遞增，但國內(nèi)丁基橡膠產(chǎn)量增速不及市場需求增速，因此進(jìn)口量?直保持較高水平。2022年俄烏沖突導(dǎo)致俄羅斯丁基橡膠的出口受到歐美限制，低價產(chǎn)品轉(zhuǎn)而流入我國市場。2022年我國丁基橡膠進(jìn)口總量高達(dá)29.27萬噸，為近5年高值，相較于2021年增長34.38%。出口方面，我國丁基橡膠出口規(guī)模在過去5年快速增長，2022年出口總量達(dá)到 7.93萬噸，同比增長110.34%，達(dá)到歷史新高。造成出口量增長的因素有兩方面 ：?方面，我國丁基橡膠的產(chǎn)能利用率提高，新增產(chǎn)能釋放，再加上俄羅斯低價貨源的流入，國內(nèi)市場競爭愈加激烈，出口成為廠家緩解出貨壓力的主要途徑之?；另?方面，人民幣的貶值使得國產(chǎn)丁基橡膠企業(yè)在國際市場上具有了更高的價格競爭優(yōu)勢，促進(jìn)國產(chǎn)丁基橡膠的出口。目前全球處于大寡頭壟斷市場，世界生產(chǎn)能力排名前?企業(yè)產(chǎn)能合計(jì)216.7萬噸/ 年，其中前三名為埃克森美孚/沙特阿美/西布爾，產(chǎn)能分別占比 33.4%/20.2%/11.3%。目前丁基橡膠產(chǎn)能相對集中于歐美地區(qū)，區(qū)域發(fā)展不平 衡。伴隨國內(nèi)光伏級丁基膠需求起量，丁基橡膠國內(nèi)產(chǎn)能占比有望提升。綜上所述，我國丁基橡膠的市場需求仍有增長空間。雖然我國丁基橡膠的總產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到?定規(guī)模，但總有效產(chǎn)能有限，目前國內(nèi)產(chǎn)量還不能完全滿足國內(nèi)需求，每年仍需要大量進(jìn)口。近年伴隨風(fēng)電光伏等新型應(yīng)用場景的擴(kuò)展，丁基橡膠研發(fā)不斷深入，專利申請數(shù)量顯著提升。根據(jù)CNKI中國專利數(shù)據(jù)庫，截至2023年2月10日，國內(nèi)共有丁基橡膠領(lǐng)域的申請專利3165件，2015年以來年申請量穩(wěn)定在200件以上，2022年達(dá)235件，專利主要圍繞制備?藝和應(yīng)?領(lǐng)域拓展?向。未來幾年專利數(shù)量仍保持井噴增長，國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)能力不斷增強(qiáng)，丁基橡膠國產(chǎn)化進(jìn)程加速。國產(chǎn)丁基橡膠?前存在?產(chǎn)成本較?的問題，在國內(nèi)市場競爭中成本端不具備優(yōu)勢。我國企業(yè)應(yīng)當(dāng)通過提?研發(fā)投?，升級產(chǎn)線?藝，進(jìn)?改良產(chǎn)品質(zhì)量、降低?產(chǎn)成本，從而提?產(chǎn)品競爭?和產(chǎn)能利?率。同時應(yīng)當(dāng)積極開發(fā)國際市場，適度擴(kuò)?產(chǎn)品出?，從?在激烈的市場競爭中不斷增強(qiáng)企業(yè)競爭?。想要了解更多環(huán)保膠黏劑行業(yè)的發(fā)展前景，請關(guān)注研泰化學(xué)官網(wǎng)欄目《膠粘劑行業(yè)資訊》該文章來源互聯(lián)網(wǎng)，如有侵權(quán)請聯(lián)必刪
