PVDF膜、PVF膜和FEVE塗料的競争比較在光伏行業追求更高效能和更長壽命的今天，PVDF膜有其獨特的優勢。本文将對比分析PVDF膜與其他材料的性能差異，揭示PVDF膜是如何在光伏領域中展現出其獨特的優勢，爲光伏組件提供更爲優秀的保護和效能提升。 1)PVDF膜和PVF膜的比較 從材料的角度講，PVDF和PVF誰的性能好，或者說誰更具有氟塑料家族的特性，是不存在争論的。 PVDF，其分子結構上有兩個氟原子。在氟塑料的典型性能，如耐氣候老化性能、耐污性能、耐化學腐蝕性能等方面，PVDF遠遠優于PVF。然而，作爲膜産品，牽涉到材料的配方、制成工藝和質量控制等多方面因素，辯論或者争論也并非多此一舉。以透明膜爲例（乳白膜類似），筆者把用PVDF和PVF制作的産品的性能比較總結在表1中。 表1 PVDF透明膜和PVF透明膜産品的性能比較
可以看到，代表氟塑料典型特征的一些性能，如超級耐候性能、耐腐蝕性能和阻燃性能等，PVDF膜都要優于PVF膜。 從制成方法上講，PVDF可以通過使用常用的熱塑方法加工，如吹膜和流延；而PVF隻能通過糊式加工（paste processing）的方法成膜，需要使用非質子強極性溶劑（如DMAC、DMF和二氧六環等），成本高且不環保。原因在于，PVF的熔點通常在190-200℃之間，非常接近于其分解溫度約200-210℃，所以隻能添加溶劑以降低其加工溫度。 實際上，PVF膜在150-160℃條件下層壓幾個小時，就會嚴重發黃。但PVF膜的優點在于，該膜的綜合力學性能較好、高低溫性能均衡。組件不太可能在高溫150-160℃下長期使用，因此一直以來38um的PVF乳白膜在光伏行業使用，負有盛名。但随着超大功率組件、大矽片的興起，組件的工作溫度不斷升高，特别是熱斑溫度，對PVF膜将是個考驗。 但也有人認爲PVDF膜不如PVF膜，其主要依據是認爲PVDF膜的配方中含有PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），這會導緻材料的紫外光降解并引起背闆的微裂紋，也有文章給出了紅外（IR）譜圖的分析證據。 實際的情況是，PVDF和PMMA在熔體狀态下，是能達到分子級水平互溶的，即“你中有我、我中有你”。氟原子的濃度很高，完全可以照顧到周邊的PMMA分子鏈。反觀PVF膜，氟原子的濃度很低，周邊的碳氫鍵、碳碳鍵是很容易受到UV光攻擊的。 筆者采訪國内某知名PVDF膜廠商的技術總監得知，在高功率超級UV光輻照條件下（高壓汞燈，含UV-C波段），PVF膜在7天後即可以觀察到表面粉化現象，而此時PVDF膜依然能夠保持其完整性，顔色也沒有太大的變化。 順便提一句，丙烯酸類聚合物，如PMMA，在材料行業中也是以耐候性著稱的。當然，相比于氟塑料家族成員，其他高分子材料的耐候性都要略遜一籌。此外，在商品化的PVDF膜配方中，一般還要添加耐候型丙烯酸酯彈性體，這賦予材料剛韌平衡的特性，PVF材料工程師可能并不知道這個技術訣竅。最近有PVDF膜廠商發現，透明PVF膜中也是添加了PMMA類物質的，含量并不低。 我們還注意到，PVF技術路線的廠商最早提出了背闆的組合序列老化測試（所謂MAST測試，其測試方法介紹見圖1）。這類序列測試的區分度很高，的确可以區分出不同材料的耐候等級。盡管是PVF技術路線廠商最先提出，一些PVDF膜廠家的資深科技人員也贊同這個測試方法，并且PVDF膜的II代産品同樣可以輕松通過這些測試，但對使用FEVE塗料的塗布型背闆卻很有挑戰。
圖1 MAST序列老化測試方法 2)PVDF膜和FEVE塗料的比較 這兩種材料同屬于氟塑料家族，都具有出色的耐氣候老化特性。FEVE材料一般是以塗料的形式出售的，其分子鏈上上帶有羟基，使用異氰酸酯或噁唑啉類化合物交聯。所得産物是熱固交聯的，且交聯密度較高；适當添加無機填料後還具有較高的表面硬度。 FEVE作爲建築外牆塗料用，其耐候性是合格的。然而和PVDF膜相比，FEVE塗料用在光伏組件場合，有以下幾個弱點。 其一，FEVE塗料剛性很強，用其制成的CPC類背闆很難通過MAST序列老化測試。事實上，背闆在戶外使用時，會受到風壓的影響，組件處于擾動狀态，背闆中有動态應力存在，并且還疊加了周邊環境溫度、濕度和化學介質的影響。 因此，組成背闆的材料是需要有一定韌性的，以阻止微裂紋的引發和擴張。曆史上的3A背闆，由于中間層的PA樹脂中添加了短切玻璃纖維，材料剛性過強；在長時間氣候老化條件下，玻璃纖維和PA樹脂之間的界面剝離，導緻了裂紋的引發和擴張。 其二，FEVE塗料和PVDF膜相比，緻密性較差，這導緻CPC背闆的抗風沙能力大幅減弱。實驗室落砂實驗表明，其落砂量往往隻有PVDF膜或PVF膜的一半左右。并且，在溶劑（酒精或丙酮）擦拭條件下，塗層有脫落風險。 其三，在大劑量UV（幹紫外）或UV+DH（濕紫外）老化條件下，二者的區别更爲明顯，PVDF膜對PET基材的保護要好得多。在累計幹紫外300 KWh或濕紫外120 KWh的輻照劑量條件下，即使是氟含量很高的FEVE塗料也能觀察到表面的粉化和微裂紋傾向，雖然此時整張背闆還具有完整性和一定的力學性能，但此時真實考驗的其實是PET基材的性能。也就是說，使用FEVE塗料的背闆，需要性能非常優良的PET基材。 值得注意的是，FEVE本身的分子結構，由于受聚合時競聚率的限制（四氟乙烯或三氟氯乙烯 vs. 烷基乙烯基醚單體），其氟含量一般隻能在26-28wt.-%之間。配置FEVE塗料時，乳白品還需要添加填料和丙烯酸酯樹脂，很多市售的FEVE塗料的氟含量可能隻有5%左右，甚至更低。 塗料行業的一般認識是，要保持超長效耐候性能，氟含量越高越好。筆者引用武漢材料保護研究所的研究結果（該所從1980年代初就開始有戶外老化測試數據，專注于戶外防腐，特别是橋梁的防腐，是國内最早一批研究和引進氟碳塗料的單位），他們發表了實驗室加速老化的實驗結果，見圖2。
圖2 氟含量對塗料耐候性能的影響 1#樣品氟含量20.6%，2#、3#樣品的氟含量26.2%，選用的測試指标是保光率（塗料的光澤度對老化非常敏感），他們的結論是保持良好的光澤度，塗料的氟含量需要高達26%以上。當然，随着配方技術的進步，每家FEVE塗料廠家可能各有各的特色和專長，不排除在氟含量很低的情況下也能配伍出良好的耐候性能産品出來。 3)和非氟材料的比較 非氟材料制作成的背闆，具有綠色概念。但要使該類背闆具有超耐候特性，是有挑戰的，雖然并非不可能。市面上已經出現的非氟背闆類型有，聚烯烴（PO）背闆和增強聚酯背闆（PPC/PYE）。 聚烯烴背闆的綜合性能非常優良，特别是其具有出色的耐水解能力和較低的水汽透過率。然而美中不足的是其耐熱性略顯不足，并且在UV+DH老化情況下，其長效可靠性很難和PVDF膜做的相當。然而，筆者觀察到，最近幾年歐美的高校和研究所還在不斷發表PO背闆的可靠性研究。這表明，歐美市場對具有綠色環保的聚烯烴材料還是很有期待的。 PPC或PYE背闆中的第一個“P”，是指耐水解等級較高的增強聚酯面層，之前大多采用厚度爲50um的增強聚酯膜。有時候PPC背闆也稱PC背闆，但實際上是PPC，表層和中間層共擠的多層複合品，表層有更好的耐水解能力和耐UV輻照能力。 PYE背闆的“P”層也是指增強聚酯膜，是通過膠水複合的方式和YE層成型的。聚酯背闆，耐熱性能是足夠的。但聚酯的弱點是其分子鏈中的酯基容易受水分子的攻擊，即所謂水解，在高溫下這個水解反應還會加速。 聚酯增強主要是通過添加抗水解劑（如碳化二亞胺和環氧化合物）并控制聚酯分子鏈的端羧基含量來實現的。這些助劑是消耗型的，一旦消耗完畢，聚酯還是會發生水解。現在，國内廠商已經能夠供應PCT 48~72小時的聚酯，但達到PCT96小時級别的，國内廠商還不能規模供應。 聚酯在UV-b區存在敏感波段，需要通過添加UV吸收劑來增強其抗UV性能。如果把助劑析出的問題解決好，其耐候性能也可以做的比較出色。 此外，還有利用其它高分子材料（如脂肪族長鏈尼龍、生物基尼龍等）和非氟塗料（如丙烯酸酯、矽氧烷改性丙烯酸酯等）等制成的背闆，文章篇幅原因就不一一列舉了。 結論： 1、PVDF膜和PVF膜，對光伏組件的保護都是足夠的。覆膜背闆（如SPC、TPC等）能适應多種多樣的幹冷、濕熱、風沙和海洋環境，給組件提供最可靠的防護作用。但在一些氟塑料的典型特征方面，如耐腐蝕性、耐污和阻燃等性能比較上，PVDF要優于PVF。 2、使用FEVE塗料的CPC背闆，在耐氣候老化性能、耐風沙性能和耐溶劑擦拭等方面，都遜于覆膜背闆。此外，該類背闆很難通過組合序列老化或長序列老化測試。 3、非氟類背闆，具有綠色概念，其可靠性還有待市場檢驗。
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