HDPE高密度聚乙烯做浮體材料？ 到底行不行！

:能源與環(huán)境問題是影響世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要問題。工業(yè)革命以來，對(duì)能源的消耗需求越來越大，石油、天然氣和煤炭等化石能源的消費(fèi)劇增，產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”和霧霾等各種環(huán)境問題。生態(tài)環(huán)境保護(hù)壓力日趨增大，迫使世界各國(guó)必須認(rèn)真考慮并采取有效的應(yīng)對(duì)措施，開發(fā)利用各種可再生能源已成為世界各國(guó)的發(fā)展戰(zhàn)略。太陽能屬于可再生能源的一種，具有儲(chǔ)量具大、永久性、清潔無污染、可再生、可直接開發(fā)利用等優(yōu)點(diǎn)，因此成為目前人類所知可利用的最佳能源選擇。以硅材料的應(yīng)用開發(fā)形成的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)業(yè)鏈條稱為光伏產(chǎn)業(yè)，光伏產(chǎn)業(yè)具有清潔、安全、穩(wěn)定、高效等優(yōu)異特點(diǎn)，已成為世界各國(guó)普遍關(guān)注和國(guó)際能源競(jìng)爭(zhēng)的新興產(chǎn)業(yè)。

（來源：微信公眾號(hào)“光伏領(lǐng)跑者創(chuàng)新論壇”）

隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，在各國(guó)政府的推動(dòng)下，近年來光伏發(fā)電技術(shù)開發(fā)利用規(guī)模快速擴(kuò)大，技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)加快。光伏產(chǎn)業(yè)在飛速發(fā)展，但其進(jìn)一步的發(fā)展受到了有限的土地資源的限制。傳統(tǒng)地面光伏電站存在布局分散，永久性土地占用面積大等缺陷。將光伏組件架設(shè)在水面漂浮式基臺(tái)上的漂浮式光伏電站是近幾年提出的電站建設(shè)新方式之一。水面漂浮式光伏發(fā)電站技術(shù)是一種全新的光伏發(fā)電技術(shù)，克服了傳統(tǒng)地面光伏電站存在的土地制約因素。

漂浮式光伏電站將光伏發(fā)電組件安裝在水面漂浮體上，具有不占用土地資源，減少水量蒸發(fā)，漂浮體遮擋陽光抑制藻類生長(zhǎng)的作用，同時(shí)水體對(duì)光伏組件及電纜的降溫冷卻可明顯提高發(fā)電效率。

2017 年國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾個(gè)大型的水面漂浮項(xiàng)目建設(shè)完成，其中主要采用的浮體材料為 HDPE高密度聚乙烯 。高密度聚乙烯本身具有足夠的韌性、強(qiáng)度、耐腐蝕性及耐濕性，是最具潛力的浮體材料。目前水上光伏電站的設(shè)計(jì)壽命為25年甚至更久，作為水上光伏電站的重要支撐平臺(tái)，浮體架臺(tái)是關(guān)系到 整個(gè)光伏電站能否正常運(yùn)行發(fā)電的重要環(huán)節(jié)。浮體材料的安全性和可靠性是生產(chǎn)企業(yè)和使用單位 最為關(guān)注的問題。但目前對(duì)于 HDPE浮體材料，國(guó)內(nèi)國(guó)外并沒有相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。因此，本文就 水上光伏用HDPE浮體材料的安全性和可靠性檢測(cè)方法做一些探討，為光伏企業(yè)和浮體材料生產(chǎn)企業(yè)提供建議和參考。

1HDPE浮體材料安全性檢測(cè)方法

作為支撐平臺(tái)，所有浮力、結(jié)構(gòu)受力均由 HDPE 浮體提供和承載，為了保證浮體材料能夠達(dá)到安全使用的要求，其檢測(cè)主要包括材料的基礎(chǔ)性能測(cè)試和環(huán)保性測(cè)試兩方面。

1 HDPE浮體材料的基礎(chǔ)性能

材料的基礎(chǔ)性能包括物理性能、力學(xué)性能和熱 性能等，其反映了材料是否達(dá)到相應(yīng)的使用要求， 從而保證安全性。HDPE浮體材料的基礎(chǔ)性能測(cè)試方法如下

1. 1 密度

按 GB / T 1033. 1 － 2008《塑料 非泡沫塑料密度的測(cè)定 第1 部分 浸漬法、液體比重瓶法和滴定法》中A法的規(guī)定進(jìn)行，試樣質(zhì)量大于1g，試樣制備推薦厚度 4mm。

1. 2 吸水性

按 GB/T1034－ 2008《塑料 吸水性的測(cè)定》中方法 123℃ 水中吸水量的測(cè)定進(jìn)行。

1. 3 耐環(huán)境應(yīng)力開裂

按 GB/T 1842－ 2008《塑料 聚乙烯環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)方法》進(jìn)行，試樣制備按照其表 1進(jìn)行，試驗(yàn)條件為其表2中條件B，耐環(huán)境應(yīng)力開裂時(shí)間F50應(yīng)大于 5000h。

1. 4 拉伸強(qiáng)度和斷裂標(biāo)稱應(yīng)變

按 GB/T1040. 3－ 2006《塑料拉伸性能的測(cè)定 第 3部分 薄膜和薄片的試驗(yàn)條件》進(jìn)行，試樣為5型，厚度1mm，試驗(yàn)速度50mm/min。試樣應(yīng)為粒料壓塑成片狀后，使用切割或沖切方法制備。

1. 5 拉伸彈性模量

按 GB/T1040. 2－ 2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第 2部分 模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件》進(jìn)行，試樣為1B型，厚度4mm，試驗(yàn)速度1mm/min。試樣應(yīng)為粒料壓塑成片狀后，使用切割或沖切方法制備。

1. 6 彎曲彈性模量、彎曲強(qiáng)度

按 GB/T9341－ 2008《塑料 彎曲性能的測(cè)定》進(jìn)行，試樣尺寸取80mm×10mm×4mm，試驗(yàn)速度 2mm/min。

1. 7 懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度

按 GB/T 1843－ 2008《塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定》進(jìn)行，試樣采用 A型缺口，試樣制備推薦粒料注塑。

1. 8 邵氏硬度

按 GB / T 2411－2008《塑料和硬橡膠使用硬度計(jì)測(cè)定壓痕硬度邵氏硬度 》進(jìn)行，試樣厚度 4mm，用D型硬度計(jì)測(cè)定硬度，15秒讀數(shù)。

1. 9 低溫脆化溫度

按 GB/T5470－ 2008《塑料 沖擊法脆化溫度的測(cè)定》中通過法進(jìn)行，低溫脆化溫度應(yīng)≤ － 70℃ 。

1. 10 熔體質(zhì)量流動(dòng)速率

按 GB/T3682. 1－ 2018《塑料 熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動(dòng)速率 MFＲ 和熔體體積流動(dòng)速率 MVＲ 的測(cè)定 第 1部分 標(biāo)準(zhǔn)方法》中方法 A進(jìn)行，試驗(yàn)溫度 190℃ ，標(biāo)稱負(fù)荷 2. 16kg。

1. 11 維卡軟化溫度

按 GB/T1633－ 2000《熱塑性塑料維卡軟化溫度 VST的測(cè)定》中 A120法進(jìn)行。

1. 12 氧化誘導(dǎo)時(shí)間、氧化誘導(dǎo)溫度

按 GB / T 19466. 6 － 2009《塑料差示掃描量熱法

DSC 第 6部分 氧化誘導(dǎo)時(shí)間 等溫 OIT和氧化誘導(dǎo)溫度 動(dòng)態(tài) OIT的測(cè)定》進(jìn)行。

2 HDPE浮體材料的環(huán)保性能

浮體材料是直接置于水中的，出于對(duì)環(huán)境保護(hù)的考慮，其應(yīng)保證不污染和影響水體環(huán)境。為確保 HDPE 浮體材料不向環(huán)境釋放有毒有害物質(zhì)，其環(huán)保性能檢測(cè)方法可按 GB / T 26572 －2011《電子電氣產(chǎn)品中限用物質(zhì)的限量要求》中均質(zhì)材料的規(guī)定進(jìn)行。其中的有害物質(zhì)，鉛、汞、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚的含量不得超過0. 1% 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鎘的含量不得超過0. 01%質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。

2 HDPE浮體材料可靠性檢測(cè)方法

可靠性測(cè)試是為了評(píng)估產(chǎn)品在規(guī)定的設(shè)計(jì)壽命內(nèi) 在預(yù)期的使用、運(yùn)輸或儲(chǔ)存條件下，保持功能可靠性而進(jìn)行的活動(dòng)。浮體是水上承載結(jié)構(gòu)的主體，通常使用在江河湖泊或海水中，長(zhǎng)期受到日光照射、酸性或堿性介質(zhì)的侵蝕，會(huì)極大地考驗(yàn)材料的性能。如何確保浮體材料的可靠性和耐久性，我們結(jié)合浮體材料的使用環(huán)境和性能要求，主要從耐光老化性能、耐液體腐蝕性能和耐溫濕度老化性能這幾個(gè)方面來展開討論測(cè)試方法。

2. 1 耐光老化性能

耐光老化主要是模擬材料在戶外受到的太陽光照的情況，是表征材料可靠性的重要因素。而陽光中的紫外線是造成材料光降解和光老化的主要原因，因此我們選取熒光紫外燈人工加速老化來測(cè)試浮體材料的耐光老化性能。

耐光老化性能測(cè)試可按 GB/T16422. 3－ 2014《塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第3部分熒光紫外燈》進(jìn)行，測(cè)試條件選取標(biāo)準(zhǔn)中表4的第1個(gè)循環(huán)條件，條件如下光源UVA－340燈，輻照度0.76±0.02W/ m2·nm 340nm，黑標(biāo)溫度60℃±3℃下光照干燥8h，黑標(biāo)溫度50℃±3℃下黑暗冷凝4h。推薦測(cè)試時(shí)間 4000h。4000h 后測(cè)試?yán)鞌嗔褢?yīng)力、斷裂標(biāo)稱應(yīng)變和懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度，其性能保持率不低于 80% 試樣外觀應(yīng)無明顯變色、裂紋和脫皮現(xiàn)象。

2. 2 耐液體腐蝕性能

“腐蝕”是物質(zhì)的表面因發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而受到破壞的現(xiàn)象。浮體材料長(zhǎng)期浸泡在水中， 故其耐液體腐蝕性能尤為重要，其測(cè)試方法詳見 表 1。

2. 3 耐溫濕度老化性能

耐溫濕度老化主要是測(cè)試材料抵抗不同的溫濕度變化的能力。耐溫濕度老化的測(cè)試方法見表 2。

3 結(jié)語

自從 2011 年美國(guó)《科學(xué)時(shí)報(bào)》報(bào)道了水上光伏電站的應(yīng)用，日本及中國(guó)等國(guó)家開始著手推進(jìn)水上光伏電站的應(yīng)用實(shí)踐。水上光伏的的各項(xiàng)技術(shù)仍未成熟，如何讓光伏系統(tǒng)在浮體上安全可靠的運(yùn)行 25 年甚至更久，是水面光伏行業(yè)發(fā)展的重要課題。目前浮體材料的相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)外均處于缺失狀態(tài)，HDPE作為最具實(shí)用性的浮體材料，本文整理和總結(jié)了為保證浮體材料 HDPE 安全性和可靠性的測(cè)試項(xiàng)目和具體試驗(yàn)條件。水上光伏行業(yè)應(yīng)匯聚各方力量，盡快出臺(tái)浮體材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為水上光伏的應(yīng)用和發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

原標(biāo)題:HDPE高密度聚乙烯做浮體材料？ 到底行不行！