一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法与流程

1.本发明涉及光伏组件灌封材料技术领域，具体为一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法。


背景技术：

2.随着新能源行业的蓬勃发展，太阳能发电技术作为新兴能源中发展速度最快，影响最广的技术，其推广普及已被提升到战略的高度。光伏组件是太阳能光伏产业的核心，而光伏组件灌封胶对电池的使用性能、产品质量有非常大的影响。
3.目前市面上的光伏组件灌封胶，存在阻燃性能不达标和电学性能较低的问题，还有的灌封胶产品中采用有害物质卤系阻燃剂或三氧化二锑实现阻燃性能。如中国申请专利 cn102516927a公开了一种太阳能光伏组件封装用双组份灌封胶及其制备方法，具体以包括硅橡胶、导热填料和阻燃填料的组分a与包括交联剂、硅油的组分b 为原料制备灌封胶，以提高阻燃性能并改善导热效果，但是产品的体积电阻率无法满足要求。中国专利cn106147698a公开了一种光伏组件接线盒用导热阻燃有机硅灌封胶及制备方法，具体通过采用乙烯基聚二甲基硅氧烷和包含有勃姆石、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂的填料通过双组份制备得到灌封胶，但是一方面，高含量的勃姆石的引入倾向于在聚合物基体中具体，不利于保证灌封胶的电学性能和粘结性能，作为灌封材料使用时，水分可能会渗入光伏组件内部导致腐蚀和绝缘失效。


技术实现要素：

4.本发明一方面提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶，包括组分a 和组分b；所述组分a的制备原料至少包括：按照重量份计，含羟基有机硅氧烷80-100份、聚二甲基硅氧烷0-30份、改性聚苯醚粉20-80份、无卤阻燃剂10-80 份、补强材料2-30份、导热填料10-50份、铂系化合物0.01-5份；所述组分b 的制备原料至少包括：按照重量份计，改性树脂10-30份、硅烷交联剂1-10份、硅烷偶联剂1-20份、催化剂0.01-0.5份、稳定剂0.01-0.5份。
5.作为一种优选的技术方案，所述含羟基有机硅氧烷为α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷，所述α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷的结构通式为：ho(mersio)nh，其中r为me、et、ph、cf3ch2ch2、cnch2ch2中的一种，n＝100-1000；
6.优选的，所述α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷的粘度(25℃)为500-3000cps。优选的，所述α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷的型号为107v500、107v750、 107v1000、107v1500中的至少一种；优选的，所述α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷为107v500。所述107v500来源于安徽艾约塔硅油有限公司。
7.作为一种优选的技术方案，所述聚二甲基硅氧烷为α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷；所述α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷的结构通式为：(rl)7ch
3 ch3(rl)
3-(r2) 7-o-si-o-^si-ο-si-o^-si-o-(r2)7，其中，r1为甲基、乙基、苯基、乙烯基中的一种，r2为甲基或乙基。
8.优选的，所述α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷的粘度(25℃)为50-100cps。
9.所述α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷的型号为201-100，来源于美国道康宁，上海楚艺佳有机硅材料有限公司。
10.作为一种优选的技术方案，所述含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷的质量比为(80-100)：10。
11.基于本发明体系，控制组分a中引入粘度(25℃)为500-3000cps的α、ω
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二羟基聚二有机基硅氧烷和粘度(25℃)为50-500cps的α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷，尤其是控制含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷的质量比为(80-100)： 10，一方面使α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷在低粘度的α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷中充分分散，提高组分a与组分b的反应均匀度，保证产品的综合性能；另一方面促使改性聚苯醚粉、无卤阻燃剂、补强材料、导热填料、铂系化合物与含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷的充分混合，避免由于大量粉体材料的引入导致体系粘度增加，进而导致加工困难、影响组分a和组分b混合后制备得到的灌封胶产品的质量。
12.作为一种优选的技术方案，所述改性聚醚粉的制备工艺，至少包括以下步骤：
13.(1)将表面处理剂加入硅油中得到表面处理剂分散液；
14.(2)将聚苯醚粉与表面处理剂搅拌混合后置于100-120℃的条件下干燥2-3h，在氮气保护状态冷却至38℃以下得到聚苯醚粉处理品；
15.(3)将表面处理剂分散液以喷雾形式与聚苯醚粉处理品接触混合15-30min，之后在100-130℃温度下加热回流2-3h，在氮气保护状态下冷却至38℃后分装、密封即得改性聚苯醚粉。
16.作为一种优选的技术方案，所述步骤(1)中表面处理剂、硅油的质量比为1： (5-10)。优选的，所述表面处理剂为γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的任一种。优选的，所述表面处理剂为γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷；优选的，所述硅油为 201-50，来源于上海楚艺佳有机硅材料有限公司。
17.作为一种优选的技术方案，所述步骤(2)中聚苯醚粉与表面处理剂的质量比为100∶(0.02-0.5)。
18.作为一种优选的技术方案，所述步骤(3)中表面处理剂分散液与聚苯醚粉处理品的质量比为(2-5)：100。
19.所述聚苯醚粉来源于日本旭化、中国蓝星或中国鑫宝。
20.在光伏组件的实际应用过程中，为了实现灌封胶的阻燃、绝缘导热性能，需要通过引入大量的无机粉体，但是大量无机粉体的引入，一方面导致灌封胶密度很高，使得光伏组件的整体质量增加；另一方面，大量无机粉体的引入倾向于聚集，在聚合物基体中分散不均匀导致产品的综合性能受到影响，还会导致体系粘度过高，增加加工难度，降低生产效率。发明人在探究过程中发现，基于本发明体系，引入20-80份改性聚苯醚粉，有效提高灌封胶的阻燃、绝缘性能的同时，使灌封胶具有较低的密度，且改性聚苯醚粉与含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷的相容性好，保证产品的综合性能，使产品更好的进行实际应用。
21.作为一种优选的技术方案，所述铂系化合物为铂或铂络合物；优选的，所述铂系化合物为铂络合物，所述铂络合物为二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物；所述二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物的型号为iota-8100，来源于安徽艾约塔硅油有限公司。基于本发明体系，
通过引入0.01-5份铂络合物，尤其是当引入的铂络合物为二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物时，一方面有助于组分a中的α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷和组分b中的改性树脂之间的反应，缩短混合反应时间；另一方面有助于改善有机硅灌封胶的阻燃性能。
22.作为一种优选的技术方案，所述无卤阻燃剂的平均粒径为2-22μm；优选的，所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌中的至少一种；优选的，所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌的组合；所述氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌的质量比为1：(1-2)：(0.5-1)。
23.作为一种优选的技术方案，所述补强材料为mq硅树脂(由单官能团si-o 单元与四官能团si-o单元组成的有机硅树脂)、白炭黑、硅微粉、滑石粉、硅藻土中至少一种；优选的，所述补强材料为mq硅树脂和白炭黑，所述mq硅树脂和白炭黑的质量比为1：(6-10)。基于本发明体系，通过引入质量比为1：(6-10) 的mq硅树脂和白炭黑作为补强材料，有效提高灌封胶的强度，对光伏组件实现有效的灌封保护。
24.作为一种优选的技术方案，所述导热填料的平均粒径为2-20μm；优选的，所述导热填料为云母粉、三氧化二铝、氮化铝、硼化铝、碳化硅、氮化硅、氮化硼中的至少一种；优选的，所述导热填料为三氧化二铝和氮化铝的组合；所述三氧化二铝和氮化铝的质量比为(4-6)：1。
25.基于本发明体系，在特定粘度的α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷存在的条件下，体系中引入无卤阻燃剂、补强材料和导热填料，协同引入的改性聚苯醚粉末，赋予灌封胶优异的阻燃性能、导热性能的同时，使粉料在体系中均匀分散，通过 mq硅树脂和白炭黑进行有效补强，使提供的灌封胶产品更好的满足光伏组件应用。
26.作为一种优选的技术方案，所述组分a和组分b的质量比为(5-8)：1。
27.作为一种优选的技术方案，所述改性树脂为端烷氧基ms改性树脂；优选的，所述端烷氧基ms改性树脂的型号为日本钟化sax350或浙江皇马hm-1103。
28.作为一种优选的技术方案，所述硅烷交联剂为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二乙基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、聚硅酸乙酯、正硅酸乙酯和正硅酸丙酯中至少一种；优选的，所述硅烷交联剂为正硅酸乙酯。
29.作为一种优选的技术方案，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基二乙氧基硅烷、γ-(2,3
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环氧丙氧基)丙基二甲氧基硅烷、n-β
–
氨乙基-γ
–
氨丙基二甲氧基硅烷、氨丙基二甲氧基硅烷、疏丙基甲基二甲氧基硅烷、疏丙基二乙氧基硅烷，硅烷低聚物至少一种。所述硅烷偶联剂为赢创sivo-203。
30.作为一种优选的技术方案，所述催化剂为钛酸异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸异丙酯的乙酰乙酸乙酯螯合物、钛酸异丙酯的乙酰丙酮螯合物、二乙酸二丁基锡、二乙酸二辛基锡、二辛酸二丁基锡、二丁基氧化锡、二月硅酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡、氧化锡乙酰乙酸乙酯络合物至少一种。优选的，所述催化剂为二月硅酸二丁基锡。
31.基于本发明体系，通过控制组分a和组分b的质量比为(5-8)：1，尤其是控制组分b中的改性树脂为端烷氧基ms改性树脂，能够与组分a中的α、ω
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二羟基聚二有机基硅氧烷在催化剂、硅烷交联剂、硅烷交联剂的作用下产生特异性反应，在不影响产品的高导热、高阻燃和高绝缘性能的前提下，降低灌封胶产品的密度。发明人分析原因可能为，组分a和组分b混合后，在铂系化合物和催化剂的作用下，ω-二羟基聚二有机基硅氧烷内氧氢键断裂，
端烷氧基ms改性树脂中的硅氧键断裂，在硅烷交联剂、硅烷交联剂的作用下，形成含有均匀孔隙分布的三维交联网状结构，将引入的粉体材料有效的固定于聚合物网络结构中，同时有效降低灌封胶密度，使最终制备得到的光伏组件轻量化，便于后续应用。
32.作为一种优选的技术方案，所述稳定剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
33.本发明另一方面提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的制备方法，至少包括以下步骤：
34.s1、按重量份，将含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷加入真空捏合机中混合均匀，之后加入改性聚苯醚粉、无卤阻燃剂、补强材料、导热填料搅拌1.5-2.5h，之后控制温度为100-130℃，真空度为-0.08
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0.1mpa，共混脱水1-3h，在氮气保护下，冷却至40-50℃，得到基胶；
35.s2、将基胶通过不接触空气管路移入已干燥及氮气保护的高速混合机中，加入铂系化合物，控制真空度为-0.08-0.1mpa，搅拌20-60min后，充氮气，过滤包装得到组分a；
36.s3、按重量份，将改性树脂加入生产釜中，控制真空度为-0.08-0.1mpa，转速为200-500rpm，搅拌15-20min；之后充氮气，加入硅烷交联剂、硅烷偶联剂、催化剂和稳定剂，又在相同的真空和转速条件下搅拌15-20min后，充氮气，过滤分装入罐，够重量后，再向罐里注氮气，立即密封得到组分b；
37.s4、使用时，先将组分a搅匀、再与组分b按质量比在25～30℃混合、搅拌均匀同时脱泡，之后在25～30℃迅速施工。
38.有益效果
39.1、本发明提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶，具有优异的电气性能、高导热、高绝缘及高阻燃性能，且优质环保。
40.2、基于本发明体系，控制组分a中引入粘度(25℃)为500-3000cps的α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷和粘度(25℃)为50-500cps的α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷，尤其是控制含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷的质量比为(80-100)： 10，提高组分a与组分b的反应均匀度，保证产品的综合性能。
41.3、基于本发明体系，引入20-80份改性聚苯醚粉，有效提高灌封胶的阻燃、绝缘性能的同时，使灌封胶具有较低的密度，且改性聚苯醚粉与含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷的相容性好，保证产品的综合性能，使产品更好的进行实际应用。
42.4、基于本发明体系，通过引入0.01-5份铂络合物，尤其是当引入的铂络合物为二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物时，一方面有助于组分a中的α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷和组分b中的改性树脂之间的反应，缩短混合反应时间；另一方面有助于改善有机硅灌封胶的阻燃性能。
43.5、基于本发明体系，通过控制组分a和组分b的质量比为(5-8)：1，尤其是控制组分b中的改性树脂为端烷氧基ms改性树脂，能够与组分a中的α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷在催化剂、硅烷交联剂、硅烷交联剂的作用下产生特异性反应，在不影响产品的高导热、高阻燃和高绝缘性能的前提下，降低灌封胶产品的密度。
具体实施方式
44.实施例1
45.本发明的实施例1一方面提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶，包括组分a和组分b；所述组分a的制备原料包括：按照重量份计，含羟基有机硅氧烷90份、聚二甲基硅氧烷10份、改性聚苯醚粉60份、无卤阻燃剂40 份、补强材料15份、导热填料30份、铂系化合物0.8份；所述组分b的制备原料包括：按照重量份计，改性树脂20份、硅烷交联剂5份、硅烷偶联剂10份、催化剂0.03份、稳定剂0.3份。
46.所述含羟基有机硅氧烷为α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷，所述α、ω-二羟基聚二有机基硅氧烷为1500cps/25℃107胶。所述1500cps/25℃107胶浙江新安化工有限公司。
47.所述聚二甲基硅氧烷为α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷；所述α、ω-烷氧基聚二甲基硅氧烷的型号为100cps/25℃201硅油，来源于上海楚艺佳有机硅材料有限公司。
48.所述改性聚醚粉的制备工艺，包括以下步骤：
49.(1)将表面处理剂加入硅油中得到表面处理剂分散液；
50.(2)将聚苯醚粉与表面处理剂搅拌混合后置于110℃的条件下干燥2.5h，在氮气保护状态冷却至50℃得到聚苯醚粉处理品；
51.(3)将表面处理剂分散液以喷雾形式与聚苯醚粉处理品接触混合20min，之后在120℃温度下加热回流2.5h，在氮气保护状态下冷却至25℃后分装、密封即得改性聚苯醚粉。
52.所述步骤(1)中表面处理剂、硅油的质量比为1：8。所述表面处理剂为γ
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环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷；所述硅油为201-50，来源于上海楚艺佳有机硅材料有限公司。
53.所述步骤(2)中聚苯醚粉与表面处理剂的质量比为100∶0.3。
54.所述步骤(3)中表面处理剂分散液与聚苯醚粉处理品的质量比为3:100。
55.所述聚苯醚粉来源于日本旭化。
56.所述铂系化合物为铂络合物，所述铂络合物为二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物；所述二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物的型号为iota-8100，来源于安徽艾约塔硅油有限公司。
57.所述无卤阻燃剂的平均粒径为10μm；所述无卤阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌的组合；所述氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌的质量比为1：1.5：0.8。
58.所述补强材料为mq硅树脂和白炭黑，所述mq硅树脂和白炭黑的质量比为 1：8。所述mq硅树脂的型号为sh-5205p，来源于深圳市吉鹏硅氟材料有限公司。
59.所述导热填料的平均粒径为10μm；所述导热填料为三氧化二铝和氮化铝的组合；所述三氧化二铝和氮化铝的质量比为5：1。
60.所述组分a和组分b的质量比为6：1。
61.所述改性树脂为端烷氧基ms改性树脂；所述端烷氧基ms改性树脂的型号为日本钟化sax350。
62.所述硅烷交联剂为硅酸乙酯。
63.所述硅烷偶联剂为赢创sivo-203。
64.所述催化剂为二月硅酸二丁基锡。
65.所述稳定剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
66.本发明的实施例1另一方面提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的制备方法，包括以下步骤：
67.s1、按重量份，将含羟基有机硅氧烷、聚二甲基硅氧烷加入真空捏合机中混合均匀，之后加入改性聚苯醚粉、无卤阻燃剂、补强材料、导热填料搅拌2h，之后控制温度为111℃，真空度为-1.18mpa，共混脱水1h，在氮气保护下，冷却至41℃，得到基胶；s2、将基胶通过不接触空气管路移入已干燥及氮气保护的高速混合机中，加入铂系化合物，控制真空度为-0.08-0.1 mpa，搅拌20-60min后，充氮气，过滤包装得到组分a；
68.s3、按重量份，将改性树脂加入生产釜中，控制真空度为-0.08-0.1mpa，转速为200-500rpm，搅拌15-20min；之后充氮气，加入硅烷交联剂、硅烷偶联剂、催化剂和稳定剂，又在相同的真空和转速条件下搅拌15-20min后，充氮气，过滤分装入罐，够重量后，再向罐里注氮气，立即密封得到组分b；
69.s4、使用时，先将组分a搅匀、再与组分b按质量比在25～30℃混合、搅拌均匀同时脱泡，之后在25～30℃迅速施工。
70.实施例2
71.本发明的实施例2提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法，包括组分a和组分b；其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按照重量份计，所述组分a的制备原料包括：含羟基有机硅氧烷100份、聚二甲基硅氧烷10份、改性聚苯醚粉50份、无卤阻燃剂40份、补强材料15份、导热填料25份、铂系化合物0.6份；所述组分b的制备原料包括：改性树脂15份、硅烷交联剂3份、硅烷偶联剂8份、催化剂0.03份、稳定剂0.3份；所述端烷氧基ms改性树脂的型号为浙江皇马hm-1103。
72.实施例3
73.本发明的实施例3提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法，包括组分a和组分b；其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按照重量份计，所述组分a的制备原料包括：含羟基有机硅氧烷80份、聚二甲基硅氧烷10份、改性聚苯醚粉50份、无卤阻燃剂40份、补强材料15份、导热填料25份、铂系化合物0.6份；所述组分b的制备原料包括：改性树脂15份、硅烷交联剂3份、硅烷偶联剂8份、催化剂0.03份、稳定剂0.3份。
74.对比例1
75.本发明的对比例1提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述组分a的制备原料包括：含羟基有机硅氧烷90份、聚二甲基硅氧烷10份、无卤阻燃剂100份、补强材料15份、导热填料30份；所述组分b的制备原料包括：改性树脂20份、硅烷交联剂5份、硅烷偶联剂10份、催化剂0.03份、稳定剂0.3份。
76.对比例2
77.本发明的对比例2提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述组分a的制备原料包括：含羟基有机硅氧烷100份、改性聚苯醚粉60份、无卤阻燃剂40份、补强材料15份、导热填料30份、铂系化合物0.8份；所述组分b的制备原料包括：改性树脂20份、硅烷交联剂5份、硅烷偶联剂10份、催化剂0.03份、稳定剂0.3 份。
78.对比例3
79.本发明的对比例3提供了一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述组分a和组分b的质量比为6：1。
80.对比例4
81.本发明的对比例4为市售产品回天5299ws。
82.性能测试方法
83.(1)参照标准gb/t10295-2008，采用导热系数测试仪测定本发明实施例和对比例得到的聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的导热系数，结果参见表1。
84.(2)参照国家标准gb/t13354-1992，采用密度杯测定本发明实施例和对比例得到的聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的密度，结果参见表1。
85.(3)参照标准gb/t1692-2008，采用电阻计测定本发明实施例和对比例得到的聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的体积电阻率，结果参见表1。
86.(4)参照标准gb/t2408-2008，采用阻燃测试仪测定本发明实施例和对比例得到的聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的垂直阻燃等级，结果参见表1。
87.(5)参照国家标准gb/t 528-2009，采用万能材料测试机测定本发明实施例和对比例得到的聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶的拉伸强度，结果参见表1。
88.表1、
[0089][0090]

技术特征：
500rpm，搅拌15-20min；之后充氮气，加入硅烷交联剂、硅烷偶联剂、催化剂和稳定剂，又在相同的真空和转速条件下搅拌15-20min后，充氮气，过滤分装入罐，够重量后，再向罐里注氮气，立即密封得到组分b；s4、使用时，先将组分a搅匀、再与组分b按质量比在25～30℃混合、搅拌均匀同时脱泡，之后在25～30℃迅速施工。

技术总结
本发明涉及光伏组件灌封材料技术领域，具体为一种聚苯醚改性的高性能光伏组件灌封胶及其制备方法，包括组分A和组分B；按照重量份计，所述组分A的制备原料至少包括：含羟基有机硅氧烷80-100份、聚二甲基硅氧烷0-30份、改性聚苯醚粉20-80份、无卤阻燃剂10-80份、补强材料2-30份、导热填料10-50份、铂系化合物0.01-5份；所述组分B的制备原料至少包括：改性树脂10-30份、硅烷交联剂1-10份、硅烷偶联剂1-20份、催化剂0.01-0.5份、稳定剂0.01-0.5份，使提供的产品具有优异的电气性能、高导热、高绝缘及高阻燃性能，且优质环保。且优质环保。


技术研发人员：曾国良 李常林
受保护的技术使用者：上海都昱新材料科技有限公司
技术研发日：2022.10.12
技术公布日：2023/8/28