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微软的塑料产品UV测试标准

UV Test 規範_塑料顏色穩定性於室內燈光以及室外晝光曝曬的加速測試標準

塑料顏色穩定性於室內燈光以及室外晝光曝曬的加速測試標準
1. 範圍
1.1本測試方式涵蓋一般辦公場所環境之塑料顏色變化加速方法，包括螢光與晝光之光源，以及美國本土通用之加熱、冷藏和空調工程師（ASHRAE）所建議的溫溼度變化。
1.2 本標準並無針對安全考量或相關之制定程序，採用本標準前必須適切評估安全性與健康檢查以及管制，特殊的警告陳述於第6節.
2.參考文獻：略。
3.測試方式總結
  3.1本測試方法需提供11支超高輸出（VHO）冷白螢光燈管陣列以及2支soda-lime螢光玻璃UV太陽燈管所組成的模擬曝曬輻射能量，兩者之UV輻射能量的強度（紫外線指數或UVAE）取決於受測物體對UV輻射吸收度與曝曬時間，即瓦數-小時/公尺平方（W-h/m ）。
    3.1.1太陽燈管的UV總輻射量可透過燈管的開關循環次數調整。
    3.1.2 UV平均曝曬指數設定為VHO燈管數值的12﹪。
       注意：雖然辦公設備也會因為陽光照射產生UV光線，但大部分光線仍來自於螢光燈。12﹪的設定是取自於典型的辦公場合。
   3.2受測物的顏色變化取決於週期性的以曝曬物與未曝曬物的顏色作比對。可用目測或儀器量測程序。
   3.3最終的顏色變化應該於實驗結束後24小時內完成評估，在1小時內最佳，避免誤導測試結果。（加速曝曬所造成的顏色變化可能於受測物剛移出曝曬環境後持續）
4.用意與作業
  4.1本測試方式乃希望模擬受測物在辦公場所使用時，塑料對於光線輻射所產生的顏色變化。
    4.1.1目前已經證實許多因素會造成塑料顏色的差異，如生產狀態、基本顏色、色調用量、透明材料/化學燃料以及其他添加劑。因此，相關的加速測試結果與實際終端用戶的使用習慣必須在每個材料合成系統中被定義。
    4.1.2曝曬時間與溫溼度的變化也會影響測試結果。
5.設備
  5.1實驗櫃應該以全鋁製，外層鍍以鉻酸鹽，此半徑330mm的拱型反射器可充當作實驗櫃的屋頂，反射器內含兩個開孔，用來安置soda-lime螢光玻璃UV太陽燈管；自拱型屋頂中央燈管表面與受測物表面的垂直距離為140±3mm。參考圖1.
    5.1.1十一支1500mA的冷白（CW）VHO螢光燈（註1）需分成三個部分，安裝於拱型屋頂內。 燈管之間的角度距離為8°,45分。參考圖1。
    5.1.2兩支430mA的晝光（FS）太陽燈（註2）則安裝於拱型屋頂開孔內，此開孔的位置為中心垂直角度算起左右各26°,15分，兩支燈管均需安置於soda-lime螢光玻璃之後（厚度2.4±0.2mm）。參考圖1.
    （註1.1500mA冷白（CW）燈管）之規格大約為直徑38mm，長1220mm，功率110W，符合F48T12CW/VHO或相同規格之冷白燈管均可，North American Philips Lighting Corp，Bloomfield，NJ07003都是目前已?承認的廠商或燈管）
     （註2.430mA晝光（FS）燈管直徑與長度規格大約與CW燈管相符，功率40W，符合F40T12UVB或相同規格之燈管均可，North American Philips Lighting Corp是目前已?承認之廠商）
  5.2受測平台材質也必須與拱型屋之反射材質相同之反射率，且必須能做垂直調整來控制受測物與燈管之距離。平台應該能容納2套測試托盤，每套托盤面積大約有0.13m （630x210mm），而且需有各自量測對於包含中心點之餘弦輻射感受器（光度計）。
  5.3為確保測試的一致性，所有燈管組裝與規格都必須符合5.1.1與5.1.2的要求。1500mA的燈管都應該是冷白燈管；430mA的燈管則應該是晝光F40T12UVB太陽燈管。
  5.4設備必須在符合ASHRAE建議之環境（20~25℃常溫與40~50﹪相對溼度）下操作。
    5.4.1實驗櫃內燈管與設備之溫度必須強制冷卻於30~40℃。
    5.4.2設備應該裝置熱感應器，再測試溫度超過受測物承受能力或測試規範時，能自行斷電關閉燈光。
  5.5設備應該裝置計時器，控制開啟1500mA燈管與控制開啟/關閉430mA燈管，以及兩者之總作業時間。
  5.6設備必須具備適當的調校能力，量測曝曬實驗櫃之光線亮度。亮度計應該置於曝曬平台中心，必須能測試250~400nm波長以及能做為餘弦輻射感受器（cosine response receptor）。

圖1.設備結構概要示意圖
6.安全措施
  6.1除非佩帶UV護目鏡，不可直視作業中之太陽燈管。應該建置如第5節所述之設備，如此作業人員才不至於曝曬於過量的UV輻射量。燈管存取區域必須設置安全防護開關，在存取前將燈管電源關閉。設備必須有針對設備本身的斷電控制迴路。
  6.2當太陽燈管已經達到使用壽命時，必須作廢，不可作其他用途使用。
7.測試樣品
  7.1建議之受測樣品大小為50x80x4mm矩形平面（最大厚度），此面積足夠作為目測或儀器測量。其他尺寸的樣品於當事者雙方同意時亦可採用，唯曝曬面必須統一。
  7.2建議受測樣品以鋁箔片緊密遮蓋一半的面積，防止受到曝曬。假如有色差判別方式來比對未曝曬之顏色，或樣品曝曬前已經用儀器量測色階並紀錄時，亦可作整片曝曬測試。
    7.2.1採用鋁箔遮蓋受測物可能會因為反射作用導致受測區域增加光線亮度。
8.設備預校
  8.1在任何測試之前，驗證燈管功能是否正常。
  8.2測試前需驗證各類燈管的UV強度，適切的以光線指數基準來完成比對，否則鋁製托盤可能會因反射影響而導致錯誤比對結果。首次測試時，亮度計所量測的讀數不可低於6.0W/m （1500mA燈管）以及1.0W/m （430mA燈管）。
9.條件
  9.1除非有不利於色彩量測的結果造成影響目測顏色均勻性與不規則性，本測試並不需要對受測物作條件量測。
  9.2在首次測試前，至少要開啟燈管48小時預先暖機。假設發光量低於8.2節所述之條件時，更換所有的燈管。
10.程序
  10.1置入受測物前，確認最初顏色值。
  10.2打開測試門，將測試托盤取出，自托盤中央逐行放置受測物，受測物彼此邊緣相距至少25mm，依據第7.1節所述，一個托盤應可排放21~22片受測物。
    10.2.1調整受測物或受測平台, 讓所有的受測物表面在餘弦感受器的3毫米共面之內。
  10.3關閉測試門，並依據第8.2節所述程序確認燈管亮度。
    10.3.1將所有的燈開啟20分鐘後，關閉FS燈並記錄CW燈之亮度（亮度計讀數），單位為W/m 。依據需求之UV的曝曬化學作用值（UVAE）計算冷白燈管的曝曬時間，
公式如下：
             CW 曝曬值，小時 = CW UVAE / CW 亮度讀數
               （例：CW Exposure, h = 3240 / 10.8 = 300 h）
                3240 W/m 為曝曬之一般通用範例值
                10.8為亮度計讀數
    10.3.2關閉CW燈並開啟FS燈，紀錄記錄亮度（亮度計讀數），單位為W/m 。
計算FS燈的總開啟時間，公式如下：
    FS 開啟時間, 小時 = 12﹪ CW UVAE / FS 亮度值
     （例：FS On-time, h = （0.12）（3240）/ 2.0 = 194 h）
      2.0為亮度計所得之FS燈讀數
  10.4藉由CW燈開啟時間減去FS燈開啟時間再除以FS燈開啟時間，計算FS燈的關閉時間之
間隔/循環：
             （例：  =   = 0.546  0ff-time h/cycle）
      注意：假設1500mA燈管所量測之讀數過低，則off-time之 間隔/循環之數值將會大於1.0，
            而FS燈管不可做大於1.0的off-time 間隔/循環次數之設定。必須將1500mA與430mA的燈管做不同組合，才能達到間隔/循環小於1.0。
    10.4.1設定FS燈管的開啟循環時間為1小時on-time 間隔/循環。
    10.4.2依據第10.4節所述之計算方式設定FS燈管的off-time 間隔/時間。
    10.4.3當FS之總開啟時間超出CW曝曬時間時，更換CW燈管。
    10.4.4一旦測試已經開始，切勿再增加其他受測樣品。
  10.5當顏色量測已經完成，必須即時開始測試。
    10.5.1除非必須作顏色量測而暫時移出受測物（依據第10.6節所述），CW燈管應該全程持續曝曬。每次做完1小時的FS燈曝曬後，必須計算off-time值來確認是否有變異。
    10.5.2如果已經確定測試持續時間和FS燈的循環間隔，不可在測試期間作測試循環時間的調整。如果燈管在測試期間失效，更換燈管，然後以全新的受測物重作整套測試程序。
    10.5.3當達到總測試時間的25﹪±5﹪時之間隔期間，每一個測試托盤需將受測物由毗鄰中央排至外緣排逐一旋轉，再將其他排靠中央放置。
  10.6依據D2244測試方法或D1729規範所述，當受測物接受數次區間的曝曬之後，必須受測物的顏色變化。除了最初的顏色數值之外，當受測物已經旋轉或完成測試後，都需要作顏色量測，因此可能還需要添置色度計。
       注意：應該按照生產規範所要求之UV曝曬後有爭議的顏色變化之最低標準評價?些曝曬條件下的不退色特性。因為顏色變異甚少與時間或成分有線性關聯，所以顏色變化率也有其重要性。因此，顏色變異的曲線（例如△E與其元件，或兩者都是）與曝曬比對是比較有效的。參考附錄X1.1。
    10.6.1關閉實驗設備的主電源後，再取出受測物，如此才可停止CW燈的計時。量測顏色所需時間不可影響總測試曝曬時間，為了避免循環測試途中造成光化作用，色彩量測必須依據量測規定盡快完成，然後將受測物放回測試托盤適當位置，繼續未完成的曝曬測試。
    10.6.2當最終的顏色量測無法立即實施，曝曬後的顏色變化無法避免時，將受測物冷藏於-15℃~-20℃，讓顏色光化作用的影響最小化，任何測試都應該在5天內完成顏色量測。
    10.6.3對於顏色變更的描述用詞，當事者雙方都應該取得共識。
    10.6.4顏色變異所量測的單位應以CIE L*a*b（CIE LAB）D2244對於顏色變異的規定為優先，包括已遮蓋與未遮蓋或是已曝曬的與防止曝曬的受測物顏色量測。除非當事者雙方對於有爭議的部分能達成共識。
         注意：CIE的量測方式是採用積分球體幾何計算的反射式量測器材，包含反射元件以及CIE的積分標準發光體C和1931（2°）遵行標準；儀器應不包含UV元件，同時必須注意部分顏色的定義可能會有差異，特別是黑色，在使用不同型號的儀器量測時，可能有不同的結果。
11.報告
  11.1報告必須包含下列需求：
    11.1.1材料定義與來源（如果能確認時）。
    11.1.2曝曬設備之型號。
    11.1.3最初與最終的CW 與 UV照度（W/m ）。
    11.1.4最初與最終的FS 與 UV照度（W/m ）。
    11.1.5總曝曬時間（h）。
    11.1.6總FS燈 on-time（h）。
    11.1.7 FS燈的off-time間隔次數。
    11.1.8評估或評價的依據。
      11.1.8.1目測或儀器量測，以及
      11.1.8.2遮蓋或防止曝曬之方式。
    11.1.9產出曝曬期間對於顏色變異的曲線，如UV的曝曬光化作用（W-h/m ），可採用目測或儀器量測：J/m  = 2.78 x 10  W-h/m
      11.1.9.1假如採用儀器量測顏色，依10.6.4之注意事項所提之需求，儀器之型號與誤差值以及顏色換算攻勢的差異都必須註明。
12.精確度與誤差
  12.1在1986年曾經採用一種測試程序應用於實驗室內，一些實驗室曾經在4種材質的受測物重複做了五次測試測報告，包含淺色材質（如白色）以及暗色材質（如褐色）。實驗時分別在每個間隔時間（T ，T ，T ，T ，T ）以光譜儀量測CIE單位（L，a，b）和△E值。其中有三家實驗室發生量測資料的問題，因此真正做過統計分析的只有4家實驗室。
  12.2在T 的循環期間，△E數值變異係數（CV）如下：
         材質                      CV （﹪）                   CV （﹪）

FRABS              （淺色）            11.4                           14.4
                    （深色）            45.6                           43.3
Polycarbonate         （淺色）             5.2                            5.2
                    （深色）            44.6                           76.8
Modified PPE         （淺色）             8.9                           32.9
                    （深色）            19.8                           28.2
UV stabilized PPE      （淺色）            12.6                           10.9
                    （深色）            17.0                           31.5

              *  =實驗室內  
                 =實驗室之間
  12.3在最終（T ）的循環期間，△E數值變異係數（CV）如下：
         材質                      CV （﹪）                   CV （﹪）

FRABS              （淺色）            13.6                           13.7
                    （深色）             8.9                           13.9
Polycarbonate         （淺色）             7.0                            6.8
                    （深色）            88.9                            9.6
Modified PPE         （淺色）             3.2                           13.3
                    （深色）            13.9                           26.8
UV stabilized PPE      （淺色）             7.5                           19.9
                    （深色）            28.8                           53.9
*  =實驗室內  
                 =實驗室之間
  12.4在此需注意的是初期測試循環如12.2所得到的資料，?有可能是許多材質在接近25﹪的測試期間所發生的顏色變異率，因此當我們在採用短程（＜100 h）測試循環的顏色變異時必須特別留意此點。另一個值得注意的是最終測試循環如12.3所得到的資料，因此建議務必採用全程循環測試，如第10節所述。總括來說，在T 的期間最大的不同點就是?些材質都只有很小的顏色變異，例如△E＜0.4；?些材料可再現的資料大多在△E＞0.5時，雖然對於多數顏色穩定的材質來說，其再現性會小於其他材質；不過就實際的觀點而言，?種特性並不需要太過在意，因為?些資料數值已經相當小，且量測儀器亦有其極限。
  12.5每間實驗室在T 的期間的△E平均值以及誤差值之報告如下：
         材質               Lab1          Lab2         Lab3         Lab4

FRABS           （淺色） 2.36(±0.36)   1.88(±0.39)   1.67(±0.05)   2.14(±0.12)
                 （深色） 1.73(±0.10)   1.54(±0.19)   1.32(±0.06)   1.26(±0.13)
Polycarbonate      （淺色） 1.64(±0.10)   1.66(±0.05)   1.45(±0.12)   1.45(±0.15)
                 （深色） 0.16(±0.11)   0.28(±0.29)   0.17(±0.04)   0.11(±0.02)
Modified PPE      （淺色） 9.94(±0.36)   9.96(±0.42)   8.46(±0.14)   7.49(±0.08)
                 （深色） 1.16(±0.20)   0.96(±0.11)   0.79(±0.04)   0.59(±0.05)
UV stabilized PPE   （淺色） 4.35(±0.41)   4.80(±0.28)   3.12(±0.23)   3.38(±0.21)
                 （深色） 0.65(±0.19)   0.40(±0.10)   0.23(±0.01)   0.21(±0.04)
  12.6誤差----目前尚無絕對有效之比對方式，因此對於本測試方式沒有誤差方面之聲明。
  12.7當採用目測方式時，亦無精確度或誤差之相關聲明。因為不管程序中如何對於詳盡的說明其符合標準，僅僅是描述測試狀態的結果。

附錄
（非強制性資訊（Non-mandatory Information））
X1.本測試方式之UV顏色穩定性的判定比對
X1.1對於許多材質而言，已知顏色變異與UV光的輻射和曝光時間為非線性之關係，因此，在UV光化性曝曬期間（光輻射度x曝光時間）退色性之判定方面，建議應該依需求針對足以影響規定的顏色變化作取捨, 而非在隨意的曝曬時間後去擷取顏色變化的程度。
X1.2圖3是有關兩種材質的全部顏色變異相對於UV光化性曝曬的圖例，當時對於顏色變化的定義為CIE△ E=2.0。材質A所表示之曲線為563W-h/m 的顏色變異，材質B則是在經過1500 W-h/m 的UV光化性曝曬後之曲線。採用建議之顏色穩定性之判定標準，在加速曝曬測試下材質 B 優於材質A 約略2.8個係數。