冷屋頂建材耐候性測試方法

節能材料要能被大眾廣泛使用在屋頂上，其中的塑料、塗料等暴露在自然氣候 條件和光照輻射下經一段時間後，可能會出現褪色、泛黃、剝落、裂開、整層脫落，

甚至進而影響屋頂原有的隔熱性質等現象。因而，對於冷屋頂建材的耐候性和耐光性 的性能測試就顯得十分重要。因此，除了必須符合基本的性質要求外，研究團隊針對 冷屋頂建材的耐候特性實驗方法進行探討。

根據研究團隊對於相關耐候性測試的標準方法收集與分析，目前普遍採用的耐 候性測試有自然氣候老化試驗、氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗與紫外線曝曬 加速老化實驗等三種。以下為此三種耐候性測試方法之簡介：

(1) 自然氣候老化實驗

自然氣候老化實驗是國外廣泛採用的方法。其主要優點是自然氣候老化實驗是 最符合實際測試氣候條件的，所需要的實驗費用較少而且操作簡單方便。目前國際上 較被認可的試驗場所為美國佛羅里達。而自然氣候老化實驗的缺點是試驗時間過長，

一般都規定要三年以上的試驗時間。再者戶外試驗氣候條件不可能年復一年完全相 同，故試驗的再現性不佳。

(2) 氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗

氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗是目前國際上公認最能模擬全太陽光譜 的耐候性試驗。氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗方法是以氙弧燈（或碳弧燈）

直接照射在玻璃試件上，在模擬潤濕條件時採用水噴淋或是溫度自動控制系統，來探 討玻璃試件在曝曬於模擬太陽輻射與氣候條件下的耐候性。此方法所使用的光源可區 分為氙弧燈與碳弧燈兩種，其測試的方法分別在 ASTM G155-05a: Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials. 以及 ASTM G 152-06: Standard Practice for Operating Open Flame CarbonArc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials. 中有相關標準規範。氙燈的紫外光譜和可見光 譜與太陽光譜非常接近，紅外線(800nm-1000nm)較強，發熱高。但從總光譜而言,氙 弧燈的光譜是現有人工光源中最接近太陽光譜的，其模擬性比較好。

第四章 冷屋頂節能效果與耐候性能評估 噴水週期 (18±0.5)min/(102±

0.5)min

附錄 介紹空氣冷卻和 水冷卻氙弧燈裝 置

無

(資料來源： 本研究整理) 一般依據 G152-06 之測試標準進行的耐候性能測試均在碳弧燈耐候試驗機中進 行，本研究計畫初步進行調查發現 SGS 公司採用日本 SUGA WS type 生產之碳弧燈 耐候試驗機進行耐候性測試。圖 4-9 為碳弧燈耐候試驗機之外觀，圖 4-10 碳弧燈耐 候試驗機燈源與試件配置圖。G152-06 之標準實驗流程敘述如下：

 裁切實驗試件以符合安裝尺寸與實驗前準備。

 將試驗試件於儀器試件架。

 設定模擬氣候條件。

 進行第一循環實驗量測。

 更換試件位置，重複上述步驟繼續進行實驗。

 重複步驟 3~4，直到設定量測時間。

 量測相關耐候性能。

(資料來源： 本研究整理)

第四章 冷屋頂節能效果與耐候性能評估

(資料來源： 本研究整理)

圖 4-10 碳弧燈管與試件配置圖

在模擬氣候條件條件之設定方面，在 G152- 06 中規定各種模擬條件之設定值，

如表 4-8 所示。其中 cycle 1 為最常被使用的氣候條件，cycle 2 通常被用在室外裝修 材料的測試，cycle 3~5 通常被用在室外塗料或染料之試驗上。最常被使用的氣候條 件是先進行 102min 在黑板溫度 63（±3）℃下照光試驗，接著進行 18min 未控制溫度 下照光與噴淋水試驗。通常氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗的總試驗時間為 1000 小時。俟試驗時間結束後再進行表面外觀檢查以及相關性能測試（諸如在玻璃 建材中是光學性能的測試、隔熱建材則是熱傳導係數之測試），確認試件在碳弧燈曝 曬加速老化試驗後之耐候性。

表 4-10 ASTM G152-06 之模擬設定氣候條件

cycle Filter Exposure Cycle

1 Daylight 102min 在黑板溫度 63（±3）℃下照光，18min 未控制溫度下照光與噴淋水

1a Extended UV 102min 在黑板溫度 63（±3）℃下照光，18min 未控制溫度下照光與噴淋水

2 Daylight 90min 在黑板溫度 77（±3）℃、相對濕度 70（±

5）%下照光，30min 未控制溫度下照光與噴淋水 3 Daylight 102min 在黑板溫度 63（±3）℃下照光，18min

未控制溫度下照光與噴淋水。反覆 9 次直到試驗 時間為 18 小時。接著在在黑板溫度 24（±2.5）

℃、相對濕度 95（±4.0）%下未照光 6 小時。

3a Extended UV 102min 在黑板溫度 63（±3）℃下照光，18min 未控制溫度下照光與噴淋水。反覆 9 次直到試驗 時間為 18 小時。接著在在黑板溫度 24（±2.5）

℃、相對濕度 95（±4.0）%下未照光 6 小時。

4 Daylight 4 小時在黑板溫度 63（±3）℃下照光，4 小時未 控制溫度下照光與噴淋水

5 Daylight 12 小時在黑板溫度 63（±3）℃下照光，12 小時 未控制溫度下照光與噴淋水

6 Window Glass 100%全部在黑板溫度 63（±3）℃下照光

(資料來源： 本研究整理)

(3) 紫外線曝曬加速老化實驗

第四章 冷屋頂節能效果與耐候性能評估

候試驗機模擬陽光照射之紫外線曝曬加速老化實驗。紫外線曝曬加速老化實驗是利用 螢光紫外線燈源模擬太陽光對耐久性材料的破壞性作用。紫外線曝曬加速老化實驗與 上述氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗不同之處在於螢光紫外線燈源在電學原理 上與普通的照明日光燈相似，但能生成更多的紫外光而非可見光或紅外線。紫外線曝 曬加速老化實驗並不是要模擬太陽光的照射，而是要模擬出太陽光對試件的破壞效 果。有關 QUV 耐候試驗設備與標準試驗步驟如下所述：

1. QUV 耐候試驗機為一模擬室外氣候條件造成物件損壞程度之實驗設備，以 UV 光模擬太陽光對物體之破壞，以冷凝或噴水系統模擬雨水或濕氣影響，只需 要幾天或幾周的時間，就可以再現戶外需要數月或數年所產生的破壞。其表 面損壞現象包括開裂、脆化、光澤變化或氧化等。

(資料來源： 本研究整理) 圖 4-11 紫外線對玻璃建材光學性質之影響

(資料來源： 本研究整理) 圖4-12 QUV耐候試驗機

(資料來源： 本研究整理)

第四章 冷屋頂節能效果與耐候性能評估

2.實驗步驟：

2.1 裁切實驗試件與實驗前準備 2.2 將試驗試件於儀器試件架 2.3 進行第一循環實驗量測

2.4 更換試件位置，重複步驟 3 繼續進行實驗。

2.5 重複步驟 3~4，直到設定量測時間。

3.注意事項：

3.1 QUV 燈管會導致對眼睛傷害，若沒有 UV 護目鏡，請勿直視。

3.2 打開儀器移動樣品前，應關閉 UV 燈管。

3.3 勿使用一般燈管裝至 QUV 上。

對於不同的試件，紫外線曝曬加速老化實驗中有不同的曝曬條件設定；因而有 不同光譜的燈源可供選擇。目前以 UVA-340 與 UV-B 兩種燈源最常被使用。UVA-340 燈源在短波長紫外線光譜範圍與太陽光光譜相近，特別是在波長 360nm 處。而 UV-B 燈源則是被常用在曝曬加速老化實驗中。因 UV-B 燈源比 UVA-340 燈源對材料的破 壞速度更快，但 UV-B 在波長小於 360nm 的能量輸出會對許多材料造成偏離實際的 試驗結果。

目前所有的燈源均會隨時間老化而變弱。但是螢光紫外線燈與其他類型（如氙 弧燈或碳弧燈）不同之處在於螢光紫外線燈的光譜穩定性高，其光譜能量分佈隨時間 不會產生太大的變化。根據文獻顯示一盞使用 2 小時的螢光紫外線燈和使用 5600 小 時螢光紫外線燈的光譜能量分佈並無變化。此特點也是紫外線曝曬加速老化實驗的實 驗再現性高的原因。

本研究團隊根據上述三種常用耐候性試驗方法與標準分析比對後，建議採用紫 外線曝曬加速老化實驗以及氙弧燈（或碳弧燈）曝曬加速老化實驗兩種試驗方法來測 試冷屋頂建材之耐候性。