塑膠材料為什麼會在戶外變黃、粉化、龜裂？

主要原因是UV輻射導致的光降解。UV光子打斷塑膠分子鏈，引發自由基連鎖反應，導致材料性能劣化。降解4階段：①光子吸收（數小時）→②自由基生成（數天）→③外觀劣化/變黃（數月）→④龜裂失效（數月-數年）。環境因素中UV輻射佔70-80%影響力，即使陰天UV-A仍會穿透雲層持續破壞材料。因此戶外產品必須使用耐候級材料（如ASA、PMMA）或添加UV穩定劑（UVA+HALS）。

ASA和ABS有什麼差別？為什麼ASA可以戶外使用？

ASA（丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯）與ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）結構相似，關鍵差異在於ASA用丙烯酸酯取代了ABS的丁二烯。丙烯酸酯層具有天然抗UV能力，無需額外添加UV穩定劑。性能對比：ABS戶外6-12個月即黃化龜裂，ASA可維持5-10年外觀良好。成本差異：ASA約$6-8/kg（ABS的2倍），但壽命提升10倍以上。ASA是戶外塑膠黃金材料，廣泛用於戶外家具、汽車外飾、建築門窗。

QUV加速老化測試1000小時等於實際戶外使用幾年？

QUV測試時數與實際戶外壽命的換算受地理位置與氣候影響，僅為相對參考值。一般換算：500小時≈0.5-1年、1000小時≈1-2年（溫和氣候）或6個月-1年（熱帶高UV）、2000小時≈3-5年、5000小時≈8-10年。加速倍率約3-6倍。但台灣南部UV強度是北歐的2-3倍，實際壽命需打折。QUV測試主要用於材料相對比較，不能精確預測實際壽命。建議：要求供應商提供QUV報告+小批量戶外曝曬6個月驗證。

UV穩定劑UVA和HALS有什麼差別？如何選擇？

UVA（UV吸收劑）和HALS（光穩定劑）作用機制不同，協同使用效果最佳。UVA機制：吸收UV光能量轉化為熱能散發，預防降解；適合透明材料；添加量0.1-0.5%；會逐漸消耗。HALS機制：捕捉自由基中斷連鎖反應，修復性保護；適合不透明材料；添加量0.5-2%；不易消耗可再生。推薦配方：透明材料（PC、PMMA）優先UVA避免影響透明度；不透明材料（ABS、PP）用UVA+HALS複合配方（如UVA 0.5% + HALS 1.5%，壽命5-8年）。成本增加40-50%，但壽命提升3-5倍，通常非常划算。

戶外產品如何選擇耐候材料？

選材3步驟：①確認環境與壽命需求（室內/半戶外/全日照？2年/5年/10年+？）；②查表選材料：5-10年戶外首選ASA（性價比之王，成本2x壽命10倍）、需透明選PMMA（10年+）或PC+UV（3-5年）、極端環境/20年+選PVDF、半戶外/2-5年選PC+UV或PP+UV；③驗證測試：要求QUV測試報告、確認UV穩定劑添加量（至少UVA 0.3%+HALS 0.5%）、小批量戶外曝曬6個月驗證。關鍵原則：普通ABS絕不可戶外使用，不要過度依賴塗層保護，UV穩定劑配方要足量。

塑膠材料耐候性與UV穩定性指南：戶外使用壽命完整解析 - C&J Connectors

某建材公司推出戶外遮陽板，採用普通ABS材料「節省成本」。上市僅6個月，客訴爆發——材料表面嚴重黃化、粉化，甚至出現龜裂。原因很簡單：ABS未添加UV穩定劑，無法承受戶外UV輻射。這個選材失誤導致全面召回，損失超過800萬元。耐候性，是戶外塑膠產品成敗的關鍵。

塑膠材料UV老化前後對比圖，左側新品光潔亮麗，右側經過1年戶外曝曬嚴重變黃粉化龜裂，標示未添加UV穩定劑vs添加UV穩定劑的壽命差異，展示ASA與ABS的耐候性對比

☀️ 本文關鍵價值
✓ 5大耐候等級材料（室內→極端戶外）完整對比
✓ ASTM測試標準判讀：1000小時QUV=實際幾年？
✓ UV穩定劑配方：UVA vs HALS 如何選擇
✓ 應用場景決策樹：戶外家具/汽車/建築選材
✓ 避坑指南：3大常見錯誤案例

一、認識耐候性與UV降解

耐候性是指塑膠材料在戶外環境下抵抗性能劣化的能力。許多工程師只關注機械強度、耐熱性，卻忽略了UV輻射這個隱形殺手。

1.1 四大環境因素如何破壞塑膠？

環境因素	作用機制	主要影響	典型表現
UV輻射	高能量光子打斷分子鏈，引發自由基反應	最破壞性直接降解聚合物	變黃、粉化、龜裂光澤度下降
溫度	加速分子運動，促進氧化反應	加速老化速度高溫區域劣化快	材料軟化、變形顏色加深
濕度/水分	水解反應，破壞分子鏈	特別影響聚酯類（PET、PBT）	機械強度下降表面霧化
氧氣	氧化反應，形成過氧化物	與UV協同作用光氧化降解	變脆、開裂分子量下降

⚠️ 核心認知： UV輻射是塑膠戶外老化的主要原因（佔70-80%影響）！
即使在陰天，UV-A仍會穿透雲層持續破壞材料。
戶外產品必須使用耐候級材料或添加UV穩定劑！

1.2 UV降解4階段：從分子鏈斷裂到材料失效

✓ 階段1：光子吸收（數小時）：UV光子被材料吸收，激發分子進入高能狀態
✓ 階段2：自由基生成（數天-數週）：分子鏈斷裂，產生自由基，引發連鎖反應
✓ 階段3：外觀劣化（數月）：表面開始變色（黃化）、失去光澤、粉化
✓ 階段4：性能失效（數月-數年）：龜裂、機械強度下降50%以上，產品報廢

塑膠材料UV老化3大外觀特徵對比圖，左側變色黃化（ABS 6個月），中間表面粉化（PC 1年），右側龜裂開裂（PP 2年），每種特徵放大顯微鏡觀察圖，標示降解機制與分子鏈斷裂示意

1.3 材料老化的3大外觀特徵

特徵1：變色/黃化（Discoloration）

原因：分子鏈斷裂後形成共軛雙鍵，吸收可見光波長

常見材料：ABS（最易黃化）、PC、PP

時程：無UV穩定劑的ABS，戶外3-6個月明顯黃化

特徵2：粉化（Chalking）

原因：表面分子鏈完全斷裂，形成粉末狀物質

測試方法：用手指擦拭表面，會有白色粉末殘留

嚴重性：粉化代表材料已嚴重降解，內部機械強度大幅下降

特徵3：龜裂（Cracking）

原因：材料脆化，內應力釋放導致表面開裂

危險：龜裂會加速水分滲入，進一步惡化降解

不可逆：一旦出現龜裂，材料無法修復，只能更換

二、耐候性測試標準與判讀

如何預測材料的戶外壽命？透過加速老化測試，我們可以在實驗室快速評估材料耐候性。

2.1 主要測試標準對照

測試標準	光源類型	特點	適用場景
ASTM G154	UV熒光燈（UV-A 340 / UV-B 313）	經濟實惠，測試快速 UV-B加速效果更強	快速篩選材料相對比較
ASTM G155	氙燈（全光譜）	最接近真實太陽光包含可見光+紅外線	最準確預測高階產品驗證
ISO 4892	氙燈或UV燈	國際標準，對應ASTM	出口產品必備
QUV測試	Q-Lab UV燈管	業界最常用設備循環測試（UV+冷凝）	工業標準配備

QUV加速老化測試設備內部結構圖，展示UV-A 340燈管排列、試片固定架、溫濕度控制系統，右側顯示測試循環流程圖（8小時UV曝曬60℃ → 4小時冷凝50℃），標示輻照強度0.89 W/m²

2.2 UV-A 340 vs UV-B 313：如何選擇？

UV-A 340（推薦）模擬戶外真實環境

✓ 波長範圍：315-400nm（接近真實太陽光UV-A）

✓ 適用：模擬戶外真實老化，預測實際壽命

✓ 測試週期：1000-5000小時（對應1-10年戶外）

⭐ 推薦使用：戶外產品、汽車零件、建築材料

UV-B 313 快速破壞性測試

✓ 波長範圍：280-315nm（UV-B，能量更高）

✓ 適用：快速篩選材料，加速對比測試

⚠️ 缺點：過度加速可能產生不真實的降解模式

用途：材料開發初期快速篩選

2.3 如何判讀測試報告？1000小時=幾年？

QUV測試時數 vs 實際戶外壽命換算

QUV測試時數	實際戶外時間（溫和氣候）	實際戶外時間（熱帶/高UV）	加速倍率
500小時	6個月-1年	3-6個月	3-5倍
1000小時	1-2年	6個月-1年	3-5倍
2000小時	3-5年	1.5-3年	4-6倍
5000小時	8-10年	4-6年	4-6倍

⚠️ 重要提醒：加速老化測試僅為相對比較工具！
實際壽命受地理位置（緯度）、氣候、安裝角度影響。
台灣南部UV強度是北歐的2-3倍，壽命需打折！

三、材料耐候性分級：從室內到極端戶外

根據戶外使用壽命，將塑膠材料分為5個耐候等級。以下是完整的材料對比與選擇建議。

3.1 室內級（0-1年戶外）：經濟型，不建議戶外

ABS｜PS｜普通PP 成本: 1x ❌ 不可戶外

📊 耐候數據：
• QUV 500小時：嚴重黃化
• 戶外壽命：3-12個月
• 降解特徵：快速黃化、粉化

💰 成本：
• ABS: $3-4/kg
• PS: $2-3/kg
• PP: $2-3/kg

✓ 適用場景：室內產品、電子外殼、家電內部零件

❌ 禁用場景：任何戶外應用（除非添加UV穩定劑）

⚠️ 血淚教訓：某廠商用普通ABS做戶外垃圾桶，6個月後全面龜裂，損失慘重！

3.2 半戶外級（2-5年）：添加UV穩定劑

PC+UV｜PP+UV｜ABS+UV 成本: 1.3-1.8x

📊 耐候數據：
• QUV 2000小時：輕微變色
• 戶外壽命：2-5年
• UV穩定劑：0.5-1%

💰 成本：
• PC+UV: $6-8/kg
• PP+UV: $3-5/kg
• 成本增加：30-80%

✓ 適用場景：半戶外環境（有遮蔽）、汽車內飾、陽台家具

⚠️ 限制：不適合全日照環境，需定期維護

3.3 戶外標準級（5-10年）：ASA性價比之王 ⭐

ASA｜PC/ASA合金成本: 1.8-2.5x ⭐ 推薦

📊 耐候數據：
• QUV 5000小時：外觀良好
• 戶外壽命：5-10年
• 本質耐候：無需額外添加劑

💰 成本：
• : $6-8/kg
• PC/ASA: $8-10/kg
• 性價比：⭐⭐⭐⭐⭐

✓ 核心優勢：

✓ 本質耐候性：丙烯酸酯層天然抗UV，無需額外穩定劑
✓ 顏色穩定：10年幾乎不褪色，保持光澤
✓ 機械強度：與ABS相當，耐衝擊性優異
✓ 加工性好：射出成型參數與ABS相近

✓ 適用場景：戶外家具、汽車外飾件（保險桿、後視鏡外殼）、建築門窗型材、戶外電器外殼

💡 工程師推薦：戶外產品首選ASA！成本僅ABS的2倍，但壽命提升10倍以上。
相關閱讀：射出成型材料選擇完全指南

3.4 戶外長效級（10-20年）：高性能選擇

PMMA（壓克力）｜PBT+UV｜PA66+UV 成本: 3-4x

📊 PMMA耐候數據：
• QUV 10000小時：優異
• 戶外壽命：10-20年
• 透光率：92%（優於PC）

💰 成本：
• : $12-15/kg
• PBT+UV: $10-12/kg
• 成本是ABS的3-4倍

✓ PMMA獨特優勢：透明+極致耐候，用於汽車尾燈、LED透明罩、戶外標誌

✓ PBT+UV：電氣絕緣+耐候，用於戶外連接器、配電箱

✓ 適用場景：汽車燈具、戶外照明、透明防護罩、高階建材

3.5 極端環境級（20-30年）：建築外牆首選

PVDF｜Acrylic面材成本: 8-10x 💎

📊 PVDF耐候數據：
• 戶外壽命：20-30年
• 耐化學性：極強
• 自潔性：優異

💰 成本：
• 塗層：$30-40/kg
• Acrylic板：$20-25/kg
• 高昂但值得

✓ 極致性能：耐候性之王，幾乎不褪色，自潔能力強

✓ 適用場景：建築外牆板（幕牆）、高階戶外標誌、極端氣候環境

💰 成本警示：僅在20年+壽命需求或建築外牆時使用

四、UV穩定劑完整解析：UVA vs HALS

對於本身耐候性不足的材料（ABS、PC、PP），添加UV穩定劑是延長壽命的關鍵。

4.1 UV穩定劑兩大類型

類型	作用機制	典型添加量	代表物質
UVA UV吸收劑	吸收UV光能量，轉化為熱能散發，預防降解	0.1-0.5%	苯並三唑類（Benzotriazole）二苯甲酮類（Benzophenone）
HALS 光穩定劑	捕捉降解產生的自由基，中斷連鎖反應	0.3-2%	受阻胺類（Tinuvin 770, Chimassorb 944）

UV穩定劑作用機制對比圖，左側UVA吸收UV光子並轉化為熱能的分子示意圖，右側HALS捕捉自由基的化學反應式，中間展示聚合物分子鏈在UV照射下的降解過程，標示穩定劑介入點與保護機制

4.2 UVA vs HALS：如何選擇？

UV吸收劑（UVA）

優點：

✓ 預防性保護，吸收UV於源頭
✓ 適合透明材料（PC、PMMA）
✓ 添加量少（0.1-0.5%）
✓ 成本較低

缺點：

✗ 會逐漸消耗，效果遞減
✗ 厚壁件內部保護不足
✗ 高溫下易揮發

光穩定劑（HALS）

優點：

✓ 長效保護，不易消耗（再生機制）
✓ 適合厚壁件、不透明材料
✓ 高溫穩定性好
✓ 與UVA協同效果佳

缺點：

✗ 添加量較高（0.5-2%）
✗ 成本較高
✗ 某些HALS會影響透明度

4.3 添加量與成本權衡

配方方案	添加量	成本增加	壽命延長	適用場景
基礎配方	UVA 0.3%	+10-15%	2-3年	半戶外、有遮蔽
標準配方	UVA 0.3% + HALS 0.5%	+20-30%	3-5年	戶外一般環境
強效配方 ⭐	UVA 0.5% + HALS 1.5%	+40-50%	5-8年	全日照、高UV地區
極致配方	UVA 0.5% + HALS 2%	+60-70%	8-10年	極端環境、長效需求

💡 實務建議：
• 透明材料（PC、PMMA）：優先UVA，避免HALS影響透明度
• 不透明材料（ABS、PP）：UVA + HALS複合配方效果最佳
• 成本敏感：單用UVA 0.3%（壽命2-3年）
• 長效需求：直接選ASA，比添加穩定劑更經濟

五、應用場景決策樹：快速選材

根據不同應用場景的環境條件與壽命需求，以下決策樹幫助您快速選擇合適材料。

🎯 耐候材料選擇決策流程

開始：產品使用環境與壽命需求？

室內使用

推薦：ABS / PS / PP
✓ 無需耐候性，成本最低
✓ 電子產品、家電內部零件

半戶外
2-5年

推薦：PC+UV 0.5-1%
✓ 有遮蔽、非全日照
✓ 汽車內飾、陽台家具
✓ 成本+30-50%

戶外標準
5-10年 ⭐

推薦：ASA
✓ 全日照、一般氣候
✓ 戶外家具、汽車外飾
✓ 性價比最高⭐

長效戶外
10-20年

推薦：PMMA（透明）/ PBT+UV（電氣）
✓ 汽車燈具、LED透明罩
✓ 戶外連接器、配電箱
✓ 成本+300-400%

極端環境
20年+

推薦：PVDF / Acrylic面材
✓ 建築外牆板（幕牆）
✓ 極端氣候、沿海高腐蝕
✓ 成本+800-1000%

5.1 典型應用場景快查表

應用場景	環境條件	壽命需求	首選材料	備選方案
戶外桌椅/垃圾桶	全日照	5-10年	ASA	PP+UV 2%
汽車保險桿/外飾	全日照+衝擊	8-10年	PC/ASA合金	ASA
農業溫室覆蓋	全日照+拉伸	3-5年（膜） 10年（板）	PE+UV膜 PC陽光板	PMMA板
戶外LED燈罩	透明+全日照	10-15年	PMMA	PC+UV 1%
建築外牆板/門窗	極端氣候	20-30年	PVDF塗層	ASA板材
戶外配電箱/連接器	電氣絕緣+戶外	10-15年	PBT+UV 1.5%	PA66+UV
汽車尾燈/車燈	透明+高溫+UV	10-15年	PMMA	PC+UV+耐熱
電子產品外殼	室內或半戶外	3-5年	ABS+UV 0.3%	PC+UV 0.5%

六、常見錯誤與避坑指南

以下是實務中最常見的3大耐候材料選擇錯誤，以及如何避免。

❌ 錯誤1：用普通ABS做戶外產品（6個月全面失效）

典型案例：

某公司設計戶外垃圾桶，為節省成本選用普通ABS（$3/kg）。上市6個月後，材料嚴重黃化、表面粉化、出現龜裂，客訴率高達80%。

問題分析：

ABS無任何UV穩定劑，戶外3-6個月即開始黃化
QUV 500小時測試即嚴重劣化，完全不可戶外使用
更換材料成本遠高於初期節省的$3-5/kg

✓ 正確做法：

選用ASA：成本$6-8/kg（+100%），但壽命5-10年
或ABS+UV 1%：成本$4-5/kg（+30%），壽命2-3年（需定期維護）
絕不省這筆錢：戶外產品召回成本是材料成本的100倍以上

❌ 錯誤2：過度依賴塗裝保護（塗層脫落後材料迅速劣化）

典型案例：

某品牌戶外燈具，用普通PC+UV塗層保護。2年後塗層開始脫落，底材PC迅速黃化、龜裂，產品壽命僅3年（預期10年）。

問題分析：

UV塗層在戶外環境會逐漸老化、脫落
一旦塗層失效，底材無保護直接暴露於UV
塗層與基材附著力不足，熱脹冷縮導致龜裂

✓ 正確策略：

本質耐候材料：優先選ASA、PMMA等本身耐候的材料
材料+塗層雙保險：ASA基材 + UV塗層，壽命可達15年
避免依賴塗層：塗層只是輔助，不能替代材料本身耐候性

❌ 錯誤3：UV穩定劑添加量不足（0.3% vs 1.5%壽命差3倍）

典型案例：

某廠商PC料添加UV穩定劑0.3%（節省成本），戶外使用2年即嚴重黃化。競品使用1.5%配方，5年仍保持良好。

問題分析：

UV穩定劑添加量與壽命非線性關係
0.3%僅能延長1-2年，1.5%可延長5-8年
省下的$0.5-1/kg穩定劑成本，導致產品提前報廢

✓ 推薦配方：

配方	添加量	成本增加	壽命
❌ 不足配方	UVA 0.3%	+10%	1-2年
⚠️ 基礎配方	UVA 0.3% + HALS 0.5%	+25%	3-4年
✅ 推薦配方	UVA 0.5% + HALS 1.5%	+45%	5-8年 ⭐

💡 經驗法則：戶外產品不要省UV穩定劑成本！多花40-50%材料費，換來3-5倍壽命，通常非常划算。

七、快速選材速查表與總結

根據使用環境與壽命需求，快速找到對應材料。以下是完整的選材速查表。

壽命需求	首選材料	相對成本	QUV測試時數	典型應用
室內使用	ABS / PS / PP	1x 基準	不需要測試	電子外殼、家電內部
2-5年	PC+UV / PP+UV	1.3-1.8x	1000-2000小時	半戶外、汽車內飾
5-10年 ⭐	ASA	1.8-2.2x ⭐	5000-8000小時	戶外家具、汽車外飾
10-20年	PMMA / PBT+UV	3-4x	10000小時+	汽車燈具、LED透明罩
20-30年	PVDF / Acrylic	8-10x	15000小時+	建築外牆、極端環境

💡 選材3步驟（記住這個就夠了）：

步驟1：確認使用環境與壽命需求
• 室內？半戶外（有遮蔽）？全日照戶外？
• 需要使用幾年？2年、5年、還是10年以上？

步驟2：查表選材料
• 5-10年戶外 → ASA首選（性價比之王⭐）
• 需透明 → PMMA（10年+）或 PC+UV（3-5年）
• 極端環境/20年+ → PVDF
• 半戶外/2-5年 → PC+UV或PP+UV

步驟3：驗證與測試
• 要求供應商提供QUV測試報告
• 確認UV穩定劑添加量（至少UVA 0.3% + HALS 0.5%）
• 小批量戶外曝曬測試6個月驗證