IEC 60068-2-872024 环境试验 第2-87部分试验 材料和部件的UV-C暴露以模拟紫外线杀菌照射或其他应用标准立项发展报告

环境试验第2-87部分：试验材料和部件的UV-C暴露以模拟紫外线杀菌照射或其他应用标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:EnvironmentalTesting–Part2-87:Tests–UV-CExposureofMaterialsandComponentstoSimulateUltravioletGermicidalIrradiationorOtherApplications摘要随着全球公共卫生意识的显著提升及紫外线杀菌技术（UV-C）在空气净化、水处理、表面消毒及医疗健康等领域的广泛应用，材料和部件在UV-C辐射环境下的耐久性与可靠性评价需求日益迫切。国际电工委员会（IEC）于2024年10月15日正式发布IEC60068-2-87:2024标准，填补了IEC60068系列环境试验标准在特定波长紫外线（尤其是254nm杀菌波段）暴露试验方法上的空白。本标准规定了材料和部件在UV-C辐照条件下的试验方法，涵盖试验设备要求、试样制备、辐照条件设定、试验程序及结果评价等核心内容，为确保产品在实际UV-C应用场景下的长期可靠运行提供了统一的技术依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、研制过程、关键技术内容及其行业应用价值，并对标准未来发展趋势进行了展望。该标准的发布对于规范UV-C相关产品的质量验证、促进紫外线杀菌技术的产业化发展以及推动相关国际贸易具有重要的指导意义和深远影响。关键词：环境试验；UV-C暴露；紫外线杀菌照射；IEC60068-2-87；材料耐久性；可靠性试验Keywords:EnvironmentalTesting;UV-CExposure;UltravioletGermicidalIrradiation;IEC60068-2-87;MaterialDurability;ReliabilityTesting1引言1.1研究背景紫外线杀菌照射（UV-C）技术凭借其高效、广谱、无残留等优势，在水处理、空气净化、食品加工、医疗器械消毒及公共卫生物品表面处置等领域获得了前所未有的广泛应用。尤其是2019年全球疫情暴发以来，UV-C杀菌设备的需求量急剧攀升，各类UV-C产品迅速涌入市场。然而，UV-C辐射（波长范围通常为200nm至280nm，峰值约254nm）具有高光子能量，会引起高分子材料的链断裂、氧化交联及光老化降解，导致材料变色、脆化、开裂、力学性能衰减甚至功能失效。与此同时，UV-C光源（如汞灯、准分子灯和UV-CLED）的工作参数差异较大，对材料和部件的作用效果亦存在显著差异。在这种背景下，IEC60068系列标准——作为环境试验领域最具权威性和通用性的基础性标准体系——虽然已建立了涵盖温度、湿度、振动、冲击、盐雾、太阳辐射等广泛环境应力条件下的试验方法体系，但长期缺乏专门针对UV-C波段辐射暴露的标准化试验方法。国际电工委员会第九技术委员会（IEC/TC9）下属的相关工作组在充分调研行业需求后，决定制定IEC60068-2-87标准，以系统规范材料和部件在UV-C辐照条件下的试验程序和评价准则。1.2标准制定的必要性与意义UV-C暴露试验标准的缺失给制造商、检测认证机构及最终用户带来了多方面困扰：-产品质量验证缺乏统一依据：不同企业采用各自内部方法评估UV-C耐受性，数据可比性差；-可靠性评估不足：因缺乏标准化的加速老化试验方法，UV-C环境下长期使用的材料失效模式难以预判；-国际贸易技术壁垒：各国对UV-C产品检验方法不一，制约了相关设备和材料的跨国流通与互认。IEC60068-2-87:2024的发布，为上述问题提供了系统的技术解决方案，其意义在于：为全球制造业提供统一的UV-C辐照试验方法框架；为UV-C产品设计选材提供可靠的验证手段；为第三方检测机构提供权威的检测依据；同时为相关法规和标准的制定提供技术支撑。2标准立项背景与研制过程2.1标准立项的产业驱动UV-C技术的产业化进程已从传统的汞灯消毒向以UV-CLED为代表的新型固态光源方向演进。UV-CLED具有体积小、启动快、波长可调、环境友好（无汞）等突出优势，正在加速渗透到消费电子、家电、汽车、医疗等终端领域。以UV-CLED为核心的杀菌模组常常被集成于空调、净水器、加湿器、扫地机器人、冰箱等产品中，直接与塑料外壳、密封橡胶、涂层、传感器窗口、光学透镜等多种材料和部件相邻。UV-C辐照可能对这些非金属材料造成加速老化，进而影响产品外观和功能安全。与此同时，世界各国对UV-C产品的监管力度不断加大。欧盟REACH法规、美国EPA及FDA指南、中国《消毒技术规范》等均对UV-C杀菌设备的安全性、有效性提出了明确要求，而材料UV-C耐受性数据正是支撑合规评估的关键输入之一。因此，制定一项国际通用的UV-C暴露试验标准成为产业界的共同呼声。2.2标准研制历程IEC60068-2-87标准的研制工作历经了多轮草案讨论、实验室间比对试验及广泛的意见征集。主要里程碑包括：1.提案阶段（NP阶段）：在IEC/TC9内部及外部相关方的共同推动下，标准提案正式提交至IEC中央办公室，经过成员国投票后获批立项；2.工作组起草阶段（WD/CD阶段）：成立专项工作组，汇集了来自材料科学、环境试验设备制造、紫外线光源技术、检测认证机构等多领域专家，系统起草了标准的技术框架和核心试验程序；3.委员会草案征询意见阶段（CDV阶段）：标准的委员会草案分发至各国家委员会征求修改意见，工作组对各成员国反馈的数百条技术意见逐一进行了处理和回复；4.最终国际标准草案表决阶段（FDIS阶段）：经过技术修订和完善后，FDIS稿进入最终表决程序，获得高票通过；5.正式出版：2024年10月15日，IEC60068-2-87:2024正式出版发布。3标准主要内容3.1标准适用范围IEC60068-2-87:2024适用于暴露于UV-C辐照环境中的材料和部件的试验，适用于模拟紫外线杀菌照射（波长范围通常在200nm至280nm，峰值约254nm）或其他具有类似光谱特征的UV-C应用场景。该标准适用于但不限于以下材料和部件类型：-高分子材料（塑料、橡胶、弹性体）及其制品；-涂层、油漆、镀膜和表面处理层；-密封件、垫圈、胶粘剂和封装材料；-光学元件（透镜、窗口、反射器、导光板）；-电子元器件外壳、线缆绝缘层和连接器；-纺织品、滤材及其他纤维基材料。标准适用于材料筛选、质量认证、产品开发验证及批量生产中的定期检验等场景。3.2规范性引用文件该标准规范性引用了以下关键文件（以标准发布版本为准）：-IEC60068-1《环境试验第1部分：总则与指南》-IEC60068-2-83《环境试验第2-83部分：试验材料和部件的太阳辐射暴露》-IEC60068-3-1《环境试验第3-1部分：支持文件和指南冷和干热试验》-ISO4892系列《塑料实验室光源暴露试验方法》-ISO9370《塑料仪器测定辐照剂量用辐射计的校准》-CIE155:2003《紫外线空气消毒》引用上述文件的目的是确保本标准的试验设备校准方法、辐射测量手段和结果表达方式与国际通用的光老化试验体系保持一致，从而提高不同试验室间结果的复现性和可比性。3.3术语和定义标准中对以下关键术语进行了明确定义：-UV-C辐射（UV-Cradiation）：波长范围在200nm至280nm之间的紫外辐射；-紫外杀菌照射（UltravioletGermicidalIrradiation,UVGI）：利用UV-C辐射灭活微生物的照射方式；-辐照度（Irradiance）：单位面积上接收到的辐射功率，单位为W/m²；-辐照剂量（RadiantExposure/UVdose）：单位面积上接收到的辐射能量，为辐照度对时间的积分，单位为J/m²；-黑板温度（BlackPanelTemperature）：用于监测试样表面热效应的标准温度传感器读数；-加速老化（AcceleratedAging）：通过强化环境应力加速材料性能退化过程的试验方式。3.4试验设备要求标准对UV-C暴露试验设备提出了明确的技术要求：（1）辐射光源-光源类型：可采用低压汞灯（主发射波长254nm）、准分子灯（如222nmKrCl*准分子灯）或UV-CLED（波长可调），光源应满足规定的光谱分布要求；-光谱分布：光源在250nm至260nm波段的辐射功率应占总UV-C输出的主要份额（具体比例按标准规定）；-稳定性：在试验期间，辐照度波动应控制在设定值的±10%以内。（2）试验箱体-箱体内壁应采用低UV反射材料（如阳极氧化铝或特氟龙涂层），以减少杂散反射对试验均匀性的影响；-应配备温度控制和监测装置，控制试样区域的空气温度在规定的范围内；-应有足够的通风或换气系统，以排除UV-C辐照产生的臭氧（如使用185nm发射谱线的光源时）及试样释放的挥发性产物。（3）辐射测量系统-应采用经校准的UV辐射计或光谱辐射计测量试样表面的辐照度；-辐照度传感器应定期溯源至国家计量标准；-应配备累计辐照剂量记录装置，实时监测试验过程中的累积UV剂量。3.5试验条件与试样准备（1）标准试验条件标准规定了以下基准试验条件（可根据产品实际应用场景进行调整，但应在试验报告中明确说明）：-辐照度典型值：10W/m²（在254nm中心波长处，带宽按标准规定）；-黑板温度：（60±3）℃（可根据材料耐温性调整至（50±3）℃或（70±3）℃）；-相对湿度：非控制状态（或按需控制为（50±10）%）；-试验持续时间：推荐序列为24h、48h、96h、168h、336h、672h（可根据产品寿命预期扩展）；-辐照剂量：以累计辐照剂量（J/m²）为最终量化指标，对应不同持续时间可计算得出。（2）试样准备试样的制备应符合相关材料标准或产品标准的规定。对于无法直接使用标准试样尺寸的产品部件，可采用从产品上截取或专门制备的等效试样。试样数量应满足统计学要求，建议每组不少于5个平行样，同时应设置未辐照的对照样。3.6试验程序标准规定的试验程序包括以下关键步骤：1.初始测量：对试样进行外观检查、尺寸测量、质量称量及关键性能指标的初始测试（如力学性能、光学透过率、色差值等）；2.试样安装：将试样均匀安装于试样架上，确保辐射均匀性，试样之间不得相互遮挡，试样架应处于规定的温度条件下；3.辐照暴露：启动UV-C光源，按照设定条件进行连续或间歇辐照。试验过程中定期监测辐照度及温度，做好记录；4.中间检测：在规定的时间节点（如24h、96h、336h）取出部分试样进行中间性能检测，以绘制性能变化曲线；5.终期评价：达到设定总剂量后，对试样进行全面性能评价，与对照样及初始数据进行比较；6.结果表达：以性能保持率、外观变化等级、色差ΔE*ab值、力学性能变化百分比等方式定量表达试验结果，并按标准规定的格式编制试验报告。3.7性能评价指标标准推荐的评价指标包括但不限于：-外观变化：颜色变化、黄变指数、光泽度变化、开裂、粉化、起泡等；-力学性能：拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、弯曲强度变化率；-光学性能：透过率、雾度、反射率的变化（适用于透明光学材料）；-电学性能：绝缘电阻、介电强度等（适用于电子绝缘材料）；-质量变化：质量损失率（反映材料降解和挥发物逸失程度）。4标准关键技术要点与创新之处4.1建立UV-C剂量驱动型试验框架有别于传统的以时间为唯一变量的老化试验方法，IEC60068-2-87确立了以累计UV辐照剂量为核心控制参数的试验框架。这一创新设计使得试验结果可以摆脱光源辐照度差异带来的影响，不同实验室即便使用不同功率的光源，只要累计辐照剂量一致，试验结果即具有可比性。这一设计理念与现代光老化试验标准的发展趋势高度一致，体现了标准的科学性和先进性。4.2兼容多种UV-C光源类型标准充分考虑了UV-C光源的多元化发展趋势，同时覆盖了低压汞灯、准分子灯及UV-CLED三种光源形式。对于不同光源的光谱分布差异，标准规定了相应的允差范围及报告要求，确保试验结果的可比性。这种面向未来技术演进的前瞻性设计，使标准具备了长期适用性。4.3引入分级评价体系标准引入了基于材料使用场景和性能要求的分级评价体系：-I级（高耐久性要求）：适用于对安全性和功能连续性要求极高的场景（如医疗设备、航空航天组件等）；-II级（中等耐久性要求）：适用于一般工业产品和消费电子产品；-III级（低耐久性要求）：适用于短周期使用或可便捷更换的部件。不同等级对应不同的推荐试验剂量和接受准则，为用户提供了灵活的选用空间。5标准修订的企事业单位/标委会介绍5.1IEC/TC9国际电工委员会第九技术委员会IEC60068-2-87:2024由国际电工委员会第九技术委员会（IEC/TC9）归口管理。IEC/TC9全称为"InternationalElectrotechnicalCommissionTechnicalCommittee9:ElectricalEquipmentandSystemsforRailways"，但从20世纪末期以来，其工作范围已拓展至更广泛的电工电子产品环境试验方法领域。IEC/TC9承担着IEC60068系列环境试验标准体系的维护和发展工作，是国际环境试验领域最具影响力的标准化技术组织之一。IEC/TC9下设多个工作组（WorkingGroup,WG）和项目组（ProjectTeam,PT），其中承担IEC60068-2-87具体编制任务的工作组汇聚了来自全球多个国家的标准化专家，分别来自：-各国国家委员会（如中国国家标准化管理委员会（SAC）下属全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会（TC8）对应国内技术归口单位）；-全球知名的环境试验设备制造商（如WeissTechnik、ESPECCorp.、Q-LAB等）；-国际材料供应商（如SABIC、Covestro、BASF等企业所属的标准部门）；-独立第三方检测认证机构（如TÜVRheinland、SGS、Intertek等）；-研究机构和高校（如FraunhoferInstitute、NationalPhysicalLaboratory等）。5.2中国参与单位概况在中国，与该标准对应的国内技术归口单位为全国电工电子产品环境条件与环境试验标准化技术委员会（SAC/TC8），秘书处设在中国电器科学研究院股份有限公司（原广州电器科学研究院）。该委员会负责组织国内专家参与IEC/TC9的国际标准制定工作，并将IEC60068系列标准转化为中国国家标准（GB/T2423系列）。中国作为IEC成员国，在IEC60068-2-87的制定过程中积极参与了多轮国际投票和意见反馈工作，中国专家提出的关于UV-CLED光源光谱匹配性要求和低温条件下试验可行性的建议被标准工作组采纳。此外，国内主要参与单位包括：-中国电器科学研究院股份有限公司：牵头组织国内对口单位进行标准草案的评议和意见反馈；-工业和信息化部电子第五研究所（中国赛宝实验室）：在标准试验方法验证方面开展了大量实验室间比对试验；-中国质量认证中心：从产品认证角度为标准实施提供技术支撑。6标准应用前景与行业影响6.1促进UV-C消毒设备行业健康发展该标准的实施为UV-C消毒设备制造商提供了明确、统一的材料UV-C耐受性验证方法。制造商可在产品设计阶段即依据标准进行材料选型和可