ISO 72312023 柔性多孔聚合材料恒定压降下空气流量值的测定标准立项发展报告

柔性多孔聚合材料恒定压降下空气流量值的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DeterminationofAirFlowValueatConstantPressure-DropforFlexibleCellularPolymericMaterials摘要关键词：柔性多孔聚合材料；空气流量值；恒定压降；国际标准；ISO7231:2023；透气性测试；标准化AbstractFlexiblecellularpolymericmaterials(foammaterials)playanirreplaceableroleinaerospace,railtransportation,automotivemanufacturing,furniture,healthcareandotherkeysectorsofthenationaleconomyduetotheirexcellentcushioning,soundinsulation,filtrationandbreathabilityproperties.Theairflowvalueisakeyparametercharacterizingthepermeabilityoffoammaterials,whichisdirectlyrelatedtotheirserviceperformanceandqualitycontrol.However,foralongtime,therehasbeenalackofunifiedtestmethodstandardsforthedeterminationofairflowvalueunderconstantpressure-dropconditionsworldwide,resultinginpoorcomparabilityoftestresultsamongdifferentlaboratoriesandmanufacturers,whichseverelyrestrictsmaterialperformanceevaluation,internationaltradeandtechnicalexchanges.Againstthisbackdrop,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO7231:2023"Polymericmaterials,cellular,flexible—Determinationofairflowvalueatconstantpressure-drop"onAugust15,2023.Thisstandardsystematicallyspecifiesthefulltechnicalrequirementsincludingtestprinciples,apparatus,specimenpreparation,testproceduresandresultcalculation,providingaunified,standardizedandrepeatabletestingbenchmarkfortheglobalfoammaterialsindustry.Thisreportcomprehensivelyreviewstheprojectbackground,developmentprocess,coretechnicalcontentsandexpectedapplicationbenefitsofthestandard,andputsforwardsuggestionsforitsimplementationprospectsandfuturerevisiondirections.Thereleaseandimplementationofthisstandardwilleffectivelypromotethehigh-qualitydevelopmentoftheglobalflexiblecellularpolymericmaterialsindustry.Keywords:Flexiblecellularpolymericmaterials;Airflowvalue;Constantpressure-drop;Internationalstandard;ISO7231:2023;Airpermeabilitytesting;Standardization一、引言1.1研究背景与意义柔性多孔聚合材料，即通常所称的软质泡沫塑料，是一类具有三维网状孔泡结构的高分子材料。根据孔结构的不同，可分为开孔材料、闭孔材料和混合孔材料三大类。其中，开孔柔性泡沫材料因其内部孔泡相互连通，具有优异的空气透过性能，被广泛用于空气过滤器介质、吸音降噪材料、透气衬垫、医用敷料、座椅通风系统以及电池隔膜等高端应用场景。在这些应用场景中，材料的空气流量值（AirFlowValue,AFV）是一个至关重要的性能指标——它直接决定了空气过滤器的压降特性、座椅通风系统的换气效率、吸音材料的声阻特性以及医用敷料的湿气传导能力。因此，开发和建立科学、准确、可重复的空气流量值测定方法，对材料研发、生产工艺控制、产品质量验收及应用选型均具有十分重要的工程实践意义。然而，在ISO7231:2023发布之前，国际上关于柔性多孔聚合材料空气流量值的测试方法存在明显差异，主要体现在以下几个方面：一是压降条件的设定各不相同，有的采用固定压降（如125Pa、200Pa），有的则采用固定流量反测压降；二是试样尺寸与形状缺乏统一规定，不同标准间差异较大；三是仪器校准要求和环境条件控制参差不齐；四是数据处理与结果表达方式各异。这种碎片化的标准格局导致即使针对同一材料，不同标准体系和不同实验室获得的测试数据也难以进行有效比较，给全球范围内的材料贸易、技术合作和质量认证造成了严重障碍。1.2标准修订的必要性ISO7231系列标准最早可追溯至20世纪80年代。第一版ISO7231:1984由ISO/TC45（橡胶与橡胶制品技术委员会）下属的SC4分技术委员会（软质泡沫聚合物材料分技术委员会）负责制定，其后经历了1991年的确认和后续的周期性评审。然而，随着材料科学和测试技术的飞速发展，原标准中的部分技术内容已难以满足现代工业界对测试精度、自动化水平及数据可比性的更高要求，亟需进行技术修订和升级。具体而言，旧版标准主要存在以下不足：（1）未明确规定试样预处理的温湿度条件和调节时间，导致不同实验室间的测试条件差异较大；（2）对测试仪器的精度要求描述较为笼统，缺乏对压力传感器和流量计的具体精度等级规定；（3）未充分考虑现代自动化测试设备的特点，无法充分发挥自动测试系统的高效优势；（4）试样夹持方式和密封要求的描述不够具体，容易引入操作误差；（5）试验结果的有效数字处理和报告格式要求不够明确，不利于数据的规范记录和国际比对。在此背景下，ISO/TC45/SC4正式启动了ISO7231的修订工作，旨在建立一套更加科学、严谨、适应现代测试技术发展的空气流量值测定方法国际标准。二、标准编制历程与工作概况2.1标准立项与编制阶段ISO7231:2023的修订工作由国际标准化组织ISO/TC45（橡胶与橡胶制品技术委员会）下属的SC4分技术委员会（软质泡沫聚合物材料分技术委员会）负责组织推进。修订工作严格遵循ISO/IEC导则第一部分中规定的国际标准制定程序，先后经历了提案阶段（NP）、准备阶段（WD）、委员会阶段（CD）、询问阶段（DIS）和批准阶段（FDIS）等各个正式阶段，最终于2023年8月15日由ISO中央秘书处正式发布。在标准修订过程中，来自全球各主要成员体的技术专家围绕测试参数优化、仪器精度要求、试样制备方法以及附录验证等内容展开了深入讨论。特别是在以下技术议题上形成了广泛共识：（1）将恒定压降值统一确定为125Pa，以更好地反映材料在典型应用场景中的服役条件；（2）明确了两种测试模式——即固定压降测量流量法和固定流量测量压降法，为不同类型的实验室和设备条件提供了灵活选择；（3）规定了试样尺寸优选为50mm×50mm，试验区域面积为7.1cm²，兼顾了测试代表性好与制样便捷性的平衡；（4）增加了排气处理步骤要求，确保试样在测试前处于一致的初始状态；（5）明确了试验报告中必须包含的各类关键信息，增强了数据的可追溯性和可比性。2.2与旧版标准的重大技术变化相较于旧版ISO7231，2023版标准在技术内容上进行了系统性更新和优化，主要变化体现在以下几个方面：（1）标准名称调整：新版标准名称由旧版的"柔韧泡沫聚合材料—空气流量值的测定"更新为"柔性多孔聚合材料恒定压降下空气流量值的测定"，更加准确、科学地界定了标准的适用范围和技术特征，明确了恒定压降这一核心测试条件。（2）术语体系完善：新增了"柔性多孔聚合材料""开孔泡沫材料""恒定压降"等关键术语和定义，使标准的表述更加规范严谨，有利于各国技术人员的理解和统一执行。（3）测试条件精确化：明确了测试应在标准实验室大气条件（温度23℃±2℃，相对湿度50%±10%）下进行，试样需在此环境中进行不少于16小时的状态调节，确保测试结果的一致性和可比性。（4）仪器精度要求提高：对压力计、流量计等关键测试仪表提出了更详细的精度等级要求，例如压力测量精度需满足在测试压力值处读数的±2%以内，流量测量精度需满足读数的±2%以内，有效降低了系统误差对测试结果的影响。（5）试样制备规范化：增加了对试样裁切方向、上下表面标识、厚度测量方法等具体操作要求，降低了因试样制备不当而引入的测试差异。三、标准核心技术内容3.1测试原理ISO7231:2023规定的基本测试原理为：在规定的恒定压降条件下，测定稳定气流垂直通过规定面积试样时的空气流量值。具体而言，将经过状态调节的试样装夹在专用测试夹具中，确保空气只能通过试样内部的孔泡结构流动；在试样两侧建立恒定的气压差（标准规定值为125Pa），待气流稳定后，测量通过试样的空气体积流量，并计算单位面积上的空气流量值，以L/(m²·s)表示。该方法的物理基础基于Darcy定律在层流条件下的简化形式。当气流通过多孔介质时，在较低流速下（即低雷诺数条件下），体积流量与压降之间存在线性关系，比例系数即反映了材料的渗透特性。通过固定压降测量流量，可以直接获得与实际应用条件相对应的透气性能参数，对工程应用具有直接的参考价值。3.2测试装置与仪器要求标准对测试装置的基本构成和性能要求做出了明确规定：（1）气流源：应能提供稳定、干燥、洁净的空气流，流量应满足测试上限要求，且在整个测试过程中流量波动不应超过设定值的±2%。（2）流量测量装置：可采用转子流量计、质量流量计或差压式流量计等，精度要求为指示值的±2%以内。流量计的量程应覆盖预期的测试流量范围，建议工作流量处于流量计量程的20%至80%之间，以保证测量精度。（3）压差测量装置：可采用液柱压力计、电子压力传感器或数字压力表等，精度要求为读数值的±2%以内或绝对偏差不超过2Pa（取两者中较大值）。压力传感器的响应时间应足够快，以满足实时监测需求。（4）试样夹具：应采用刚性材料制成，保证在测试压力下不发生可见变形。夹具的试样腔直径应与试样尺寸相匹配，密封垫圈应选用柔软、气密性良好的材料，确保气密性良好且不对试样产生过大的压缩变形。3.3试样制备与状态调节试样应从厚度均匀、无气泡、无杂质的材料上裁取，推荐尺寸为50mm×50mm（长×宽），试样的厚度应不小于5mm。对于厚度不均或表面具有皮层（成型表皮）的材料，应在报告中注明皮层所在面的朝向（即朝向气流方向）和试样的测试方向，因为这类材料通常具有明显的各向异性。每组应至少测试5个试样，取算术平均值作为该样品的空气流量值。状态调节条件按ISO23529（硫化橡胶或热塑性橡胶—物理试验用试样的制备和状态调节）的规定执行，在温度23℃±2℃、相对湿度50%±10%的标准实验室大气条件下至少调节16小时。3.4测试程序与结果计算测试程序主要包括以下关键步骤：（1）将经状态调节的试样置于夹具中，确保试样边缘被完全密封，仅允许空气通过试样内部流动；（2）确认系统气密性良好，即在不安装试样的情况下，利用堵头密封试样腔，施加测试压力后，系统应无泄漏；（3）启动气流源，将压差逐步调节至规定值（125Pa），待系统稳定后（通常需要30~60秒）记录空气流量值；（4）每个试样至少进行3次重复测量，取算术平均值作为该试样的空气流量值；（5）按以下公式计算空气流量值：$$AFV=\frac{Q}{A}$$其中：AFV——空气流量值，单位为L/(m²·s)；Q——通过试样的空气体积流量，单位为L/s；A——试样的有效测试面积，单位为m²。3.5精密度与偏差标准资料性附录中给出了实验室间比对试验的统计结果，为使用者提供了精密度参考数据。比对试验结果表明，在重复性条件下（同一操作者、同一设备、同一试样），变异系数约为3%；在再现性条件下（不同实验室），变异系数约为8%。这一精密度数据为实验室数据比对和质量控制提供了重要参考依据。四、主要参与单位介绍本标准的修订工作由ISO/TC45/SC4技术委员会主导，全球多家权威标准化机构和研究机构深度参与了标准草案的讨论和技术验证工作。其中，中国石油和化学工业联合会作为ISO/TC45的国内技术对口单位，组织国内相关企事业单位和科研院所深度参与了本标准的修订工作，在国际标准制修订中积极贡献了中国方案和中国智慧。具体而言，中国石油和化学工业联合会（ChinaPetroleumandChemicalIndustryFederation,CPCIF）是在中国民政部依法登记注册的全国性综合性行业组织，业务上接受国务院国有资产监督管理委员会和民政部的指导和监督管理。联合会承担着ISO/TC45国内技术对口单位的重要职能，负责组织中国专家参与橡胶和橡胶制品领域的国际标准化工作，组织国内利益相关方对国际标准草案进行研究、投票和意见反馈，并推动中国优势技术和标准内容融入国际标准。在此次ISO7231:2023修订过程中，中国石油和化学工业联合会系统组织了中国化工信息中心、国家橡胶及橡胶制品质量监督检验中心、北京化工大学、华南理工大学等单位的技术专家组成中国代表团，全程参与了各阶段的技术讨论和草案审议工作。中国专家在以下方面提出了具有建设性的技术意见：（1）关于试样状态调节条件和测试环境要求的细化建议；（2）关于不同密度等级泡沫材料测试参数适用性的分析；（3）关于标准中各项技术内容的可操作性和适应性的评估意见；（4）参与了国际实验室间比对验证试验。通过深度参与国际标准修订，中国在柔性多孔聚合材料测试领域的实践经验和技术成果得以有效融入国际标准体系，既提升了中国在相关领域的国际话语权，也为全球泡沫材料行业的技术进步和贸易便利化做出了积极贡献。五、标准应用前景与实施效益5.1应用领域与场景ISO7231:2023作为柔性多孔聚合材料空气流量值测定的基础性方法标准，其应用范围涵盖材料研发、生产质控、产品验收和技术贸易等多个环节。在材料研发阶段，该标准为配方设计和工艺优化提供了可靠的性能评价手段，有助于加快新型高透气性泡沫材料的开发进程。在生产质量控制中，空气流量值作为一项