ISO 9073-182023 非织造布试验方法第18部分用抓握拉伸试验测定拉伸强度和断裂伸长率标准立项发展报告

非织造布试验方法第18部分：用抓握拉伸试验测定拉伸强度和断裂伸长率标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Nonwovens—Testmethods—Part18:Determinationoftensilestrengthandelongationatbreakusingthegrabtensiletest摘要关键词：非织造布；拉伸强度；断裂伸长率；抓握拉伸试验；ISO9073；国际标准；力学性能测试Keywords:Nonwovens;Tensilestrength;Elongationatbreak;Grabtensiletest;ISO9073;Internationalstandard;Mechanicalpropertytesting一、引言1.1研究背景非织造布（Nonwovens）又称无纺布，是指通过机械、化学或热学方法将纤维定向或随机排列并固结而成的纤维制品，其制造过程不经过传统的纺织织造工序。根据世界非织造布协会（INDA）和欧洲一次性用品及非织造布协会（EDANA）的统计数据，全球非织造布产量持续增长，2023年全球非织造布市场年产量已突破1600万吨，市场规模超过500亿美元。中国作为全球最大的非织造布生产国和消费国，产量已占全球总量的40%以上。随着非织造布在一次性医疗防护用品、婴儿纸尿裤、成人失禁用品、湿巾、过滤材料等高附加值领域的应用不断深化，其力学性能的准确评价变得至关重要。拉伸强度和断裂伸长率是表征非织造布力学性能最基本、最核心的指标，直接影响到产品的使用可靠性、加工适应性和最终用户体验。然而，非织造布与机织物和针织物在结构上存在本质区别——非织造布由纤维网直接固结而成，其结构均匀性较差，对试验方法的敏感度更高。采用不同的试验方法（如条样法、抓握法、开孔法等）所得结果存在显著差异。因此，建立统一、科学、可比的拉伸性能测试方法标准，成为全球非织造布行业共同关注的焦点。1.2标准立项的必要性在ISO9073-18:2023发布之前，非织造布拉伸性能的测试主要参照ISO9073-3（条样法）进行。然而，条样法要求试样必须裁剪成规定宽度的条状，在测试过程中试样整个宽度均被夹具夹持，这与非织造布在实际应用中常以局部受力为主的工况存在差异。对于一些结构较为松散或延伸性较大的非织造布，条样法试样在测试过程中容易在夹具边缘产生应力集中，导致断裂位置集中于夹持区域，从而影响测试结果的准确性和代表性。抓握拉伸试验方法借鉴了机织物测试中的抓握法（如ASTMD5034），其核心特点在于夹具仅夹持试样中间部分的有限宽度区域，试样边缘处于自由状态。这种方法更接近材料在实际使用中受到局部抓握拉伸时的受力状态，能够更真实地反映材料的整体结构贡献和纤维间的纠缠作用。在此背景下，国际标准化组织纺织技术委员会非织造布分技术委员会（ISO/TC38/SC24）启动了该标准的制定工作，旨在为全球非织造布行业提供一种科学、可靠、具有良好复现性的拉伸性能测试方法。二、标准研制历程2.1标准制定过程ISO9073-18:2023的制定工作经历了系统而严谨的标准化研制流程。该标准由ISO/TC38（纺织品技术委员会）下属的SC24（非织造布分技术委员会）负责起草制定。标准制定工作遵循ISO/IEC指令第1部分《技术工作程序》和ISO导则《国际标准制定的步骤》的相关规定，按照提案阶段（NP）、准备阶段（WD）、委员会阶段（CD）、询问阶段（DIS）、批准阶段（FDIS）和出版阶段（IS）等六个阶段逐步推进。在提案阶段，SC24秘书处组织专家对非织造布行业现有的测试方法进行了全面调研，收集了各成员国在拉伸性能测试方面的经验和需求。经过多轮讨论和投票，该提案获得了多数成员体的支持，正式立项。在标准起草过程中，工作组（WG）召集了来自全球主要非织造布生产商、测试机构、科研院所和仪器设备供应商的技术专家，先后召开了多次线下和线上工作会议。专家们对试样尺寸、夹持方式、拉伸速率、预加张力、夹具结构等技术参数进行了系统的实验室间比对试验（round-robintest），以确保所确定的技术参数具有良好的准确性和精密度。经过多轮修改和完善，该标准于2023年11月17日正式发布。2.2标准定位与体系结构ISO9073-18:2023是ISO9073《非织造布试验方法》系列标准的第18部分。该系列标准由多个独立部分构成，涵盖非织造布的定量分析、厚度测定、拉伸性能、撕裂性能、穿刺性能、渗透性能等多个方面的测试方法。标准编号中的“Part18”表明其在系列标准中的序号位置，各部分之间相互独立又互为补充，共同构成完整的非织造布试验方法体系。ISO9073系列标准的部分结构如下表所示：|标准编号|标准内容||---------|---------||ISO9073-1|非织造布单位面积质量的测定||ISO9073-2|非织造布厚度的测定||ISO9073-3|非织造布拉伸强度和断裂伸长率的测定（条样法）||ISO9073-4|非织造布撕裂强度的测定||ISO9073-5|非织造布耐穿刺性的测定||ISO9073-6|非织造布吸收性的测定||ISO9073-9|非织造布悬垂系数的测定||ISO9073-10|非织造布在干态和湿态下产生尘屑的测定||ISO9073-16|非织造布抗渗水性的测定（耐静水压法）||ISO9073-17|非织造布吸水性的测定（吸水时间法）||ISO9073-18|非织造布拉伸强度和断裂伸长率的测定（抓握拉伸试验法）|三、标准主要内容3.1适用范围ISO9073-18:2023规定了采用抓握拉伸试验法测定非织造布拉伸强度和断裂伸长率的试验方法。该标准适用于大多数非织造布材料，包括但不限于：一次性卫生用品用非织造布（如纸尿裤面层、导流层、底膜等）、医疗防护用非织造布（如手术衣、手术罩单、防护服等）、过滤用非织造布、土工用非织造布以及汽车内饰用非织造布等。标准明确指出，该测试方法可以用于评估非织造布在受到局部抓握应力作用时的力学响应，特别适用于那些在条样法测试中容易出现夹持区断裂或测试结果变异较大的材料。3.2方法原理抓握拉伸试验的核心原理是：将规定尺寸的矩形试样，在规定的标准大气条件下进行调湿处理后，以一定的夹持方式——即夹具仅夹持试样宽度方向的中间部分，而非整个试样宽度——将试样安装在拉伸试验机上。试验机以恒定的速率对试样施加拉伸载荷，直至试样断裂。通过记录拉伸过程中的力-伸长曲线，测定试样的拉伸强度（最大拉力）和断裂伸长率。抓握法相对于条样法的核心差异在于：试样中未被夹具夹持的两侧边缘部分在拉伸过程中可以自由收缩，这使得试样在拉伸时呈现“颈缩”现象，测试结果反映了材料在非均匀应力分布下的综合力学响应。该方法能够充分利用试样中纤维之间的相互滑移和纠缠作用，更接近非织造布在实际使用过程中（如被手指抓握拉扯、被局部固定件牵拉等）的受力状态。3.3试验设备与材料标准对试验设备提出了明确的技术要求：拉伸试验机：应具备恒定的拉伸速率控制功能，可选择CRE（恒定速率伸长）型试验机。试验机的载荷量程应能覆盖试样的断裂强力范围，通常要求试验机的示值误差不超过±1%。夹具的分离速率应能在规定范围内精确控制。夹具系统：标准对抓握试验用夹具的结构做了详细规定。夹具的夹持面宽度应在25mm±1mm范围内，夹具的钳口面应平整光滑，以保证在试验过程中试样不在夹持区域产生滑移或预损伤。夹具的设计应确保在夹持试样时，试样的宽度方向中心线与夹具的中心线对齐。试样裁取工具：应使用符合要求的裁样器或剪刀，确保试样边缘整齐、无缺口、无毛刺，避免对测试结果产生不良影响。3.4试样制备标准规定，试样应为长方形条状，宽度为100mm±1mm，长度应保证夹持后有效拉伸长度达到规定要求（通常为200mm或根据仪器夹距设定）。在每个样品上，应分别沿纵向（MD-机器方向）和横向（CD-交叉方向）各裁取至少5块试样。对于均匀性较差的非织造布材料，建议增加试样数量以提高测试结果的可靠性。试样应在标准大气条件下进行调湿处理。标准采用的调湿和试验用标准大气为：温度20±2℃，相对湿度65±4%。试样调湿时间通常不少于24小时，对于吸湿性较强的材料应适当延长调湿时间。在急用情况下，可以将试样置于标准大气条件下至少4小时，并在报告中注明。3.5试验步骤试验的具体操作步骤如下：（1）检查拉伸试验机，确保设备处于良好工作状态并已进行校准；（2）设定试验参数：夹持间距（标距）为100mm±1mm，拉伸速率为100mm/min±10mm/min；（3）将调湿后的试样平整地夹入上下夹具中，确保试样中心线与夹具中心线对齐，试样在夹具中不应有褶皱、扭曲或预张力；（4）启动试验机，以恒定的速率拉伸试样，直至试样断裂；（5）记录最大拉力值（即拉伸强度）和对应的伸长量；（6）每个方向分别测试至少5块试样，计算算术平均值和变异系数。3.6结果计算与表示拉伸强度以牛顿（N）为单位，记录每块试样的最大拉力值，计算所有测试试样的算术平均值。断裂伸长率以百分比（%）表示，按照以下公式计算：$$E=\frac{\DeltaL}{L_0}\times100\%$$式中：E为断裂伸长率，%；ΔL为试样断裂时的伸长量，mm；L₀为试样的初始标距，mm。测试结果应分别报告纵向（MD）和横向（CD）的拉伸强度和断裂伸长率的平均值，以及标准差或变异系数，以反映测试结果的离散程度。3.7精密度与偏差标准在附录中提供了实验室间比对试验的精密度数据。根据比对试验结果，在同一实验室内，拉伸强度的重复性变异系数一般在5%-10%之间；在不同实验室之间，拉伸强度的再现性变异系数一般在10%-15%之间。断裂伸长率的变异系数通常略高于拉伸强度。四、标准的技术特点与应用价值4.1与相关标准的对比分析ISO9073-18:2023与ISO9073-3（条样法）在测试原理和适用范围上形成互补关系。两者对比如下表所示：|对比项目|ISO9073-3（条样法）|ISO9073-18（抓握法）||---------|-------------------|---------------------||夹持方式|试样全宽度夹持（50mm或25mm）|仅夹持中间部分（25mm宽）||试样宽度|50mm或25mm|100mm||受力状态|均匀应力分布|非均匀应力分布||断裂特征|多在夹持区边缘断裂|多在自由区域断裂||适用材料|结构较紧密的非织造布|结构松散或延伸性大的非织造布||应用场景|产品质量控制和验收|模拟实际使用中的局部受力|标准还与美国材料与试验协会的ASTMD5034标准（机织物抓握拉伸试验方法）存在技术上的关联，但在试样尺寸和试验参数方面针对非织造布的材料特性进行了优化调整。4.2应用价值在质量控制方面，该标准为非织造布生产企业提供了可靠的力学性能评价手段。通过抓握拉伸试验获得的拉伸强度和断裂伸长率数据，可以有效监控生产过程的稳定性和产品的一致性。特别是对于结构蓬松、手感柔软的非织造布产品（如热风非织造布、水刺非织造布等），抓握法比条样法具有更好的区分度。在研发创新方面，该标准为新材料的开发和工艺优化提供了技术支撑。研发人员可以通过对比不同工艺条件下制备的非织造布的抓握拉伸性能，优化纤维原料配比、固结工艺参数等关键技术要素。在贸易流通方面，统一的国际测试方法标准有助于消除技术壁垒，促进非织造布产品的国际贸易和全球采购。五、主要起草单位5.1ISO/TC38/SC24非织造布分技术委员会ISO/TC38是国际标准化组织下设的纺织品技术委员会，负责纺织品领域的国际标准化工作。SC24是其下属的非织造布分技术委员会，秘书处由多个成员体共同承担，目前主要负责非织造布术语、测试方法和产品规范等领域的标准制定工作。SC24的组织结构包括：主席团（Bureau）、秘书处、工作组（WG）和咨询组（AG）。ISO9073-18:2023主要由SC24下设的力学性能测试工作组（对应WG）负责起草。该工作组汇集了来自中国、德国、美国、日本、韩国、法国、比利时等主要非织造布生产国的专家代表，包括生产企业技术人员、独立检测机构专家、科研院所学者和仪器制造商代表。工作组专家在标准制定过程中发挥了不可替代的作用：他们不仅提供了各自国家在非织造布拉伸性能测试方面的经验和数据，还积极组织了实验室间比对试验，为确定测试参数的最优值提供了详实的实验依据。5.2中国参与情况中国作为全球最大的非织造布生产国，高度重视ISO9073-18的制定工作。全国纺织品标准化技术委员会产业用纺织品分技术委员会（SAC/TC209/SC7）组织了国内相关单位积极跟踪和参与该标准的制定。国内主要参与单位包括中国产业用纺织品行业协会、中国纺织科学研究院有限公司、中国检验检疫科学研究院以及行业龙头企业等。中国专家在标准制定过程中提出了多项具有建设性的技术意见，特别是在试样数量确定、夹具结构设计等方面贡献了中国在非织造布测试领域的实践经验和研究成果。该标准发布后，国内相关标准化技术委员会正在积极推进将其转化为国家标准的工作，以促进国内非织造布行业与国际标准的接轨。六、结论与展望ISO9073-18:2023的发布和实​​施，标志着非织造布拉伸性能测试方法标准化取得了新的重要进展。作为ISO9073系列标准的重要组成部分，该标准填补了非织造布抓握拉伸试验方法在国际标准层面的空白，与条样法形成了有效的技术互补。展望未来，非织造布试验方法标准化将在以下方向持续发展：第一，向智能化方向演进。随着人工智能、机器视觉等技术与材料测试技术的深度融合，非织造布力学性能测试有望实现更高的自动化和智能化水平，实现测试过程的全自动化和数据的实时分析处理。第二，向应用导向深化。针对非织造布在医疗卫生、过滤分离、土工建筑等不同应用领域的差异化需求，开发更具针对性的专用测试方法将成为趋势。第三，向绿色可持续拓展。随着全球对可持续发展和循环经济的日益重视，可降解非织造布、生物基非织造布等新型环保材料的测试方法标准化需求将不断涌现。建议国内相关企业和检测机构及时跟踪ISO9073-18:2023的技术内容，在设备配置、人员培训和质量控制体系方面做好应对准备，积极推动该标准在国内的转化实施。同时，在未来的标准修订过程中，中国应进一步加强参与力度，将国内非织造布产业的技术需求和发展经验融入国际标准之中，提升中国在全球非织造布标准化领域的话语权和影响力。参考文献[1]ISO9073-