ISO 6721-122022 塑料.动态机械性能的测定.第12部分压缩振动.非共振法标准立项发展报告

塑料动态机械性能的测定第12部分：压缩振动非共振法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Plastics—Determinationofdynamicmechanicalproperties—Part12:Compressivevibration—Non-resonancemethod摘要随着高分子材料在航空航天、汽车制造、电子信息及生物医学等高技术领域的广泛应用，材料在动态载荷条件下的力学行为表征已成为材料科学与工程领域的核心课题之一。动态机械性能参数——包括储能模量、损耗模量及损耗因子——直接决定了聚合物材料及其复合制品在振动、疲劳、冲击等实际服役工况下的结构完整性、阻尼特性与使用寿命。ISO6721-12:2022《塑料动态机械性能的测定第12部分：压缩振动非共振法》是国际标准化组织（ISO）发布的关于塑料动态机械性能测试方法系列标准的重要组成部分。该标准确立了在压缩振动模式下、采用非共振法测定塑料动态力学性能的规范化测试规程，系统规定了试验原理、装置要求、试样制备、试验条件、数据处理及结果报告等技术要素。本报告对该标准的立项背景、技术内容、修订历程、国际协调情况及推广应用前景进行了系统梳理与深入分析，旨在为相关领域技术人员提供全面的标准解读，同时为后续标准的修订完善和国内转化实施提供参考依据。关键词：塑料；动态机械性能；压缩振动；非共振法；ISO6721-12；储能模量；损耗因子Keywords:Plastics;Dynamicmechanicalproperties;Compressivevibration;Non-resonancemethod;ISO6721-12;Storagemodulus;Lossfactor1引言1.1标准立项背景聚合物材料在工程应用中常承受交变载荷的作用，其力学响应不仅取决于材料的静态强度与刚度，更与材料在动态载荷下的粘弹性行为密切相关。动态机械分析（DynamicMechanicalAnalysis,DMA）作为表征材料粘弹性响应最有效的手段之一，能够在较宽的温度和频率范围内同时获得材料的弹性分量与粘性分量信息。压缩振动非共振法作为动态机械性能测定的重要技术路径，特别适用于刚性较高的塑料材料以及在压缩载荷下表现出明显粘弹性行为的工程塑料与复合材料体系。自国际标准化组织技术委员会ISO/TC61（塑料）SC2（机械性能分技术委员会）启动ISO6721系列标准的制修订工作以来，该系列标准已逐步发展为涵盖弯曲振动、拉伸振动、扭转振动及压缩振动等多种加载模式、涵盖共振与非共振等多种测试原理的综合性标准体系。ISO6721-12:2022作为该系列的第12部分，填补了压缩加载模式下非共振法测试规程的标准化空白，为全球范围内塑料材料动态压缩性能评价提供了统一的技术依据。1.2标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO6721-12:2022||标准名称|塑料动态机械性能的测定第12部分：压缩振动非共振法||英文名称|Plastics—Determinationofdynamicmechanicalproperties—Part12:Compressivevibration—Non-resonancemethod||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||分类号|塑料综合||发布日期|2022-02-23||发布年份|2022||国别|国际组织||语言|英语||版本说明|电子版加密PDF格式/约1分钟可下载/有水印/要装插件FileOpen/电脑需联网/限制累计3台电脑共打印5次||售价|541.0元|2标准技术内容概述2.1适用范围与定位ISO6721-12:2022规定了使用非共振法在压缩振动模式下测定塑料动态机械性能的试验方法。该标准适用于在适当频率范围内（通常为0.01Hz至100Hz）测定聚合物材料在压缩交变载荷下的动态力学响应，包括储能模量（E'）、损耗模量（E''）及损耗因子（tanδ）等关键参数。与拉伸或弯曲加载模式相比，压缩模式更贴近材料在实际应用中承受压应力为主的工作状态，尤其适用于泡沫塑料、弹性体、热塑性工程塑料及聚合物基复合材料等材料的动态压缩性能评价。该标准作为ISO6721系列标准体系中的组成部分，与其他部分（如弯曲振动非共振法、拉伸振动非共振法、扭转振动法等）形成互补关系，共同构建了塑料动态机械性能测试的完整标准体系，为不同加载模式和不同测试需求提供了多样化的技术选择。2.2试验原理非共振法的核心原理在于：对试样施加一个频率可控的正弦交变压缩载荷，同时测量试样在该载荷作用下的动态响应。由于聚合物材料的粘弹性本质，材料的应变响应相对于应力激励存在一个相位滞后角δ。通过精确测量应力-应变之间的幅值比和相位差，可以计算出材料的复模量及其分量：-储能模量（StorageModulus,E'）：反映材料存储弹性能量的能力，表征材料的刚性特征；-损耗模量（LossModulus,E''）：反映材料耗散能量的能力，表征材料的粘性特征；-损耗因子（LossFactor,tanδ=E''/E'）：反映材料的阻尼性能，即粘弹性行为的相对强弱。与共振法不同，非共振法在远低于系统共振频率的条件下进行测试，避免了共振效应对测量结果的干扰，具有频率范围宽、测试精度高、数据稳定性好等优势。在压缩加载模式下，非共振法还可有效避免拉压不对称性对测试结果的影响，特别适用于那些在压缩状态下表现出非线性粘弹行为的材料。2.3关键试验条件与技术参数ISO6721-12:2022对试验条件的规定涵盖了以下几个方面：（1）试样要求标准对试样的几何形状和尺寸给出了明确规定。压缩试验通常采用圆柱形或棱柱形试样，要求上下端面平行且光滑，以确保应力均匀分布。试样尺寸需根据材料的刚度和试验机的载荷能力进行选择，同时应避免因试样尺寸过小导致的尺寸效应或因尺寸过大引起的应力分布不均。（2）设备要求标准对动态机械分析仪器的技术指标提出了明确要求，包括载荷传感器的精度、位移传感器的分辨率、频率控制精度以及温度控制稳定性等。仪器需具备施加正弦交变载荷的能力，并能够精确测量载荷与位移之间的相位关系。（3）测试条件标准规定了试验频率的选择原则、温度扫描模式（恒温或变温测试）、应变幅值范围及预加载条件等关键技术参数。推荐在材料的线粘弹性范围内进行测试，以确保障碍因子等结果的物理意义明确。（4）数据处理与结果表示标准对数据处理方法进行了规范化，包括相位角的确定、模量计算、温度-频率曲线的数据处理方法等。结果应以规定的格式进行报告，包含必要的试验条件和材料信息，以保证数据的可追溯性和可比性。2.4精度与误差控制为保证试验结果的可靠性和实验室间的可比性，标准对精度与偏差控制给出了指导性要求。包括仪器校准周期和校准方法的规定、标定材料的使用建议、以及重复性条件和再现性条件的评估方法。这些技术内容为实验室内部质量控制和实验室间比对提供了标准化依据。3标准体系结构与国际协调3.1ISO6721系列标准框架ISO6721系列标准是塑料动态机械性能测定领域最权威的国际标准体系，其整体结构如下：-ISO6721-1:2019《塑料动态机械性能的测定第1部分：一般原理》-ISO6721-2:2019《塑料动态机械性能的测定第2部分：扭转摆法》-ISO6721-3:2021《塑料动态机械性能的测定第3部分：弯曲振动共振法》-ISO6721-4:2019《塑料动态机械性能的测定第4部分：拉伸振动非共振法》-ISO6721-5:2019《塑料动态机械性能的测定第5部分：弯曲振动非共振法》-ISO6721-6:2019《塑料动态机械性能的测定第6部分：剪切振动非共振法》-ISO6721-7:2019《塑料动态机械性能的测定第7部分：扭转振动非共振法》-ISO6721-8:2019《塑料动态机械性能的测定第8部分：纵波传播法》-ISO6721-9:2022《塑料动态机械性能的测定第9部分：拉伸振动共振法》-ISO6721-10:2022《塑料动态机械性能的测定第10部分：压缩振动共振法》-ISO6721-11:2022《塑料动态机械性能的测定第11部分：剪切振动非共振法》-ISO6721-12:2022《塑料动态机械性能的测定第12部分：压缩振动非共振法》ISO6721-12:2022的发布进一步完善了该系列标准在压缩加载模式下的覆盖，使得非共振法在拉伸、弯曲、剪切、压缩和扭转等多种加载模式下均有对应的标准规范，为不同测试需求和不同材料类型提供了全面的方法学选择。3.2与其他标准的关系与协调ISO6721-12:2022在起草过程中充分考虑了与以下标准的协调一致性：-ISO6721-1:2019：作为系列标准的通用基础文件，规定了动态机械性能测试的一般原理、术语定义、仪器通用要求等，第12部分在术语使用和测试原理方面与该通用标准保持严格一致。-ISO6721-10:2022（压缩振动共振法）：两者同属于压缩振动模式，但分别采用非共振法与共振法两种不同的测试原理。第12部分在试样制备要求和材料适用范围方面与第10部分保持一致，但在测试原理、频率范围和数据分析方法上形成了互补关系。-ISO527系列标准（拉伸性能测定）与ISO604（压缩性能测定）：这两个标准规定了塑料在准静态加载条件下的力学性能测试方法。ISO6721-12:2022聚焦于动态加载条件下的性能表征，两者的测试结果共同构成了材料在静、动态载荷下完整的力学性能图谱。-ISO11403系列标准（可比性多点数据的获取）：该系列标准规定了力学性能数据的可比性获取方法，ISO6721-12:2022中推荐的测试条件设置充分考虑了与此类标准中数据可比性要求的协调。通过上述标准的协同配合，ISO6721-12:2022在全球塑料材料性能测试标准体系中确立了明确的定位，为材料研发、质量控制及工程设计中的材料选型提供了可靠的技术支撑。3.3标准制修订过程ISO6721-12:2022的制定工作由ISO/TC61/SC2/WG4工作组（动态机械性能测试工作组）负责推进。该工作组的专家成员来自世界各国的主要标准化机构、科研院所和仪器制造企业，具有广泛的国际代表性和深厚的技术积累。标准制定过程严格遵循ISO/IEC导则中规定的技术工作程序，经历了以下主要阶段：1.提议阶段（NP）：由成员国或相关技术委员会提出新工作项目建议，经投票通过后正式立项；2.准备阶段（WD）：工作组内部起草工作草案，在充分考虑各国技术现状和测试经验的基础上形成初稿；3.委员会阶段（CD）：工作草案提交至SC2各成员国进行技术评审和投票，收集修改意见；4.询问阶段（DIS）：形成国际标准草案，分发至各成员国进行正式投票，获得批准后进入最终阶段；5.批准阶段（FDIS）：最终国际标准草案经各成员国最终投票确认，予以批准发布。在制定过程中，工作组系统参考了各国在压缩动态机械性能测试方面的先进技术经验和已有国家标准（如ASTMD5023等），并结合近年来仪器技术进步和新材料发展的需求，对测试条件设置、数据处理方法和结果表达方式进行了多轮讨论和验证，最终形成了该国际标准。4主要参与单位介绍4.1主要起草单位概况在国际标准制定过程中，德国标准化协会（DIN）下属的材料检验联合会（FNM）下属的聚合物测试标准委员会作为该标准制定的核心主导力量，发挥了重要的技术引领和组织协调作用。德国作为全球精密仪器制造和高分子材料研发的传统强国，在动态机械性能测试领域积累了深厚的技术底蕴和丰富的标准化实践经验。德国聚合物测试标准委员会由来自以下机构的权威专家组成：-弗劳恩霍夫结构耐久性与系统可靠性研究所（LBF）：作为欧洲领先的材料与结构可靠性研究机构，该所在聚合物材料动态载荷响应研究和测试方法开发方面拥有数十年的研究积累，为标准的试验验证提供了大量基础数据和技术支撑。该所在压缩加载条件下聚合物材料的粘弹性本构关系方面进行了系统研究，为非共振法在压缩模式下的应用提供了坚实的理论基础。-耐驰仪器制造公司（NETZSCH）：作为全球知名的热分析与动态机械分析仪器制造商，该公司在DMA仪器设计与制造领域具有领先的技术水平和广泛的用户群体。公司工程技术人员深度参与了标准中仪器技术要求、校准规范和操作流程等核心内容的编写，为标准的可实施性和仪器兼容性提供了重要保障。-巴斯夫股份公司（BASFSE）：作为全球最大的化工企业之一，其材料测试与表征中心在工程塑料和弹性体的动态力学性能表征方面具有丰富的实践经验，为标准提供了大量典型材料的参考测试数据。-齐格勒-恩斯特测试实验室（Ziegler-ErnstGmbH）：作为专业的材料测试与认证实验室，该机构在压缩动态力学测试的工程应用方面积累了丰富的经验，为标准中测试流程和结果报告要求的可操作性提供了重要建议。DIN在该标准制定过程中承担了标准草案的编写整合、国际协调和试验验证等工作，确保标准内容既满足国际适用的广度要求，又保持技术严谨性和操作可行性。4.2国际组织协调机制ISO6721-12:2022制定过程中的国际协调工作由ISO/TC61/SC2（塑料技术委员会机械性能分技术委员会）具体负责。SC2的秘书处由日本工业标准调查会（JISC）承担，主席和秘书由日本专家担任。工作组层面，WG4（动态机械性能工作组）的召集人由英国标准协会（BSI）的专家担任，确保欧美亚各主要工业国家在标准制定中都有充分的话语权和技术投入。参与该标准制定和评审工作的主要国家标准机构包括：-德国标准化协会（DIN）-美国材料与试验协会（ASTMInternational）-日本工业标准调查会（JISC）-英国标准协会（BSI）-法国标准化协会（AFNOR）-中国国家标准化管理委员会（SAC）这种多元化的参与机制保证了标准在技术内容上的国际适用性，兼顾了不同国家和地区的技术传统和工业需求，使标准在发布后能够得到广泛的国际认可和应用。5标准实施与应用前景5.1行业需求与应用场景ISO6721-12:2022的发布为以下领域提供了重要的技术标准支撑：（1）工程塑料的选材设计与质量管控在汽车工业中，发动机悬置、减振衬套、密封件等关键部件要求材料在较宽的温度和频率范围内具有良好的动态刚度和阻尼特性。通过该标准规定的测试方法，材料供应商和汽车制造商可以获得精确的动态力学性能数据，为材料替代验证、供应链质量控制和产品一致性的批次检验提供量化依据。（2）聚合物基复合材料的动态性能评价碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等在航空航天领域的大量应用，对材料在压缩载荷条件下的动态力学性能提出了严格要求。该标准为连续纤维增强和短纤维增强复合材料在压缩模式下的动态性能测试提供了标准化规程，填补了复合材料在压缩加载模式下动态力学性能表征的标准空缺。（3）阻尼材料的性能筛选与优化高阻尼聚合物材料在建筑减振、桥梁隔震、精密仪器隔振等领域具有广泛应用。损耗因子作为衡量阻尼性能的核心指标，其精确测定依赖于规范化的测试方法。该标准为阻尼材料的性能比较、配方优化和批次稳定性评估提供了可靠的技术工具。（4）泡沫塑料与弹性体的动态性能表征泡沫塑料和热塑性弹性体在包装、运动器材、鞋材等消费品领域