ISO 213682022 粘合剂.粘合结构的制造指南和适用于此类结构风险评估的报告程序标准立项发展报告

ISO21368:2022《粘合剂粘合结构的制造指南及适用于此类结构风险评估的报告程序》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Adhesives—GuidelinesfortheFabricationofAdhesivelyBondedStructuresandReportingProceduresSuitablefortheRiskEvaluationofSuchStructures摘要粘接技术作为现代先进制造领域的关键连接工艺，在航空航天、汽车制造、轨道交通、电子电器及建筑结构等高端产业中发挥着不可替代的作用。然而，粘接结构的质量可靠性高度依赖于制造工艺的规范性和风险控制的有效性，而相关国际标准的缺失长期制约着行业的规范化发展。ISO21368:2022《粘合剂粘合结构的制造指南及适用于此类结构风险评估的报告程序》由国际标准化组织（ISO）正式发布，填补了粘接结构制造工艺与风险评估报告程序领域的国际标准空白。该标准系统规定了粘接结构制造的全流程工艺要求，涵盖了基材表面处理、粘合剂选择与储存、施胶工艺控制、固化工艺参数、质量控制与检验方法，以及质量追溯文件等核心内容，并建立了适用于粘接结构风险评估的报告程序和文件化体系。本报告从标准立项背景、编制原则、主要内容、预期应用效果及发展展望等方面，对该标准的立项与实施情况进行系统论述，旨在为粘接技术领域的工程实践和标准化工作提供参考和指导。关键词：粘合剂；粘接结构；制造指南；风险评估；国际标准；工艺控制；质量保证Keywords:Adhesives;AdhesivelyBondedStructures;FabricationGuidelines;RiskEvaluation;InternationalStandards;ProcessControl;QualityAssurance一、引言1.1标准立项背景与行业需求随着轻量化设计理念在航空航天、新能源汽车、高速列车等高端制造领域的深入推广，粘接技术凭借其独特的优势——应力分布均匀、连接效率高、可连接异种材料、密封性能优异且能有效减轻结构重量——已成为与焊接、铆接、螺栓连接并列的四大连接技术之一。据统计，在当代先进民用客机的机身结构中，粘接结构的应用面积已超过机身总面积的60%，而在新能源汽车领域，结构粘接已成为电池包壳体与车身框架连接的主流工艺方案。然而，与焊接等成熟连接技术相比，粘接结构的质量受工艺因素影响更为显著。粘接强度不仅取决于粘合剂本身的性能，还与表面处理质量、施胶环境条件、固化工艺参数等数十个工艺变量密切相关，任何一个环节的控制失当都可能导致粘接接头性能的急剧下降甚至失效。更为关键的是，粘接接头的内部缺陷具有隐蔽性特征，传统无损检测手段难以完全识别“弱粘接”（weakbond）和“零体积缺陷”（kissingbond）等危险缺陷类型，这使得粘接结构在服役过程中存在较大的安全隐患。针对上述问题，国际标准化组织ISO于2018年正式启动ISO21368标准的编制工作，旨在为粘接结构的制造提供统一的工艺指南，并建立一套适用于粘接结构风险评估的文件化报告程序。该标准的编制得到了航空航天、汽车制造、建筑结构等领域的广泛响应，经过四年的技术讨论与多轮修订，最终于2022年3月7日正式发布。1.2标准定位与作用ISO21368:2022是一项涵盖粘接结构制造全过程的技术指南类标准，兼具工艺规范与风险评估的双重功能定位。从技术层面而言，该标准为制造企业提供了从材料选型、表面处理、施胶固化到质量检验的全链条工艺指引；从管理层面而言，该标准建立了一套标准化的报告程序，使制造企业能够系统性地识别、评估和控制粘接结构在制造及服役过程中的潜在风险，为产品质量追溯和安全评估提供了规范依据。二、标准编制原则与依据2.1编制原则ISO21368:2022的编制遵循了以下基本原则：（1）科学性：标准技术内容的确定基于大量的试验验证数据和工程实践积累，确保所规定的工艺参数、操作要求及检验方法具有充分的科学依据。标准的编制过程中，ISO/TC61（塑料）标准化技术委员会下属工作组广泛征集了来自德国FraunhoferIFAM研究所、美国NASA、欧洲航空安全局（EASA）等权威机构的试验数据和技术报告。（2）适用性：考虑到粘接技术在航空航天、汽车、建筑、电子等不同行业中的应用差异，标准在制定工艺要求时充分兼顾了各行业的技术特点和管理模式的差异性，尽量避免对不同行业的制造工艺施加过度统一的限制性要求，在保证安全底线的前提下为各行业的实施留出合理的裁量空间。（3）协调性：标准的编制注重与国际通行的质量管理体系标准（如ISO9001）、航空航天质量管理体系标准（AS/EN9100）以及胶粘剂产品标准（如ISO10363、ISO9142等）之间的协调衔接，形成了一套完整、互补的标准体系。（4）先进性：标准充分吸纳了近年来粘接技术领域的最新研究成果和先进工艺方法，包括等离子体表面处理技术、自动化施胶与机器人涂布技术、实时过程监控技术以及基于机器学习的风险评估方法等。2.2编制依据本标准的技术内容主要基于以下依据：一是ISO/TC61/SC11分技术委员会积累的胶粘剂测试方法标准的验证数据；二是航空航天领域粘接结构合格审定规章（如FAR25部附录I）中对粘接结构制造的技术要求；三是欧洲粘接技术指南（EAST-Guideline）和德国DVS®3310系列标准中关于粘接结构制造与质量保证的实践经验；四是世界各主要工业国家对粘接结构安全评估和风险管理的研究成果。三、标准主要内容ISO21368:2022标准正文包括以下主要技术章节：3.1范围与规范性引用文件标准规定了粘合剂粘接结构制造的通用指南，以及适用于粘接结构风险评估的报告程序。标准适用于以结构粘接为目的的金属、复合材料、塑料、陶瓷及木材等基材的粘接结构制造。标准不适用于以密封为主要目的的非结构粘接应用场景。3.2术语与定义标准对粘接技术领域的核心术语进行了统一界定，包括但不限于以下关键术语：-粘接接头（adhesivejoint）：通过粘合剂将两个或多个被粘物连接而成的结构单元；-表面处理（surfacetreatment）：为提高粘接性能而对被粘物表面进行的物理或化学处理过程；-弱粘接（weakbond）：粘接接头强度显著低于预期值但无明显宏观缺陷的粘接状态；-风险评估（riskevaluation）：对粘接结构在设计、制造和使用过程中潜在危害发生的可能性和后果严重程度进行系统分析和评价的过程。这些术语在国际范围内为粘接技术交流和标准实施建立了统一的技术语言。3.3粘接结构制造指南该章节是标准的核心里程碑，系统地规定了对粘接结构的制造过程中各关键环节的技术要求：（1）粘合剂的选择与储存管理。标准要求制造企业应根据粘接结构的设计载荷、服役环境（温度、湿度、化学介质等）、基材类型以及固化条件等因素进行粘合剂的选型，并建立严格的粘合剂来料检验、储存期限管理、有效期控制和批次追溯制度。特别强调了湿气固化型粘合剂和双组分粘合剂在储存和使用过程中的环境条件控制要求。（2）基材表面处理。标准将表面处理视为粘接质量的首要控制环节，系统规定了表面清洁、脱脂、机械打磨、化学蚀刻、阳极氧化、等离子体活化等各类表面处理方法及其适用基材范围，并对表面处理后的活性保持时间（tack-freetime）和污染防护提出了明确要求。标准引入了表面润湿性检测（接触角测量）和X射线光电子能谱（XPS）分析等表面质量的验证方法。（3）施胶工艺控制。标准对粘合剂的混合比例、混合均匀性、施胶量控制、涂布方式（手工刮涂、辊涂、喷涂、机器人定量涂布等）、施胶环境（温度、相对湿度、洁净度）及开放时间（opentime）和装配时间（assemblytime）等关键参数的控制要求做出了明确规定。（4）固化工艺控制。标准针对不同类型粘合剂的固化特性，分别规定了室温固化、加热固化、紫外光固化等固化方式下的工艺参数控制要求，包括固化温度、升温速率、保温时间、固化压力以及固化后的冷却速率等。同时，对固化设备的温度均匀性校准和温度曲线的验证方法提出了技术要求。（5）质量控制与检验。标准要求制造企业建立包括过程检验和最终检验在内的完整质量控制体系。过程检验涵盖表面处理质量检验、施胶量抽查和固化参数监控；最终检验包括外观检查、尺寸检测和无损检测（超声扫描、红外热成像等）。标准特别强调了随炉试样（coupon）的制备和测试要求，以作为粘接结构质量验收的间接依据。3.4风险评估报告程序该章节建立了一套粘接结构风险评估的报告框架，其核心技术思路是：首先，标准要求制造企业识别粘接结构全生命周期（设计、制造、运输、安装、服役、维护）中可能导致粘接失效的危害因素，建立风险识别清单。其次，采用失效模式与影响分析（FMEA）方法对已识别的风险进行定性或半定量评价，综合考虑失效发生的可能性等级和失效后果的严重程度等级，进而确定风险等级（高、中、低）并制定相应的风险控制措施。四、标准主要参与单位介绍ISO21368:2022标准的制定工作由国际标准化组织ISO/TC61（塑料）技术委员会下的SC11（胶粘剂产品）分技术委员会牵头组织。在标准编制过程中，全球多个权威技术机构发挥了核心作用。其中，德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（FraunhoferIFAM）作为该标准编制工作的主要技术支撑单位，贡献尤为突出。FraunhoferIFAM是全球粘接技术领域最负盛名的研究机构之一，总部位于德国不来梅，拥有超过800名科研人员，专注于粘接技术、表面工程和材料表征等方向的研究。该研究所下设的粘接技术部拥有全套粘接结构制造与测试的先进设备，包括自动化等离子体表面处理系统、机器人施胶工作站、多模式无损检测系统等。FraunhoferIFAM长期承担航空航天、汽车和轨道交通等领域粘接结构制造工艺的验证与认证工作，并与空客、宝马、西门子等国际知名企业保持着深度技术合作关系。在ISO21368标准的编制过程中，FraunhoferIFAM承担了以下关键工作：一是基于其在欧洲航空安全局（EASA）粘接结构合格审定技术研究项目中的成果积累，为标准的制造工艺章节提供了系统性的技术输入；二是主导了标准中风险评估框架的设计，将其在风力发电叶片粘接结构安全评估项目中开发的FMEA应用方法引入标准文本；三是组织了多项国际实验室间的粘接工艺比对试验，为标准中工艺参数的确定提供了试验数据支撑；四是主持了标准草案多轮国际征求意见的汇总与处理工作。此外，美国航空航天局（NASA）材料与制造实验室、法国国家航空航天研究院（ONERA）、日本接着剂工业会（JAIA）以及中国胶粘剂工业协会等机构也深度参与了标准的讨论与修订工作，为标准的技术内容贡献了各自的工程实践经验。五、标准实施的意义与预期效果5.1对制造业质量提升的推动作用ISO21368:2022的发布与实施对全球粘接技术应用行业将产生深远影响。首先，标准为粘接结构的制造建立了国际统一的工艺基准，为跨国企业的全球供应链质量管理提供了技术协调的参考依据。其次，标准所规定的风险评估报告程序将推动制造企业从被动的“事后检验”向主动的“过程风险管控”模式转变，全面提升粘接结构的安全性。此外，标准的实施还有助于缩小不同企业在粘接工艺管理水平上的差距，促进先进工艺技术的推广应用。5.2对相关标准体系的完善该标准与ISO10363（热熔粘合剂热稳定性测定）、ISO9142（粘合剂T型剥离强度测定）、ISO4587（粘合剂拉伸搭接剪切强度测定）等标准形成互补，共同构成了覆盖“材料性能—工艺制造—风险评价”的完整标准链条。该标准的实施将为后续粘接结构认证、人员资质认定等标准的制定奠定重要的基础。六、结论与展望ISO21368:2022作为国际标准化组织在粘接结构制造与风险评估领域发布的首项综合性强、适用范围广的国际标准，填补了粘接结构制造工艺和质量保证国际标准的空白。该标准的发布不仅是粘接技术标准化进程中的重要里程碑，更标志着全球粘接技术从经验型工艺向规范化、数字化、智能化方向迈出了坚实的一步。展望未来，随着工业4.0和智能制造技术的深入推进，粘接结构制造工艺的数字化监控、粘接质量在线评估与预测、基于数字孪生的粘接结构全寿命周期管理等前瞻性技术将逐步走向工程应用，这些技术方向也将成为ISO/TC61后续标准制定的重要方向。与此同时，随着复合材料粘接修补技术在新能源汽车、风力发电、船舶制造和基础设施维保领域的应用规模持续扩大，ISO21368标准的相关技术内容也将在实践中不断迭代和完善。参考文献：[1]ISO21368:2022,Adhesives—Guidelinesforthefabricationofadhesivelybondedstructuresandreportingproceduressuitablefortheriskevaluationofsuchstructures[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[2]ISO9001:2015,Qualitymanagementsystems—Requi