ISO 11357-4:2005

Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 4: Determination of specific heat capacity

ISO 11357-4:2005 specifies methods for determining the specific heat capacity of plastics by differential scanning calorimetry.

Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) — Partie 4: Détermination de la capacité thermique massique

L'ISO 11357-4:2005 spécifie des méthodes de détermination de la capacité thermique massique des plastiques par analyse calorimétrique différentielle.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 19-Sep-2005
• Withdrawal Date: 19-Sep-2005
• ICS: 83.080.01 - Plastics in general
• Technical Committee: ISO/TC 61/SC 5 - Physical-chemical properties
• Drafting Committee: ISO/TC 61/SC 5/WG 8 - Thermal analysis
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 06-Jun-2014

Relations

• Revised: ISO 11357-4:2014 - Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 4: Determination of specific heat capacity
• Effective Date: 19-Oct-2013

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11357-4
First edition
2005-09-15

Plastics — Differential scanning
calorimetry (DSC) —
Part 4:
Determination of specific heat capacity
Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) —
Partie 4: Détermination de la capacité thermique massique




Reference number
ISO 11357-4:2005(E)
©
ISO 2005

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ISO 11357-4:2005(E)
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Published in Switzerland

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ISO 11357-4:2005(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Principle. 2
5 Apparatus . 3
6 Test specimen . 4
7 Test conditions and specimen conditioning . 4
8 Procedure . 4
9 Determination of specific heat capacities. 7
10 Precision and bias . 7
11 Test report . 7
Annex A (informative) An approximate expression of the specific heat capacity of pure α-alumina . 8
Bibliography . 10

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ISO 11357-4:2005(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 11357-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 5,
Physical-chemical properties.
ISO 11357 consists of the following parts, under the general title Plastics — Differential scanning calorimetry
(DSC):
⎯ Part 1: General principles
⎯ Part 2: Determination of glass transition temperature
⎯ Part 3: Determination of temperature and enthalpy of melting and crystallization
⎯ Part 4: Determination of specific heat capacity
⎯ Part 5: Determination of characteristic reaction-curve temperatures and times, enthalpy of reaction and
degree of conversion
⎯ Part 6: Determination of oxidation induction time
⎯ Part 7: Determination of crystallization kinetics

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11357-4:2005(E)

Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) —
Part 4:
Determination of specific heat capacity
1 Scope
This part of ISO 11357 specifies methods for determining the specific heat capacity of plastics by differential
scanning calorimetry.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 472, Plastics — Vocabulary
ISO 11357-1:1997, Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 1: General principles
ISO 31-0:1992, Quantities and units — Part 0: General principles
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 472 and ISO 11357-1 and the
following apply.
3.1
calibration material
material of known specific heat capacity
NOTE Usually, α-alumina (such as synthetic sapphire) of 99,9 % or higher purity is used as the calibration material.
3.2
specific heat capacity (at constant pressure)
c
p
quantity of heat necessary to raise the temperature of unit mass of material by 1 K at constant pressure
NOTE 1 It is given by the following equation:
–1 –1
c = m C = m (dQ/dT) (1)
p p p
where
m is the mass of material;
C is the heat capacity;
p
dQ is the quantity of heat necessary to raise the temperature of the material by dT;
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ISO 11357-4:2005(E)
subscript p indicates an isobaric process;
−1 −1 −1 −1
c is expressed in kilojoules per kilogram per K (kJ⋅kg ⋅K ) or in joules per gram per K (J⋅g ⋅K ).
p
This equation is valid in a temperature range where a material shows no first-order phase transition.
−1
(dQ/dT) = (dt/dT) × (dQ/dt) = (heating rate) × (heat flow rate) (2)
NOTE 2 At phase transitions, there is a discontinuity in the heat capacity. Part of the heat is consumed to produce a
material state of higher energy and it is not all used in raising the temperature. For this reason, the specific heat can only
be determined properly outside regions of phase transitions.
4 Principle
4.1 General
Each measurement consists of three runs at the same scanning rate (see Figure 1):
1) a blank run (empty pans in sample and reference holders);
2) a calibration run (calibration material in sample holder pan and empty pan in reference holder);
3) a specimen run (specimen in sample holder pan and empty pan in reference holder).

Key
X temperature T or time t
1 blank run
2 calibration run
3 specimen run
I isothermal baseline at start temperature T
s
II isothermal baseline at end temperature T
f
Figure 1 — Schematic drawing of typical DSC curves for specific heat capacity measurement
(blank, calibration and specimen runs) after baseline adjustment
2 © ISO 2005 – All rights reserved

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ISO 11357-4:2005(E)
4.2 Continuous-scanning method
Based on the DSC principle (see ISO 11357-1) and the definition of specific heat capacity given in 3.2, the
following relations can be obtained:
sp sp
mc⋅∝P −P (3)
p specimen run blank run
cal cal
mc⋅∝P −P (4)
p calibration run blank run
where
P is the heat flow rate (dQ/dt);
superscripts sp and cal represent specimen and calibration material, respectively (see Figure 1).
sp
When P , P and P are measured, c can be calculated using Equation (6),
specimen run calibration run blank run p
cal sp cal
since the values of c , m and m are known:
p
sp sp
mc⋅ PP−
p specimen run blank run
= (5)
cal cal
PP−
mc⋅ calibration run blank run
p
cal
mP −P
()
specimen run blank run
sp cal
cc=⋅ (6)
pp
sp
mP −P
()
calibration run blank run
4.3 Stepwise-scanning method
In the stepwise-scanning method, the total temperature range to be scanned is divided into small intervals and
a complete determination consisting of the three runs mentioned in 4.1 is performed for each temperature
interval. Upon integration of the heat flow rate curve, the total heat ∆Q consumed in the interval can be
obtained. Dividing ∆Q by the temperature interval ∆T and the mass of the specimen gives the specific heat
[see Equation (1)]:
sp blank
⎛⎞ ⎛ ⎞
∆∆QQ
sp sp
⎜⎟ ⎜ ⎟
mc⋅∝ − (7)
p
⎜⎟ ⎜ ⎟
∆∆TT
⎝⎠ ⎝ ⎠
pp
cal blank
⎛⎞⎛ ⎞
∆∆QQ
cal cal
⎜⎟⎜ ⎟
mc⋅∝ − (8)
p
⎜⎟⎜ ⎟
∆∆TT
⎝⎠⎝ ⎠
pp
Keeping the temperature intervals ∆T constant, combining Equations (7) and (8) results in:
cal sp blank
mQ∆−∆Q
sp cal
cc=⋅ ⋅ (9)
pp
sp cal blank
mQ∆−∆Q
5 Apparatus
5.1 DSC apparatus
See ISO 11357-1:1997, Subclause 5.1.
© ISO 2005 – All rights reserved 3

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ISO 11357-4:2005(E)
5.2 Pans
See ISO 11357-1:1997, Subclause 5.2.
The pans for the test specimen and the reference specimen (calibration material) shall be of the same shape
and material and their masses shall not differ by more than 0,1 mg.
NOTE The same blank run and calibration run can be used for several measurements, if the instrument is sufficiently
stable and the difference in mass between the calibration material pan and the empty pan is corrected for. An adequate
correction can be obtained by adding the term c (T)β∆m to the heat flow rate of the calibration run, where c (T) is
p,pan p
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11357-4
Première édition
2005-09-15


Plastiques — Analyse calorimétrique
différentielle (DSC) —
Partie 4:
Détermination de la capacité thermique
massique
Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) —
Part 4: Determination of specific heat capacity




Numéro de référence
ISO 11357-4:2005(F)
©
ISO 2005

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ISO 11357-4:2005(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT


©  ISO 2005
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous
quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
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Version française parue en 2012
Publié en Suisse

ii © ISO 2005 – Tous droits réservés

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ISO 11357-4:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
1  Domaine d'application . 1
2  Références normatives . 1
3  Termes et définitions . 1
4  Principe . 2
5  Appareillage . 4
6  Éprouvette . 5
7  Conditions d'essai et conditionnement des éprouvettes. 5
8  Mode opératoire . 5
9  Détermination des capacités thermiques massiques . 8
10  Fidélité et biais . 8
11  Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Expression approximative de la capacité thermique massique de
l'alumine-α pure . 9
Bibliographie . 11

© ISO 2005 – Tous droits réservés iii

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ISO 11357-4:2005(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 11357-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 5, Propriétés
physicochimiques.
L'ISO 11357 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Plastiques — Analyse
calorimétrique différentielle (DSC):
 Partie 1: Principes généraux
 Partie 2: Détermination de la température de transition vitreuse
 Partie 3: Détermination de la température et de l'enthalpie de fusion et de cristallisation
 Partie 4: Détermination de la capacité thermique massique
 Partie 5: Détermination des températures et temps caractéristiques de la courbe de réaction, de
l'enthalpie de réaction et du degré de transformation
 Partie 6: Détermination du temps d'induction à l'oxydation
 Partie 7: Détermination de la cinétique de cristallisation
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NORME INTERNATIONALE ISO 11357-4:2005(F)

Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) —
Partie 4:
Détermination de la capacité thermique massique
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 11357 spécifie des méthodes de détermination de la capacité thermique massique
des plastiques par analyse calorimétrique différentielle.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 472, Plastiques — Vocabulaire
ISO 11357-1:1997, Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) — Partie 1: Principes généraux
ISO 31-0:1992, Grandeurs et unités — Partie 0: Principes généraux
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 472 et l’ISO 11357-1 ainsi
que les suivants s'appliquent.
3.1
matériau d'étalonnage
matériau de capacité thermique massique connue
NOTE Une alumine- (telle que le saphir synthétique) d'une pureté supérieure ou égale à 99,9 % est généralement
utilisée comme matériau d'étalonnage.
3.2
capacité thermique massique (à pression constante)
c
p
quantité de chaleur nécessaire pour augmenter de 1 K la température d'une unité de masse de matériau à
une pression constante
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1

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ISO 11357-4:2005(F)
NOTE 1 Elle est donnée par l'équation suivante:
–1 –1
c = m C = m (dQ/dT) (1)
p p p
où
m est la masse du matériau;
C est la capacité thermique;
p
dQ est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température du matériau de dT;
indice p indique un processus isobare;
–1 –1 –1 –1
c est exprimée en kilojoules par kilogramme par K (kJkg K ) ou en joules par gramme par K (Jg K ).
p
Cette équation est valable dans la plage de température dans laquelle un matériau ne présente aucune transition de
phase du premier ordre.
–1
(dQ/dT) = (dt/dT)  (dQ/dt) = (vitesse de montée en température)  (flux thermique) (2)
NOTE 2 Une discontinuité de la capacité thermique est observée lors des transitions de phase. Une partie de la
chaleur est consommée pour que le matériau atteigne un état de plus haute énergie et n'est pas entièrement utilisée pour
augmenter la température. Pour cette raison, la capacité thermique ne peut être déterminée convenablement qu'en
dehors des zones de transitions de phase.
4 Principe
4.1 Généralités
Chaque mesurage consiste en trois cycles réalisés à la même vitesse de balayage (voir Figure 1):
1) un cycle à blanc (creusets vides dans les porte-creusets d'échantillon et de référence);
2) un cycle d'étalonnage (matériau d'étalonnage dans le creuset pour échantillon et creuset de référence
vide);
3) un cycle avec éprouvette (éprouvette dans le creuset pour échantillon et creuset de référence vide).
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2

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ISO 11357-4:2005(F)

Légende
X température T ou temps t
1 cycle à blanc
2 cycle d'étalonnage
3 cycle de l’éprouvette
I ligne de base isotherme à la température initiale T
s
II ligne de base isotherme à la température finale T
f
Figure 1 — Représentation schématique de courbes DSC types pour le mesurage de la capacité
thermique massique (cycles à blanc, d'étalonnage et de l’éprouvette)
après ajustement de la ligne de base
4.2 Méthode de balayage continu
En se basant sur le principe de la DSC (voir l'ISO 11357-1) et la définition de la capacité thermique massique
donnée en 3.2, les relations suivantes peuvent être obtenues:
sp sp
m c  P  P (3)
p cycle de l'éprouvette cycle à blanc
cal cal
m c  P  P (4)
p cycle d'étalonnage cycle à blanc
où
P est le flux thermique (dQ/dt);
les exposants sp et cal représentent respectivement l'éprouvette et le matériau d'étalonnage (voir
Figure 1).
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3

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ISO 11357-4:2005(F)
sp
Lorsque P P et P sont mesurés, c peut être calculé à l'aide de
cycle de l’éprouvette, cycle d’étalonnage cycle à blanc p
cal sp cal
l'Équation (6), car les valeurs de c , m et m sont connues:
p
sp sp
P  P
m  c
p cycle de l'éprouvette cycle à blanc
 (5)
cal cal
P  P
m  c cycle d'étalonnage cycle à blanc
p
cal

m P  P
cycle de l'éprouvette cycle à blanc
sp cal
c  c  (6)
p p
sp
mP  P
cycle d'étalonnage cycle à blanc
4.3 Méthode de balayage par paliers
Dans la méthode de balayage par paliers, la plage totale de température à analyser est divisée en petits
intervalles et une détermination complète comprenant les trois cycles mentionnés en 4.1 est réalisée pour
chaque intervalle de température. Lors de l'intégration de la courbe de flux thermique, il est possible d'obtenir
la chaleur totale Q consommée dans l'intervalle. La capacité thermique massique est obtenue en divisant Q
par l'intervalle de température T et la masse de l'éprouvette [voir Équation (1)]:
sp blanc
  
QQ
sp sp
   (7)
mc 
p
  
TT
  
pp
cal blanc
 
QQ
cal cal
  (8)
mc 
p
 
TT
 
pp
En maintenant les intervalles de température T constants, la combinaison des Équations (7) et (8) donne:
cal sp blanc
mQQ
sp cal
cc  (9)
pp
sp cal blanc
mQQ
5 Appareillage
5.1 Calorimètre différentiel à balayage
Voir l'ISO 11357-1:1997, paragraphe 5.1.
5.2 Creusets
Voir l'ISO 11357-1:1997, paragraphe 5.2.
Les creusets destinés à contenir l'éprouvette d’essai et l’éprouvette de référence (matériau d'étalonnage)
doivent avoir la même forme et être constitués du même matériau et leurs masses ne doivent pas différer de
plus de 0,1 mg.
NOTE Les mêmes cycle à blanc et cycle d'étalonnage peuvent être utilisés pour plusieurs mesures si l'instrument est
suffisamment stable et si la différence de masse entre le creuset destiné au matériau d'étalonnage et le creuset vide est
corrigée. Une correction adéquate peut être obtenue en ajoutant le terme c (T)∆m au flux thermique du cycle
p,creuset
d'étalonnage, où c (T) est la capacité thermique massique du creuset d'étalonnage en fonction de la température, 
p,creuset
est la vitesse de montée en température et ∆m est la différence de masse entre le creuset d'étalonnage et le creuset vide.
La même procédure peut également être utilisée pour corriger les différences de masse entre le cycle de l’éprouvette et le
cycle à blanc.
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4

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ISO 11357-4:2005(F)
5.3 Balance analytique
Voir l'ISO 11357-1:1997, paragraphe 5.3.
6 Éprouvette
Voir l'ISO 11357-1:1997, Article 6.
7 Conditions d'essai et conditionnement des éprouvettes
Voir l'ISO 11357-1:19
...