ISO 11357-1:2023
(Main)Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 1: General principles
Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) — Part 1: General principles
The ISO 11357 series specifies several differential scanning calorimetry (DSC) methods for the thermal analysis of polymers and polymer blends, such as — thermoplastics (polymers, moulding compounds and other moulding materials, with or without fillers, fibres or reinforcements), — thermosets (uncured or cured materials, with or without fillers, fibres or reinforcements), and — elastomers (with or without fillers, fibres or reinforcements). The ISO 11357 series is applicable for the observation and measurement of various properties of, and phenomena associated with, the above-mentioned materials, such as — physical transitions (glass transition, phase transitions such as melting and crystallization, polymorphic transitions, etc.), — chemical reactions (polymerization, crosslinking and curing of elastomers and thermosets, etc.), — the stability to oxidation, and — the heat capacity. This document specifies a number of general aspects of differential scanning calorimetry, such as the principle and the apparatus, sampling, calibration and general aspects of the procedure and test report common to all parts. Details on performing specific methods are given in subsequent parts of the ISO 11357 series (see Foreword).
Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) — Partie 1: Principes généraux
La série ISO 11357 spécifie plusieurs méthodes d’analyse calorimétrique différentielle (DSC) pour l’analyse thermique des polymères et des mélanges de polymères tels que: — thermoplastiques (polymères, composants pour moulage et autres produits pour moulage avec ou sans charge(s), fibres ou additifs de renforcement), — thermodurcissables (matériaux non durcis ou durcis, avec ou sans charge(s), fibres ou additifs de renforcement), et — élastomères (avec ou sans charge(s), fibres ou additifs de renforcement). La série ISO 11357 s’applique pour l’observation et le mesurage de différentes propriétés ou phénomènes associés des matériaux susmentionnés tels que: — les transitions physiques (transition vitreuse, transitions de phases telles que la fusion et la cristallisation, les transitions polymorphes, etc.), — les réactions chimiques (polymérisation, réticulation et durcissement des élastomères et des thermodurcissables, etc.), — la stabilité à l’oxydation, et — la capacité thermique. Le présent document spécifie plusieurs aspects généraux de l’analyse calorimétrique différentielle, tels que le principe et l’appareillage, l’échantillonnage, l’étalonnage et les aspects généraux du mode opératoire et du rapport d’essai communs à toutes les parties. Les détails relatifs à la réalisation des méthodes spécifiques sont donnés dans les autres parties de la série ISO 11357 (voir l’Avant-propos).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11357-1
Fourth edition
2023-02
Plastics — Differential scanning
calorimetry (DSC) —
Part 1:
General principles
Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle (DSC) —
Partie 1: Principes généraux
Reference number
ISO 11357-1:2023(E)
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ISO 11357-1:2023(E)
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Published in Switzerland
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ISO 11357-1:2023(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Basic principles . 8
4.1 General . 8
4.2 Heat-flux DSC . 8
4.3 Power-compensation DSC . 8
5 Apparatus and materials .9
6 Specimen .10
7 Test conditions and specimen conditioning .11
7.1 Test conditions . 11
7.2 Conditioning of specimens . 11
8 Calibration .11
8.1 General . 11
8.2 Calibration materials .12
8.3 Temperature calibration .12
8.3.1 General .12
8.3.2 Procedure .12
8.3.3 Accuracy of calibration . 13
8.4 Heat calibration . 13
8.4.1 General .13
8.4.2 Procedure . 14
8.4.3 Accuracy of calibration . 14
8.5 Heat flow rate calibration . 14
8.5.1 General . 14
8.5.2 Procedure . 15
9 Procedure .17
9.1 Setting up the apparatus . 17
9.1.1 Switching on . 17
9.1.2 Purge gas . 17
9.1.3 Experimental conditions . 17
9.1.4 Baseline determination . 17
9.2 Loading the specimen into the crucible . 17
9.2.1 General . 17
9.2.2 Selection of crucibles . 17
9.2.3 Weighing the specimen crucible. 18
9.2.4 Loading the specimen . 18
9.2.5 Determination of the mass of the specimen . 18
9.3 Insertion of crucibles into the instrument . 18
9.4 Performing measurements . 18
9.4.1 General . 18
9.4.2 Scanning mode . 18
9.4.3 Isothermal mode . 19
9.5 Post-run checks . 20
9.5.1 Check for loss in mass . 20
9.5.2 Inspection of specimens . 20
9.5.3 Checking of crucibles and crucible holder . 20
10 Test report .20
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ISO 11357-1:2023(E)
[12]
Annex A (normative) Extended, high-precision, temperature calibration .22
Annex B (normative) Extended, high-precision, heat calibration .24
Annex C (informative) Recommended calibration materials .26
Annex D (informative) Interaction of calibration materials with different crucible materials .30
Annex E (informative) General recommendations .32
Bibliography .34
iv
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ISO 11357-1:2023(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 5, Physical-
chemical properties., in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical
Committee CEN/TC 249, Plastics, in accordance with the Agreement on technical cooperation between
ISO and CEN (Vienna Agreement).
This fourth edition cancels and replaces the third edition (ISO 11357-1:2016), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the examples of materials given for temperature and enthalpy calibration have been updated;
— the data of sapphire to be used for calibration of heat flow rate have been updated.
A list of all parts in the ISO 11357 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
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ISO 11357-1:2023(E)
Introduction
The ISO 11357 series describes thermoanalytical DSC test methods which can be used for quality
assurance purposes, for routine checks of raw materials and finished products, or for the determination
of comparable data needed for data sheets or databases. The procedures given in ISO 11357 apply as
long as product standards or standards describing special atmospheres for conditioning of specimens
do not specify otherwise.
vi
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11357-1:2023(E)
Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) —
Part 1:
General principles
SAFETY STATEMENT — Persons using this document should be familiar with normal laboratory
practice, if applicable. This document does not purport to address all of the safety concerns, if
any, associated with its use. It is the responsibility of the user to establish appropriate safety
and health practices and to determine applicable regulatory requirements.
1 Scope
The ISO 11357 series specifies several differential scanning calorimetry (DSC) methods for the thermal
analysis of polymers and polymer blends, such as
— thermoplastics (polymers, moulding compounds and other moulding materials, with or without
fillers, fibres or reinforcements),
— thermosets (uncured or cured materials, with or without fillers, fibres or reinforcements), and
— elastomers (with or without fillers, fibres or reinforcements).
The ISO 11357 series is applicable for the observation and measurement of various properties of, and
phenomena associated with, the above-mentioned materials, such as
— physical transitions (glass transition, phase transitions such as melting and crystallization,
polymorphic transitions, etc.),
— chemical reactions (polymerization, crosslinking and curing of elastomers and thermosets, etc.),
— the stability to oxidation, and
— the heat capacity.
This document specifies a number of general aspects of differential scanning calorimetry, such as the
principle and the apparatus, sampling, calibration and general aspects of the procedure and test report
common to all parts.
Details on performing specific methods are given in subsequent parts of the ISO 11357 series (see
Foreword).
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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 80000-5, Quantities and units — Part 5: Thermodynamics
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 472, ISO 80000-5 and the
following apply.
1
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ISO 11357-1:2023(E)
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
differential scanning calorimetry
DSC
technique in which the difference between the rate of flow of heat into a specimen crucible containing
the specimen and that into a reference crucible (3.3) is derived as a function of temperature and/or time
while the specimen and reference are subjected to the same controlled temperature programme in a
specified atmosphere using a symmetrical measurement system
Note 1 to entry: It is common practice to record, for each measurement run, a curve in which temperature or time
is plotted as the abscissa and heat flow rate (3.4) difference as the ordinate. The endothermic and/or exothermic
direction is indicated on the DSC curve.
Note 2 to entry: According to the principles of thermodynamics, energy absorbed by a system is considered
positive while energy released is negative. This approach implies that the endothermic direction points upwards
in the ordinate and the exothermic direction downwards (see Figures 1 and 2). It also has the advantage that the
direction of thermal effects in plots of heat flow rate (3.4) and specific heat is consistent.
3.2
calibration material
material for which one or more of the thermal properties are sufficiently homogeneous and well
established to be used for the calibration of a DSC instrument or for the assessment of a measurement
method
3.3
reference crucible
crucible used on the reference side of the symmetrical crucible holder assembly
Note 1 to entry: Normally, the reference crucible is empty.
Note 2 to entry: In special cases, such as the measurement of highly filled or reinforced polymers or specimens
having a heat capacity comparable to that of the crucible, a suitable material can be used inside the reference
crucible. Suitable reference materials are thermally inactive over the temperature and time range of interest and
have heat capacities similar to that of the specimen. In the case of filled or reinforced products, the pure filler or
reinforcement can be used, for example.
3.4
heat flow rate
quantity of heat transferred per unit time (dQ/dt)
Note 1 to entry: It is expressed in watts (W) or milliwatts (mW).
Note 2 to entry: The total quantity of heat transferred, Q, corresponds to the time integral of the heat flow rate:
dQ
Q =∫ dt
dt
3.5
change in heat
ΔQ
quantity of heat absorbed (endothermic, ΔQ positive) or released (exothermic, ΔQ negative) within a
specified time, t, or temperature, T, range by a specimen undergoing a chemical or physical change and/
or a temperature change:
t
2 dQ
ΔQ= dt
∫
t
dt
1
2
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ISO 11357-1:2023(E)
or
T
60 2 dQ
ΔQ= dT
∫
T
β dt
1
where
ΔQ is expressed in joules (J) or as a specific quantity, Δq, expressed in joules per amount of material
−1 −1
in grams (J⋅g ) or joules per amount of material in moles (J⋅mol );
−1
β is the constant heating or cooling rate, dT/dt, expressed in kelvins per minute (K⋅min ).
Note 1 to entry: If measurements are made at constant pressure, ΔQ corresponds to the change in enthalpy, ΔH.
3.6
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:
1dQ
c =×
p
m dT
p
or
160 dQ
c =× ×
p
m β dt
p
where
dQ is the quantity of heat, expressed in joules (J), necessary to raise the temperature of an amount
of material of mass m, expressed in grams (g), by dT kelvins at constant pressure;
−1
β is the heating rate, expressed in kelvins per minute (K⋅min );
−1 −1
c is expressed in joules per gram per kelvin (J⋅g ⋅K ).
p
−1 −1
Note 1 to entry: c can also be expressed in joules per mole per kelvin (J⋅mol ⋅K ) when the amount of material,
p
m, is expressed in moles.
Note 2 to entry: When analysing polymers, ensure that the measured specific heat capacity does not include any
heat change due to a chemical reaction or a physical transition.
3.7
baseline
part of the recorded curve in which no reactions or transitions take place
Note 1 to entry: This can be an isothermal baseline when the temperature is maintained constant or a dynamic
baseline when the temperature is changed in accordance with a controlled temperature programme.
Note 2 to entry: The baselines defined in 3.7.1 to 3.7.3 refer to the quasi-stationary range only, i.e. when the
instrument is operating under stable conditions shortly after starting and shortly before ending the DSC run (see
Figure 1).
3
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ISO 11357-1:2023(E)
Key
dQ/dt heat flow rate 2 virtual baseline
T temperature 3 instrument baseline
t time 4 quasi-stationary range
dQ/dt vs. t 5 isothermal start baseline
T vs. t 6 isothermal end baseline
a
1 specimen baselines Endothermic direction.
Figure 1 — Schematic drawing showing baselines
3.7.1
instrument baseline
curve obtained using only empty crucibles of identical mass and material in the specimen and reference
positions of the DSC cell
Note 1 to entry: The instrument baseline is required for heat capacity measurements.
3.7.2
specimen baseline
DSC curve obtained outside any reaction or transition zone(s) while the instrument is loaded with both
the specimen in the specimen crucible and the reference crucible (3.3)
Note 1 to entry: In this part of the curve, the difference in heat flow rate (3.4) between the specimen crucible and
the reference crucible (3.3) depends solely on the heat capacity of the specimen and the instrument baseline (3.7.1).
Note 2 to entry: The specimen baseline reflects the temperature dependence of the heat capacity of the specimen.
Note 3 to entry: For heat capacity determinations, a dynamic DSC curve is required and, in addition, the
instrument baseline (3.7.1) and the isothermal start and end baselines (see Figure 1).
4
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ISO 11357-1:2023(E)
3.7.3
virtual baseline
imaginary line drawn along the peak width through a reaction and/or transition zone assuming the
heat of reaction and/or transition to be zero
Note 1 to entry: Assuming the change in heat capacity with temperature to be linear, the virtual baseline is
drawn by interpolating or extrapolating the specimen baseline in a straight line. It is normally indicated on the
DSC curve for convenience (see Figures 1 and 2).
Note 2 to entry: The virtual baseline drawn from peak onset, T , to peak end, T , i.e., the peak baseline, (see
i f
Figure 2) allows the determination of the peak area from which the heat of transition can be obtained. If there
is no significant change in heat capacity during the transition or reaction, the baseline can be drawn simply by
connecting the peak onset and peak end by a straight line. If significant heat capacity changes occur, a sigmoidal
baseline can be drawn.
Note 3 to entry: Extrapolated and interpolated virtual baselines will not necessarily coincide with each other
(see Figure 2).
3.8
step
abrupt positive or negative change in the height of a DSC curve, taking place over a limited temperature
range
Note 1 to entry: A step in the DSC curve can be caused by, for example, a glass transition (see Figure 2).
3.8.1
step height
difference between the heights of the extrapolated baselines before and after a step, measured at the
time or temperature corresponding to the point on the DSC curve which is equidistant between the two
baselines
3.9
peak
part of the DSC curve which departs from the specimen baseline (3.7.2), reaches a maximum or minimum,
and subsequently returns to the specimen baseline (3.7.2)
Note 1 to entry: A peak in the DSC curve can indicate a chemical reaction or a first-order transition. The initial
departure of the peak from the virtual baseline (3.7.3) corresponds to the start of the reaction or transition.
3.9.1
endothermic peak
peak in which the rate of flow of heat into the specimen crucible is greater than that into the reference
crucible (3.3)
Note 1 to entry: This corresponds to a transition which absorbs heat.
3.9.2
exothermic peak
peak in which the rate of flow of heat into the specimen crucible is less than that into the reference
crucible (3.3)
Note 1 to entry: This corresponds to a transition which releases heat.
3.9.3
peak area
area enclosed by a peak and the interpolated virtual baseline (3.7.3)
5
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ISO 11357-1:2023(E)
3.9.4
peak height
greatest distance in the ordinate direction between the interpolated virtual baseline (3.7.3) and the DSC
curve during a peak
Note 1 to entry: The peak height, which is expressed in watts (W) or watts per gram (W/g) with optional use of
any SI prefix, is not necessarily proportional to the mass of the specimen.
3.9.5
peak width
distance between the onset and end temperatures or times of a peak
3.10
characteristic temperatures, T, and times, t
values for temperature and time obtained from the DSC curve
Note 1 to entry: See Figure 2.
Note 2 to entry: For all types of DSC instrument, a distinction needs to be made between two different categories
of temperature:
— the temperature at the reference position;
— the temperature at the specimen position.
The reference position temperature is the one preferred for plotting thermograms. If the specimen position
temperature is used, then this information will need to be included in the test report.
Note 3 to entry: Characteristic temperatures are expressed in degrees Celsius (°C), relative temperatures and
temperature differences in kelvins (K) and characteristic times in seconds (s) or minutes (min) (see Figure 2).
Note 4 to entry: The DSC curve can also be plotted using time, t, as the abscissa instead of temperature, T.
6
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ISO 11357-1:2023(E)
Key
dQ/dt heat flow rate extrapolated baseline
T temperature (or t, time) interpolated baseline
Characteristic temperatures if temperature is used as abscissa scale (similarly, characteristic times apply
if time is used as abscissa scale)
The first subscript, or pair of subscripts, denotes the position on the DSC curve with respect to the step or peak:
— onset temperature T first detectable departure of curve from
i
extrapolated start baseline;
— interpolated or extrapolated onset temperature T (for a peak) point of intersection of
ei
interpolated virtual baseline and tangent
drawn at point of inflection of near side of
peak or (for a step) point of intersection
of extrapolated start baseline and tangent
drawn at point of inflection of step;
— midpoint temperature T half of the step height;
1/2
— peak temperature T greatest distance between curve and
p
virtual baseline during an endothermic or
exothermic peak, i.e., peak height;
— interpolated or extrapolated end temperature T (for a peak) point of intersection of
ef
interpolated virtual baseline and tangent
drawn at point of inflection of far side of
peak or (for a step) point of intersection
of extrapolated end baseline and tangent
drawn at point of inflection of step;
— end temperature T last detectable deviation of curve from
f
extrapolated end baseline.
The second subscript indicates the type of transition:
g glass transition
c crystallization
m melting
a
Endothermic direction.
Figure 2 — Typical DSC curve (schematic)
7
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ISO 11357-1:2023(E)
4 Basic principles
4.1 General
The difference between the rate of heat flow into a specimen and that into a reference crucible is
measured as a function of temperature and/or time while the specimen and the reference are subjected
to the same temperature-control programme under a
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11357-1
Quatrième édition
2023-02
Plastiques — Analyse calorimétrique
différentielle (DSC) —
Partie 1:
Principes généraux
Plastics — Differential scanning calorimetry (DSC) —
Part 1: General principles
Numéro de référence
ISO 11357-1:2023(F)
© ISO 2023
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ISO 11357-1:2023(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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CH-1214 Vernier, Genève
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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ISO 11357-1:2023(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction . vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 2
4 Principes de base . 8
4.1 Généralités . 8
4.2 DSC à flux thermique. 8
4.3 DSC à compensation de puissance. 8
5 Appareillage et matériaux .9
6 Éprouvette .10
7 Conditions d’essai et conditionnement des éprouvettes .11
7.1 Conditions d’essai . . . 11
7.2 Conditionnement des éprouvettes . 11
8 Étalonnage .11
8.1 Généralités . 11
8.2 Matériaux étalons .12
8.3 Étalonnage en température . 13
8.3.1 Généralités .13
8.3.2 Mode opératoire . .13
8.3.3 Exactitude de l’étalonnage . 14
8.4 Étalonnage en chaleur . . 14
8.4.1 Généralités . 14
8.4.2 Mode opératoire . . 14
8.4.3 Exactitude de l’étalonnage . 15
8.5 Étalonnage en flux thermique. 15
8.5.1 Généralités .15
8.5.2 Mode opératoire . .15
9 Mode opératoire .17
9.1 Mise en service de l’appareillage . 17
9.1.1 Mise sous tension . 17
9.1.2 Gaz de purge . 17
9.1.3 Conditions expérimentales . 17
9.1.4 Détermination de la ligne de base . 18
9.2 Chargement de l’éprouvette dans le creuset . 18
9.2.1 Généralités . 18
9.2.2 Sélection des creusets . 18
9.2.3 Pesée du creuset de l’éprouvette . 18
9.2.4 Chargement de l’éprouvette . 18
9.2.5 Détermination de la masse de l’éprouvette . 18
9.3 Mise en place des creusets dans l’appareil . 19
9.4 Réalisation des mesurages. 19
9.4.1 Généralités . 19
9.4.2 Phase de balayage . 19
9.4.3 Mode isotherme . . .20
9.5 Vérification après mesurages . 21
9.5.1 Contrôle de la perte de masse . 21
9.5.2 Inspection des éprouvettes . . 21
9.5.3 Contrôle des creusets et du porte-creuset . 21
10 Rapport d’essai .21
iii
© ISO 2023 – Tous droits réservés
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ISO 11357-1:2023(F)
[12]
Annexe A (normative) Étalonnage en température de haute précision, étendu .23
Annexe B (normative) Étalonnage en chaleur de haute précision, étendu .25
Annexe C (informative) Matériaux étalons recommandés .27
Annexe D (informative) Interaction entre les matériaux étalons et les différents matériaux
des creusets .32
Annexe E (informative) Recommandations générales .34
Bibliographie .36
iv
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ISO 11357-1:2023(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 5,
Propriétés physicochimiques, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 249, Plastiques, du
Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération technique entre
l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette quatrième édition annule et remplace la troisième édition (ISO 11357-1:2016), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— les exemples de matériaux indiqués pour l’étalonnage de la température et de l’enthalpie ont été mis
à jour;
— les données sur le saphir à utiliser pour l’étalonnage du flux thermique ont été mises à jour.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 11357 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
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ISO 11357-1:2023(F)
Introduction
La série ISO 11357 décrit des méthodes d’essai thermoanalytiques DSC pouvant être utilisées à des
fins d’assurance qualité, pour des contrôles de routine de matières premières et de produits finis ou
pour la détermination de données comparables nécessaires pour des fiches techniques ou des bases de
données. Les modes opératoires mentionnés dans l’ISO 11357 s’appliquent dans la mesure où des normes
relatives à des produits ou des normes décrivant des atmosphères spéciales pour le conditionnement
d’éprouvettes n’exigent pas d’autres stipulations.
vi
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NORME INTERNATIONALE ISO 11357-1:2023(F)
Plastiques — Analyse calorimétrique différentielle
(DSC) —
Partie 1:
Principes généraux
AVERTISSEMENT DE SÉCURITÉ — Il convient que les personnes utilisant le présent document
soient familières avec les pratiques courantes de laboratoire, le cas échéant. Le présent
document n’a pas pour but de traiter tous les problèmes de sécurité qui sont, le cas échéant,
liés à son utilisation. Il incombe à l’utilisateur d’établir des pratiques d’hygiène et de sécurité
appropriées et de déterminer les exigences réglementaires applicables.
1 Domaine d’application
La série ISO 11357 spécifie plusieurs méthodes d’analyse calorimétrique différentielle (DSC) pour
l’analyse thermique des polymères et des mélanges de polymères tels que:
— thermoplastiques (polymères, composants pour moulage et autres produits pour moulage avec ou
sans charge(s), fibres ou additifs de renforcement),
— thermodurcissables (matériaux non durcis ou durcis, avec ou sans charge(s), fibres ou additifs de
renforcement), et
— élastomères (avec ou sans charge(s), fibres ou additifs de renforcement).
La série ISO 11357 s’applique pour l’observation et le mesurage de différentes propriétés ou phénomènes
associés des matériaux susmentionnés tels que:
— les transitions physiques (transition vitreuse, transitions de phases telles que la fusion et la
cristallisation, les transitions polymorphes, etc.),
— les réactions chimiques (polymérisation, réticulation et durcissement des élastomères et des
thermodurcissables, etc.),
— la stabilité à l’oxydation, et
— la capacité thermique.
Le présent document spécifie plusieurs aspects généraux de l’analyse calorimétrique différentielle,
tels que le principe et l’appareillage, l’échantillonnage, l’étalonnage et les aspects généraux du mode
opératoire et du rapport d’essai communs à toutes les parties.
Les détails relatifs à la réalisation des méthodes spécifiques sont donnés dans les autres parties de la
série ISO 11357 (voir l’Avant-propos).
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences 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 80000-5, Grandeurs et unités — Partie 5: Thermodynamique
1
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ISO 11357-1:2023(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 472, l’ISO 80000-5 ainsi que
les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
analyse calorimétrique différentielle
DSC
technique selon laquelle la différence entre les flux thermiques qui pénètrent dans le creuset de
l’éprouvette contenant l’éprouvette et dans le creuset de référence (3.3) est déduite en fonction de la
température et/ou du temps, l’éprouvette et la référence étant soumises au même programme contrôlé
de températures dans une atmosphère spécifiée en utilisant un système de mesurage symétrique
Note 1 à l'article: Il est d’usage d’enregistrer, pour chaque mesurage, une courbe avec la température ou le temps
indiqué en abscisse et la différence de flux thermique (3.4) indiquée en ordonnée. La direction correspondant aux
pics endothermiques et/ou exothermiques est indiquée sur la courbe DSC.
Note 2 à l'article: Conformément aux principes de la thermodynamique, l’énergie absorbée par un système est
considérée comme étant positive tandis que l’énergie dégagée est négative. Cette approche implique que la
direction endothermique est dirigée vers le haut suivant l’axe des ordonnées et que la direction exothermique
est dirigée vers le bas (voir les Figures 1 et 2). Cela présente également l’avantage que la direction des effets
thermiques et les valeurs de flux thermique (3.4) et de capacité thermique massique sont cohérentes.
3.2
matériau étalon
matériau dont une ou plusieurs propriétés thermiques ont des valeurs suffisamment homogènes et
bien connues pour pouvoir être utilisées pour l’étalonnage de l’appareil DSC ou pour l’évaluation d’une
méthode de mesurage
3.3
creuset de référence
creuset utilisé sur le côté de référence du montage du porte-creuset symétrique
Note 1 à l'article: Normalement le creuset de référence est vide.
Note 2 à l'article: Dans des cas spéciaux, tels que le mesurage de polymères fortement chargés ou renforcés ou
d’éprouvettes ayant une capacité thermique comparable à celle du creuset, un matériau approprié peut être
utilisé à l’intérieur du creuset de référence. Les matériaux de référence sont inertes thermiquement sur les plages
de température et de temps considérées et ont des capacités thermiques similaires à celle de l’éprouvette. Dans le
cas de produits chargés ou renforcés, la charge ou le renforcement seul(e) peut par exemple être utilisé(e).
3.4
flux thermique
quantité de chaleur transmise par unité de temps (dQ/dt)
Note 1 à l'article: Il est exprimé en watts (W) ou en milliwatts (mW).
Note 2 à l'article: La quantité totale de chaleur transmise, Q, correspond à l’intégrale du flux thermique dans le
temps:
dQ
Q =∫ dt
dt
2
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3.5
variation de chaleur
ΔQ
quantité de chaleur absorbée (endothermique, ΔQ positive) ou dégagée (exothermique, ΔQ négative)
dans une plage de temps, t, ou de température, T, spécifiée par une éprouvette soumise à une variation
chimique ou physique et/ou à une variation de température:
t
dQ
2
ΔQ= dt
∫
t
dt
1
ou
T
60 2 dQ
ΔQ= dT
∫
β T dt
1
où
ΔQ est exprimée en joules (J) ou comme une quantité spécifique, Δq, exprimée en joules par
−1
quantité de matière en grammes (J⋅g ) ou en joules par quantité de matière en moles
−1
(J⋅mol );
β est la vitesse de montée en température ou de refroidissement constante, dT/dt, exprimée
−1
en kelvins par minute (K⋅min ).
Note 1 à l'article: Si les mesurages sont réalisés à pression constante, ΔQ correspond à la variation d’enthalpie ΔH.
3.6
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:
1dQ
c =×
p
m dT
p
ou
160 dQ
c =× ×
p
m β dt
p
où
dQ est la quantité de chaleur, exprimée en joules (J), nécessaire pour augmenter la température
d’une quantité de matière de masse m, exprimée en grammes (g), par dT kelvins à pression
constante;
−1
β est la vitesse de montée en température, exprimée en kelvins par minute (K⋅min );
−1 −1
c est exprimée en joules par gramme par kelvin (J⋅g ⋅K ).
p
−1 −1
Note 1 à l'article: c peut également être exprimée en joules par mole par kelvin (J⋅mol ⋅K ) lorsque la quantité
p
de matériau m est exprimée en moles.
Note 2 à l'article: Lors de l’analyse des polymères, il faut veiller à ce que la capacité thermique massique mesurée
ne comprenne pas également une variation de la chaleur qui serait due à une réaction chimique ou à une transition
physique.
3
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3.7
ligne de base
partie de la courbe enregistrée sans aucune réaction ni transition
Note 1 à l'article: Il peut s’agir d’une ligne de base isotherme lorsque la température est maintenue constante
ou d’une ligne de base dynamique lorsque la température évolue conformément à un programme contrôlé de
températures.
Note 2 à l'article: Les lignes de base décrites de 3.7.1 à 3.7.3 se réfèrent à la plage quasi-stationnaire uniquement,
c’est-à-dire lorsque l’appareil fonctionne dans des conditions stables peu après le début et peu avant la fin du
cycle DSC (voir la Figure 1).
Légende
dQ/dt flux thermique 2 ligne de base virtuelle
T température 3 ligne de base de l’appareil
t temps 4 plage quasi-stationnaire
dQ/dt par rapport à t 5 ligne de base initiale isotherme
T par rapport à t 6 ligne de base finale isotherme
a
1 lignes de base de l’éprouvette Direction endothermique.
Figure 1 — Dessin schématique des lignes de base
3.7.1
ligne de base de l’appareil
courbe obtenue en utilisant uniquement des creusets vides, de masse et de matériau identiques, dans
les positions de l’éprouvette et de la référence de la cellule de DSC
Note 1 à l'article: La ligne de base de l’appareil est nécessaire pour les mesurages de la capacité thermique.
3.7.2
ligne de base de l’éprouvette
courbe DSC obtenue en dehors de toute(s) zone(s) de réaction ou de transition alors que l’appareil est
chargé d’une éprouvette dans le creuset de l’éprouvette et du creuset de référence (3.3)
Note 1 à l'article: Dans cette partie de la courbe enregistrée, la différence de flux thermique (3.4) entre le creuset
de l’éprouvette et le creuset de référence (3.3) dépend exclusivement de la capacité thermique de l’éprouvette et
de la ligne de base de l’appareil (3.7.1).
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Note 2 à l'article: La ligne de base de l’éprouvette reflète la dépendance de la capacité thermique de l’éprouvette
vis-à-vis de la température.
Note 3 à l'article: Pour les déterminations de la capacité thermique, une courbe DSC dynamique est nécessaire,
ainsi que la ligne de base de l’appareil (3.7.1) et les lignes de base isothermes initiale et finale (voir la Figure 1).
3.7.3
ligne de base virtuelle
ligne imaginaire tracée le long de la largeur du pic à travers une zone de réaction et/ou de transition, en
supposant que la chaleur due à la réaction et/ou transition est nulle
Note 1 à l'article: En supposant que la variation de la capacité thermique avec la température est linéaire, la ligne
de base virtuelle est tracée en interpolant ou en extrapolant la ligne de base de l’éprouvette au moyen d’une ligne
droite. Elle est normalement indiquée sur la courbe DSC pour des raisons de commodité (voir les Figures 1 et 2).
Note 2 à l'article: La ligne de base virtuelle tracée du début du pic T à la fin du pic T , c’est à dire la ligne de base
i f
du pic (voir la Figure 2), permet de déterminer la surface du pic à partir de laquelle la chaleur de transition peut
être obtenue. En l’absence de variation significative de la capacité thermique pendant la transition ou la réaction,
la ligne de base peut être tracée simplement en reliant le début du pic à la fin du pic de façon linéaire. En cas de
variations significatives de la capacité thermique, une ligne de base sigmoïdale peut être utilisée.
Note 3 à l'article: Les lignes de base virtuelles extrapolées et interpolées peuvent dévier l’une de l’autre (voir la
Figure 2).
3.8
palier
variation abrupte positive ou négative de la hauteur d’une courbe DSC, maintenue dans une plage de
température limitée
Note 1 à l'article: Un palier dans la courbe DSC peut être provoqué, par exemple, par une transition vitreuse (voir
la Figure 2).
3.8.1
hauteur de palier
différence entre les hauteurs des lignes de bases extrapolées avant et après un palier, mesurée au temps
ou à la température qui correspond au point sur la courbe DSC qui est équidistant des deux lignes de
base
3.9
pic
partie de la courbe DSC qui s’écarte de la ligne de base de l’éprouvette (3.7.2) pour atteindre un maximum
ou un minimum, puis qui retourne à la ligne de base de l’éprouvette (3.7.2)
Note 1 à l'article: Un pic dans la courbe DSC peut indiquer une réaction chimique ou une transition du premier
ordre. L’écart initial du pic par rapport à la ligne de base virtuelle (3.7.3) correspond au début de la réaction ou de
la transition.
3.9.1
pic endothermique
pic pour lequel le flux thermique fourni dans le creuset de l’éprouvette est supérieur à celui du creuset
de la référence (3.3)
Note 1 à l'article: Cela correspond à une transition qui absorbe la chaleur.
3.9.2
pic exothermique
pic pour lequel le flux thermique fourni dans le creuset de l’éprouvette est inférieur à celui du creuset de
référence (3.3)
Note 1 à l'article: Cela correspond à une transition qui dégage de la chaleur.
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3.9.3
surface du pic
surface délimitée par un pic et la ligne de base virtuelle (3.7.3) interpolée
3.9.4
hauteur du pic
distance la plus importante dans la direction des ordonnées entre la ligne de base virtuelle (3.7.3)
interpolée et la courbe DSC pendant un pic
Note 1 à l'article: La hauteur du pic, qui est exprimée en watts (W) ou en watts par gramme (W/g) avec utilisation
facultative de tout préfixe SI, n’est pas nécessairement proportionnelle à la masse de l’éprouvette.
3.9.5
largeur du pic
distance entre les températures ou les temps initiaux et finaux d’un pic
3.10
températures conventionnelles, T, ou temps conventionnels, t
valeurs de température et de temps obtenues à partir de la courbe DSC
Note 1 à l'article: Voir la Figure 2.
Note 2 à l'article: Pour tous les types d’appareils DSC, il faut distinguer deux catégories différentes de
températures:
— la température à la position de la référence;
— la température à la position de l’éprouvette.
La température à la position de la référence est celle privilégiée pour tracer des thermogrammes. Si la
température à la position de l’éprouvette est utilisée, alors cela doit être consigné dans le rapport d’essai.
Note 3 à l'article: Les températures conventionnelles sont exprimées
...
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