ISO 11357 是國際標準化組織（ISO）制定的塑料熱分析測試標準系列，涵蓋了差示掃描量熱法（DSC）、熱重分析法（TGA）、熱機械分析（TMA）等多種熱分析技術，用于評估塑料在溫度變化過程中的物理和化學特性（如相變、熱穩定性、熱膨脹等）。以下從標準核心內容、主要測試方法及汽車塑料應用場景等方面詳細說明：

一、標準體系與核心目的

ISO 11357 由多個部分組成，針對不同熱分析技術制定規范，核心目的是：

• 統一塑料熱分析的測試方法和數據表達形式，確保結果的可重復性和可比性；

• 通過熱性能參數（如熔點、玻璃化轉變溫度、熱分解溫度）評估塑料的加工適應性、使用溫度范圍及耐久性。

主要部分包括：

• ISO 11357-1：總則（術語、通用測試原則、儀器要求）；

• ISO 11357-2：差示掃描量熱法（DSC）—— 測定相變溫度、焓變等；

• ISO 11357-3：熱重分析法（TGA）—— 測定熱穩定性、成分分析；

• ISO 11357-4：熱機械分析（TMA）—— 測定熱膨脹系數、軟化溫度；

• ISO 11357-5：動態機械分析（DMA）—— 測定粘彈性（如儲能模量、損耗因子）。

二、核心測試方法與汽車塑料應用

1. 差示掃描量熱法（DSC，ISO 11357-2）

原理：在程序控溫下，測量樣品與參比物之間的熱流差，反映樣品吸熱或放熱過程（如相變、結晶、氧化等）。

關鍵參數與應用：

• 玻璃化轉變溫度（Tg）：

• 塑料從玻璃態（硬脆）轉變為高彈態（柔韌）的溫度，是塑料使用溫度的重要界限（如汽車內飾件的 Tg 需高于車內最高溫度，避免變形）。

• 測試：通過 DSC 曲線的基線偏移確定，常見塑料 Tg：PP 約 - 10℃，PC 約 150℃，ABS 約 105℃。

• 熔點（Tm）與結晶溫度（Tc）：

• 對結晶性塑料（如 PP、PA），Tm 是固態變液態的溫度（影響加工溫度，如注塑成型需高于 Tm）；Tc 是液態變固態時的結晶溫度（影響冷卻工藝）。

• 測試：DSC 曲線中的吸熱峰（Tm）或放熱峰（Tc）。

• 熱焓（ΔH）：

• 相變過程的熱量變化（如結晶焓、熔融焓），用于評估結晶度（結晶度越高，材料強度和耐熱性越好，如汽車發動機罩蓋用 PA66 的高結晶度設計）。

• 氧化誘導期（OIT）：

• 塑料在氧氣中開始氧化放熱的時間，反映耐熱氧老化能力（如汽車發動機周邊塑料需長 OIT，避免高溫下快速降解）。

2. 熱重分析法（TGA，ISO 11357-3）

原理：在程序控溫下，測量樣品質量隨溫度的變化，用于分析熱分解、揮發物含量、填充劑比例等。

關鍵參數與應用：

• 熱分解溫度（Td）：

• 樣品質量開始顯著下降的溫度（通常取質量損失 5% 或 10% 時的溫度），是塑料耐熱性的核心指標（如汽車排氣管隔熱罩用塑料需 Td＞200℃）。

• 對比不同氣氛（空氣、氮氣）下的 Td，可區分熱分解（氮氣中）和熱氧化分解（空氣中）。

• 成分分析：

• 低分子量揮發物（如增塑劑）在低溫段失重；

• 聚合物基體在中高溫段分解；

• 無機填充劑（如玻纖、炭黑）在高溫下殘留（用于計算填充量，如汽車保險杠 PP 中玻纖含量通常為 10%~30%）。

• 多步失重曲線可解析塑料中的組分，如：

• 殘留量：

• 高溫（如 800℃）下的剩余質量，用于測定無機添加劑（如阻燃劑、顏料）的含量（如汽車線束護套的阻燃塑料需驗證阻燃劑比例是否達標）。

3. 熱機械分析（TMA，ISO 11357-4）

原理：在程序控溫下，測量樣品在恒定載荷下的尺寸變化，評估熱膨脹、軟化行為。

關鍵參數與應用：

• 線性熱膨脹系數（CLTE）：

• 溫度每升高 1℃的尺寸變化率（分線膨脹和體積膨脹），影響塑料與其他材料的匹配性（如汽車塑料零件與金屬支架的 CLTE 需接近，避免冷熱循環下產生應力開裂）。

• 測試方向：對纖維增強塑料（如 GMT 片材）需區分縱向和橫向 CLTE（因纖維會抑制膨脹）。

• 軟化溫度（Ts）：

• 樣品在特定載荷下開始明顯變形的溫度（如維卡軟化點），用于評估塑料在受力下的耐熱性（如汽車儀表板在陽光直射下的抗變形能力，需 Ts 高于車內最高溫度）。

4. 動態機械分析（DMA，ISO 11357-5）

原理：在程序控溫下，對樣品施加周期性交變應力，測量其應力 - 應變響應，評估粘彈性（儲能模量、損耗因子）。

關鍵參數與應用：

• 儲能模量（E'）：反映材料的剛性（彈性部分），隨溫度升高而下降，Tg 附近會出現明顯突變（用于驗證 DSC 測得的 Tg，且更敏感于微量相轉變）。

• 損耗因子（tanδ）：反映能量損耗（粘性部分），tanδ 峰值對應 Tg（可區分塑料中的多元相，如 ABS 中的 PB 相 Tg 較低，SAN 相 Tg 較高）。

• 應用場景：評估塑料的低溫脆性（如汽車外飾件在 - 40℃下的抗沖擊性，需 E' 不過高、tanδ 不過低）、高溫下的尺寸穩定性（如發動機艙線束固定件的 E' 衰減速率）。

三、測試條件的關鍵設定

1. 溫度范圍：

• 通用塑料（PP、PE）：-100℃~300℃；

• 工程塑料（PA、PC）：-100℃~500℃；

• 高溫塑料（PEEK）：室溫～600℃。

• 根據塑料類型和應用場景選擇，如：

2. 升溫速率：

• 影響峰形和測試精度，通常為 5~20℃/min（速率越快，峰溫越高、峰寬越大，需在標準中統一，如 DSC 常用 10℃/min）。

3. 氣氛：

• 惰性氣氛（氮氣）：用于避免氧化，測定純熱分解行為；

• 空氣 / 氧氣：用于評估氧化穩定性（如 OIT 測試）；

• 真空：用于分析低沸點揮發物。

4. 樣品狀態：

• 形狀：薄膜、顆粒、塊狀（需均勻且無氣泡，TGA 樣品通常粉碎以增加表面積）；

• 質量：DSC 約 5~10 mg，TGA 約 10~50 mg，TMA/DMA 根據夾具調整（需保證熱傳導均勻）。

四、汽車塑料測試的特殊考量

1. 模擬實際工況：

• 對長期使用的零件（如車門把手），需結合老化測試（如濕熱老化）后再進行熱分析，評估性能衰減（如老化后 Tg 是否下降、OIT 是否縮短）。

• 對受力部件（如底盤護板），TMA 測試需模擬實際載荷（如按安裝壓力設定 TMA 的施加力）。

2. 與其他標準協同：

• 熱分析結果需結合力學測試（如 ISO 527 拉伸、ISO 179 沖擊），全面評估塑料性能（如 Tg 以下的塑料沖擊強度更高，Tg 以上則下降）。

• 與耐候性標準（如 ISO 4892）結合，驗證紫外線老化對熱穩定性的影響（如汽車外飾件的 PP 在老化后 Td 是否降低）。

五、數據記錄與報告要求

根據 ISO 11357-1，測試報告需包含：

• 樣品信息（名稱、批號、形態、預處理方式）；

• 儀器型號、測試參數（溫度范圍、升溫速率、氣氛、樣品質量）；

• 原始曲線（如 DSC 熱流 - 溫度曲線、TGA 質量 - 溫度曲線）；

• 關鍵參數值（如 Tg、Tm、Td、CLTE）及計算方法；

• 測試偏差（如重復測試的標準差）。

ISO 11357 系列標準為汽車塑料的熱性能評估提供了系統化方法，幫助制造商在設計階段篩選材料（如選擇高 Tg 的 PC 用于車燈外殼）、優化加工工藝（如根據 Tm 設定注塑溫度），并驗證零件在汽車全生命周期內的耐熱可靠