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日本工業規格

JIS

 K

7122

-1987

プラスチックの転移熱測定方法

Testing Methods for Heat of Transitions of Plastics

1.

適用範囲  この規格は,プラスチックの転移熱(融解熱及び結晶化熱)を測定する方法について規定

する。

備考  この方法は,プラスチックの結晶・結晶転移熱及び液晶を形成するプラスチックの各種転移熱

の測定にも準用できる。

引用規格:

JIS K 6900

  プラスチック用語

JIS K 7100

  プラスチックの状態調節及び試験場所の標準状態

JIS K 7121

  プラスチックの転移温度測定方法

JIS K 7123

  プラスチックの比熱容量測定方法

JIS Z 8401

  数値の丸め方

関連規格:ASTM D 3417-83  Standard Test Method for Heats of Fusion and Crystallization of Polymers by

Thermal Analysis

2.

用語の意味  この規格で用いる主な用語の意味は,JIS K 6900(プラスチック用語)及び JIS K 7121

(プラスチックの転移温度測定方法)によるほか,次による。

ピーク面積  ピークとベースラインで囲まれた面積。

3.

試験片の状態調節  試験片の状態調節は,次の二つの方法のいずれかによる。

(1)

標準状態で調整し転移熱を測定する場合  試験片は,原則として試験前に JIS K 7100(プラスチック

の状態調節及び試験場所の標準状態)の標準温度状態 2 級及び標準湿度状態 2 級(温度 23±2℃及び

相対湿度 50±5%)において 24 時間以上状態調節する。ただし,当事者間の協定する方法によって状

態調節することができる。

(2)

一定の熱処理を行った後,融解熱を測定する場合  (1)の状態調節後試験片を DSC 装置の容器に入れ,

融解ピーク終了時より約 30℃高い温度まで加熱溶融させ,その温度に 10 分間保った後,出現する転

移ピークより少なくとも約 50℃低い温度まで冷却速度毎分 5℃又は毎分 10℃で冷却する(8.7 参照)

4.

試験方法  試験方法は,次のいずれかによる。

(1)

入力補償示差走査熱量測定(入力補償 DSC)

(2)

熱流束示差走査熱量測定(熱流束 DSC)


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K 7122-1987

5.

装置及び器具

5.1

装置

(1)  DSC

装置  二つの容器ホルダーをもち,そのホルダーの熱容量が同等で,かつ同一な熱交換条件で加

熱・冷却が可能である構造であること。

入力補償 DSC の場合は,試験片及び基準物質の温度が等しくなるように,基準物質と試験片とに加

えた単位時間当たりの熱エネルギーの入力の差が測定できるように構成されていること。

熱流束 DSC の場合は,試験片と基準物質との温度差が単位時間当たりの熱エネルギーの入力の差に

比例するように構成されていること。

(2)

加熱速度  加熱速度は,毎分 10℃で昇温でき,その精度は毎分±0.5℃以内であること。

(3)

冷却速度  冷却速度は,毎分 5℃又は毎分 10℃で冷却できる装置であること。

(4)

ガス流入装置  ガス流入装置は,試験片の周りをガスが流入できる構造であること。

(5)

容器  容器は,試験片によって侵されることがない熱伝導率の高い材料であること。

(6)

記録  DSC 曲線を自動記録できること。

(7)

ノイズレベル  ノイズレベルは,ピーク高さの

10

1

以下であること。

5.2

器具

5.2.1

ガス流量計  ガス流量計は,毎分 10∼50ml の範囲を測定できるもの。

5.2.2

化学天びん  化学天びんは,感量 0.01mg 以上のもの。

6.

試験片  試験片は,試験片の直径又は各辺の長さが 0.5mm 以下の場合はそのまま使用する。0.5mm を

超えるものについては 0.5mm 以下に切断する。厚さが 0.5mm 以下のシート及びフィルムは,容器に合わ

せて無理なく入るように切断する。成形物及びペレットのように薄く切れるものは,厚さ 0.5mm 以下に薄

く切り,容器に合わせて無理なく入るように切断する。

7.

試験装置の校正  試験を行う前に次の項目について校正しなければならない。

7.1

温度の校正  温度の校正は,実際の試験の場合と同じガス流量及び加熱速度で純度 99.99%以上の表

に示す純物質又は国際熱分析連合  (ICTA)  −米国国立標準局  (NBS)  の標準物質 GM-757, 758 によって行

う。求めようとする温度に近い 2 種類以上の純物質又は標準物質の補外転移開始温度を用いて内挿法によ

って温度目盛を校正する。純物質は,表面の酸化層を落として使用する。容器がアルミニウムで純物質に

亜鉛を用いるときは,溶融時に合金となるおそれがあるので第 1 回の加熱昇温時の値だけを用いる。

7.2

転移熱の校正  転移熱の校正は,実際の試験の場合と同じガス流量及び加熱速度で純度 99.99%以上

表に示す純物質の中から転移熱を求めようとする物質の転移温度に近い融点を示す純物質を選び,その

融解熱によって行う。純物質は表面の酸化層を落として使用する。容器がアルミニウムで純物質に亜鉛を

用いるときは,溶融時に合金となるおそれがあるので第 1 回の加熱昇温時の値だけを用いる。

備考  転移熱の校正に用いる感度は,可能な限り実際の試験の場合と同じにする。


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表  純物質の融点及び融解熱

純物質名

融点℃

融解熱 kJ/kg

インジウム 156.4

28.45

すず 231.9 59.50

鉛 327.4

22.92

亜鉛 419.5

102.24

8.

操作  操作は,次のとおり行う。

8.1

ベースラインの調整  ベースラインの調整は,ほぼ同じ質量の空の容器を二つの容器ホルダーに載

せ,実際の試験の場合と同じ感度,ガス流量,加熱速度で求めようとする転移温度領域及びその前後の空

の容器の DSC 曲線が直線になるように装置を調整する。ただし,直線が得られず湾曲する場合には,その

再現性を確認して DSC 曲線を記録しておく。

8.2

試験片の採取  試験片の質量は 5∼10mg とし,化学天びんで 0.01mg まで量る。ただし,試験片が

多量の充てん剤を含む場合には,そのプラスチックの量が 5∼10mg になるようにする。

8.3

試験片の容器への詰め方  試験片の容器への詰め方は,次によって行う。

なお,試験片を詰める容器は 8.1 で用いたもの又はそれとほぼ同じ質量のものとする。

(1)

試験片の直径又は各辺の長さが 0.5mm 以下の場合は容器に平らにかつ均一に入れ,容器のふたを載せ

固定する。このとき容器の底が平らになっていない場合には,ふたの中央部を押して容器の底が平ら

になるようにする。

(2)

シート及びフィルム状の場合は必要量を容器に敷き込み,容器のふたを載せ固定する。このとき容器

の底が平らになっていない場合には,ふたの中央部を押し容器の底が平らになるようにする。

(3)

薄く切った試験片で容器に合う大きさの場合には,シート及びフィルムと同様の方法による。

また,容器に対して試験片が小さい場合には,すきまがないよう平らに敷き詰める。

備考  これらの操作は,試験片相互,試験片と容器及び容器と容器ホルダーとの熱接触をよくするた

めに重要である。

8.4

容器の装着  容器の装着は,次によって行う。一方の容器ホルダーに試験片を詰めた容器を装着す

る。他方の容器ホルダーにはふたを固定した容器を装着する。ただし,試験片の量を多く必要とする場合

には,一方の容器に

α−アルミナ粉を試験片と同じ程度の見掛けの体積だけ詰めることができる。

8.5

窒素ガスの流入  窒素ガスの流量は,毎分 10∼50ml の範囲の適切な値に設定し,流量を変えること

なく試験終了まで流入を続ける。

8.6

感度の調整  感度の調整は,ピーク面積が 30∼60cm

2

になるように縦軸及び横軸を設定する。鋭い

ピークをもつ物質で記録計が振り切れるときには,6∼15cm

2

のピーク面積を使用してもよい。

8.7

DSC

曲線の測定  DSC 曲線の測定は,次によって行う。

(1)

加熱によって転移熱(融解熱及び冷結晶化熱)を求める場合には,あらかじめ転移温度より約 100℃

低い温度で装置が安定するまで保持した後,

加熱速度毎分 10℃で転移ピーク終了時より約 30℃高い温

度まで加熱し,DSC 曲線を描く。

また,3.(2)による状態調節後転移熱を求める場合は,状態調節後直ちに装置を安定させ加熱速度毎

分 10℃で転移ピーク終了時より約 30℃高い温度まで加熱し,DSC 曲線を描く。

(2)

冷却によって転移熱(結晶化熱)を求める場合は,8.7(1)の操作において転移ピーク終了時より約 30℃

高い温度まで加熱し,この温度に 10 分間保った後,冷却速度毎分 5℃又は毎分 10℃で転移ピークより


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少なくとも約 50℃低い温度まで冷却し,DSC 曲線を描く。

9.

転移熱の求め方(図参照)

9.1

ピーク面積を求めるための作図方法  8.1 で DSC 曲線が直線の場合には,転移前後でベースライン

から離れる点とベースラインに戻る点とを直線で結ぶ。

また,8.1 で DSC 曲線が湾曲している場合には,その湾曲した曲線で 2 点間を結ぶ。

備考  転移の前後において大幅に比熱容量が変化する場合には JIS K 7123(プラスチックの比熱容量

測定方法)によって比熱容量を求め,転移温度範囲の積分を行ってエンタルピー差によって転

移熱を求める。

図  ピーク面積を求めるための作図方法の例

9.2

ピーク面積の求め方  ピーク面積は,次のいずれかの方法によって求める。

(1)

  9.1

で作図した試験片及び純物質のピークを,乾式静電複写機又はトレーシングペーパーを用いて 1

枚の用紙に写し取る。写し取った用紙からピーク面積に対応する部分を切り取り,質量を求める。こ

の操作を 3 回行い,それぞれの平均値を求める。

(2)

ピーク面積をシンプソン法によって求める。

この処理は,電子計算機で行ってもよい。

(3)

ピーク面積をプラニメーターを用いて求める。

この場合面積を 5 回測定し,それぞれの平均値を求める。

9.3

転移熱の計算  次の式によって転移熱を算出する。

Δ

H

S

S

S

S

S

Y

X

A

W

H

W

AXY

ここに,

Δ

H

試験片の転移熱 (kJ/kg)

Δ

H

s

純物質の融解熱 (kJ/kg)

A

試験片の場合のピーク面積に対応する紙の質量 (mg) 又は
ピーク面積 (cm

2

)

A

s

純物質の場合のピーク面積に対応する紙の質量 (mg) 又は
ピーク面積 (cm

2

)

W

試験片の質量 (mg)

W

s

純物質の質量 (mg)


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Y

試験片の場合の Y 軸感度 (mW/cm)

Y

s

純物質の場合の Y 軸感度 (mW/cm)

X

試験片の場合の X 軸感度(時間ベース) (min/cm)

X

s

純物質の場合の X 軸感度(時間ベース) (min/cm)

10.

数値の丸め方  転移熱 (kJ/kg) は,小数点以下 1 けたまで求めて JIS Z 8401(数値の丸め方)に定め

る方法によって丸める。

11.

報告  報告には,必要に応じて次の事項を記入する。

(1)

試験した材料の種類

(2)

試験機の製造業者名及び形式

(3)

試験片の形状,大きさ及び質量

(4)

試験片の状態調節

(5)

窒素ガスの流入速度

(6)

加熱速度,冷却速度,測定開始温度及び終了温度

(7)

熱量の校正に用いた純物質名

(8)

転移熱量

(9)

試験年月日

(10)

その他必要とする事項

原案作成委員会  構成表

氏名

所属

(委員会長)

金  綱  久  明

工業技術院繊維高分子材料研究所

宮  崎  正  浩

通商産業省基礎産業局

池  田  喜  好

工業技術院標準部

畠  山  立  子

工業技術院繊維高分子材料研究所

高  橋  高  子

工業技術院大阪工業技術試験所

小  澤  丈  夫

工業技術院電子技術総合研究所

柴  崎  芳  夫

埼玉大学理学部

中  村  邦  雄

神奈川県工業試験所

中  村  茂  夫

神奈川大学工学部

金  子      剛

財団法人日本電気用品試験所

市  原  祥  次

三菱油化株式会社

桃  田  道  彦

理学電機株式会社

十  時      稔

株式会社東レリサーチセンター

佐  藤  一  太

鐘淵化学工業株式会社

河  崎  洋  徳

徳山曹達株式会社

渡  辺  修  三

東洋曹達工業株式会社

今  村  重  祥

三菱樹脂株式会社

寺  本  芳  彦

セイコー電子工業株式会社

沖  野  孝  之

株式会社島津製作所

岸          証

真空理工株式会社

塚  野      隆(樋口秀臣)

財団法人高分子素材センター