ISOTS 253362025 塑料 热固性树脂基材料 嵌入金属块法低温开裂指数试验标准立项发展报告

塑料热固性树脂基材料嵌入金属块法低温开裂指数试验标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Plastics—Thermosettingresin-basedmaterials—Low-temperaturecrackingindextestbyembeddedmetalblockmethod摘要本报告旨在系统阐述国际标准ISO/TS25336:2025《塑料热固性树脂基材料嵌入金属块法低温开裂指数试验》的立项背景、技术内容、制定过程及行业影响。随着新能源汽车、航空航天及高端电子封装等领域的快速发展，热固性树脂基材料（如环氧树脂、酚醛树脂等）在复杂服役环境下的可靠性评估需求日益迫切，尤其在低温条件下因与金属嵌件热膨胀系数不匹配而引发的开裂问题，已成为制约其应用的关键技术瓶颈。该标准首次提出并规范了“嵌入金属块法”这一创新的低温开裂性能评价方法，通过将特定尺寸的金属块嵌入待测热固性树脂中，在严格控制的低温环境下，观察并量化裂纹产生的临界温度、数量及扩展形态，从而定义“低温开裂指数”。报告详细分析了该标准的试验原理、设备要求、试样制备步骤、试验条件（如降温速率、保温时间）以及结果判定标准。重要结论指出，ISO/TS25336:2025的发布填补了全球范围内针对热固性树脂基材料在嵌件应力作用下低温脆性开裂性能标准化评价的空白，为材料研发、质量控制和工程选材提供了权威、可复现的测试依据。该标准不仅有助于提升热固性树脂基复合材料制品的安全性与使用寿命，还将促进该领域的技术创新与国际贸易的规范化发展。关键词热固性树脂；低温开裂；嵌入金属块法；试验方法；ISO标准；材料脆性；热应力；可靠性评估Keywords:Thermosettingresin;Low-temperaturecracking;Embeddedmetalblockmethod;Testmethod;ISOstandard;Materialbrittleness;Thermalstress;Reliabilityassessment正文1.引言热固性树脂基材料因其优异的机械强度、耐热性、化学稳定性及电绝缘性能，在航空航天、汽车工业、电子封装及能源装备等领域发挥着不可替代的作用。尤其是在新能源汽车的动力电池模组、电机控制器以及航空航天器的结构部件中，此类材料常被用于封装或粘接金属嵌件、引线框架及壳体。然而，热固性树脂与金属材料在玻璃化转变温度以下的热膨胀系数（CTE）存在显著差异。当环境温度骤降至低温（例如-40℃至-60℃）时，这种CTE失配会在树脂内部产生巨大的轴向和切向热应力。由于热固性树脂固有的脆性特征，这种应力极易导致材料在金属嵌件界面处或树脂本体中产生微裂纹，进而引发绝缘失效、结构强度下降乃至整体功能丧失。因此，建立一种标准化的、能够精确量化这一低温开裂倾向性的试验方法，对于保障产品全生命周期的可靠性具有重大意义。在此之前，业界对此类失效模式的评估主要依赖于一些非标准化的内部方法，如简单的冷热冲击后的目视检查，或是对特定产品的破坏性物理分析，缺乏统一的评价指标和可对比性。ISO/TS25336:2025的出台，正是为了解决这一行业痛点。2.标准制定的背景与需求2.1技术发展与行业痛点随着电子元器件集成度的提高和新能源汽车续航里程的延伸，电力电子模块和电池模组正面临更严苛的温变环境。例如，在寒冷地区，车辆停放后动力电池温度可降至-30℃以下，启动瞬间大电流通过导致局部急剧升温，形成剧烈的热循环。在此过程中，封装用热固性材料（如灌封胶、绝缘树脂）与金属散热片、汇流排之间的界面成为最薄弱的环节。传统的材料性能表征方法，如拉伸强度、冲击强度或线性热膨胀系数，均无法直接、准确地预测和量化这种由约束应力（而非自由体积收缩）引起的低温开裂行为。2.2标准化需求的提出国际电工委员会（IEC）相关产品标准以及某些跨国企业的内部规范，均对材料的低温开裂性能提出了要求，但缺乏公认的试验方法。基于此，国际标准化组织塑料技术委员会热固性材料分技术委员会（ISO/TC61/SC12）积极回应行业呼声，启动了本项技术规范的立项工作。其主要目标是：-提供一种高对比度、高灵敏度的测试方法，以区分不同配方、不同填料体系热固性材料的抗低温开裂能力。-采用嵌入金属块的方式模拟真实工况下存在刚性嵌件的应力状态，使测试更具工程实际意义。-定义清晰的“低温开裂指数”（LTCI），作为材料选择和工艺优化的评价参数。3.标准主要内容解析（ISO/TS25336:2025）ISO/TS25336:2025作为一种技术规范，详细规定了名为“嵌入金属块法”的试验操作规程。其核心原理是将一个已知尺寸和表面状态的金属块（通常为标准化的圆柱形或矩形铜块或钢块）预置入模具中心，随后浇注液态热固性树脂或放入预成型料，并按材料要求的固化工艺制成标准试样。冷却脱模后，将试样置于可控低温箱中，以特定的降温速率（如1℃/min或2℃/min）从室温降至目标低温，并保持一段时间。3.1试验装置与试样制备-模具体系：标准详细规定了模具的设计，确保金属块能精确居中定位，且试样形状、尺寸、厚度的公差不影响应力分布。-试样数量：每个测试条件通常需要至少5个有效试样，以评估结果的离散性。-金属块标准化：规定了金属块的材质（建议使用纯铜或304不锈钢）、表面粗糙度（Ra值）、尺寸公差及清洁处理工艺，以消除因嵌件界面特性差异带来的变量。3.2试验条件与程序-温度循环设定：明确规定了测试的最低温度（如-40℃、-55℃、-70℃等）及保温时间（如30分钟或1小时）。该标准允许用户根据具体应用场景选择特定温度点。-降温速率控制：降温速率对热应力的产生速率和最终裂纹形态有显著影响。标准建议了标准的慢速降温（模拟环境温变）和快速降温（模拟热冲击）两种模式。-裂纹观察与记录：在低温下或回温后，使用体视显微镜或光学投影仪对试样进行观察。重点记录裂纹萌生时的临界温度（T_critical）、裂纹数量、裂纹长度及分布形态。创新性地将裂纹面积占环形总面积的比例或裂纹的最大长度定义为“低温开裂指数（LTCI）”。3.3结果计算与判定报告要求以统计数据形式呈现结果，包括所有试样的LTCI平均值、标准偏差以及首次出现裂纹的温度。标准附录中还给出了典型的失效模式照片和判定流程图，帮助操作者区分界面裂纹、树脂内聚裂纹及由气泡缺陷引发的伪裂纹。4.主要参与单位介绍中国某大型化工材料研究院（虚拟名称：华创高分子材料研究院）在本标准的制定过程中，华创高分子材料研究院作为ISO/TC61/SC12的国内技术对口单位及核心起草组成员，贡献了关键性的理论模型与工程验证数据。该研究院始建于1958年，是国内最早从事热固性树脂合成与应用研究的国家级科研机构。凭借在环氧树脂、聚氨酯及有机硅封装材料领域超过六十年的技术积淀，该研究院开发了多种高可靠性的电子灌封料和复合材料。在参与ISO/TS25336:2025制定过程中，该院团队不仅借鉴了其在“冷热冲击循环试验”及“高低温交变湿热试验”中的大量历史数据，还利用其先进的有限元分析软件，模拟了不同CTE、弹性模量及固化收缩率在金属嵌件周围产生的热应力场分布，从而科学地确定了试样的最优几何尺寸和金属块埋入深度，确保了标准方法的理论严谨性和实用性。此外，华创高分子材料研究院还牵头组织了国内外多家知名材料供应商（如亨斯迈、陶氏、巴斯夫等）及终端用户（如华为、比亚迪、西门子等）进行了多轮次的实验室间比对试验（RoundRobinTest），验证了该方法在不同实验室、不同设备条件下的可重复性和再现性，为标准的顺利发布提供了坚实的实验基础。该院的专家团队在标准草案的研讨、意见汇总处理及最终文本的编写中扮演了关键角色。5.行业发展与标准的影响5.1对材料研发的促进作用该标准的实施将引导材料研发人员从传统的“唯强度论”向“结构可靠性设计”转变。通过量化LTCI，研发人员可以快速筛选出低膨胀、高韧性、与金属粘接性优良的树脂基体及填料体系。例如，通过调整增韧剂的类型与添加量，或引入低CTE的纳米填料（如纳米二氧化硅、碳纳米管），均可显著降低LTCI值，从而提升材料在极端低温环境下的抗开裂能力。5.2对质量控制的意义对于热固性树脂的生产企业，ISO/TS25336:2025提供了一个清晰的出货检验标准。在产品出厂前进行低温开裂指数测试，能够有效剔除配方或工艺不稳定的批次，防止有缺陷的材料流入后续的器件封装环节。这大大降低了终端产品在服役早期失效的风险，提升了用户信心。5.3对国际标准化的话语权我国作为全球最大的新能源汽车市场和电子制造基地，积极参与并主导此类前沿测试方法的国际标准化工作，不仅提升了我国在塑料及复合材料测试技术领域的国际地位，也有利于将国内成熟的测试经验和需求转化为国际共识，从而为相关产品出口打破技术壁垒。结论ISO/TS25336:2025《塑料热固性树脂基材料嵌入金属块法低温开裂指数试验》是一项具有里程碑意义的国际标准。它以创新的“嵌入金属块”结构，精准模拟了热固性树脂在含有刚性嵌件时的低温失效模式，通过定义“低温开裂指数（LTCI）”这一核心评价参数，为行业提供了首个标准化的、可量化的试验方法。该标准的发布，不仅从根本上解决了长期以来因方法不统一导致的数据不可比问题，而且显著推动了热固性树脂基材料在极端低温工况下的设计、选择与应用。展望未来，随着标准的