材料	熱伝導率(W/mK)
アダマス	5300
カーボンファイバー(T700)	750
高弾性炭素繊維（繊維のみ）	120
銀	420
銅	400
金	320
アルミニウム	230
鉄	85
標準弾性炭素繊維	10-20

2）熱膨張係数（CTE）：

これは、温度が変化したときに物質または物体のサイズがどのように変化するかを測定するために使用されます。α、通常は k-1 または 1/K で表されます。

CTE タイプは一般に、線形、面積、体積の 3 つに分けられます。

線熱膨張係数の式は次のとおりです：

α =いいえΔLΔT

α = 線熱膨張係数、(K-1 または 1/K) または (° f-1 または 1/°F)

L = 元の材料の長さ (m) または (ft)

ΔL = 材料の長さの変化、(m) または (ft)

ΔT =温度変化、(K) または (°F)

面積熱膨張係数の式は次のとおりです。

α =A/ΔAΔT

α =面積熱膨張係数、(K-1 または 1/K) または (° F-1 または 1/°F)

A = 元の材料面積 (m²) または (ft²)

ΔA = 材料面積の変化、(m²) または (ft²)

ΔT = 温度変化 (K) または (°F)

熱伝導率と同様に、炭素繊維の熱膨張係数も大きく異なります。この係数は複合マトリックス内の炭素繊維の方向に大きく依存します。炭素繊維と他の材料の熱膨張係数については、下の表を参照してください。

材料	熱膨張係数( 10-6 /K）
炭素繊維強化エポキシ複合材（縦方向）	-0.1-0.5
フルカーボンファイバー（縦方向）	-0.1-1.5
フルカーボンファイバー（縦方向）	25-50
グラスファイバー	5-8
チタン合金	8.2
アルミニウム	24
鋼鉄	13
銅	18
セラミック	2-5
ABSプラスチック	80-100

2. 炭素繊維用途の熱特性

私たちは、お客様の業界ソリューションに変化をもたらします。そのため、お客様のニーズを満たし、アプリケーションのパフォーマンスを向上させるために、高い熱伝導性と低い熱膨張係数を備えた炭素繊維複合材を製造できます。

繊維方向（縦方向）に高い熱伝導性と低い熱膨張係数を活かします。

炭素繊維の優れた特性の一つは、高い熱伝導性と低い熱膨張係数です。特に繊維方向の熱膨張係数は、一般的にマイナスか限りなく0に近い値となります。そのため、この特性を利用して、お客様が求める複合材料を作ることができます。

精密測量機器: 熱膨張係数が低いため、カーボンファイバー製の機器は温度が変化してもサイズがほとんど変わりません。光学機器、望遠鏡、建築測量用三脚などの高精度要件に適しています。
航空宇宙: 高い熱伝導性と低い熱膨張係数により、宇宙船の付属品は低温と高温の両方で寸法安定性を維持できます。
UAV：カーボンファイバー素材で作られたドローンのフレーム構造は、変形することなく高温環境に耐えることができます。同時に、モーターの放熱能力が向上し、飛行性能が向上します。熱応力による疲労損傷を軽減し、耐用年数を延ばします。

炭素繊維の異なる熱伝導率を利用し、繊維の積層方向とマトリックスの選択を変更することで、垂直方向の高い熱膨張係数を低減できます。

炭素繊維の垂直方向の熱膨張係数は繊維方向の熱膨張係数よりも高いことがよく知られています。この材料は寸法安定性が悪いため、0°/90°/45°の交差レイアップ方向を使用すると、炭素繊維の異方性のバランスを保ちながら、その高い熱特性を活用しながら、熱膨張係数を下げることができます。

自動車製造：炭素繊維複合材料は、繊維布の方向を変えると熱膨張係数が低下します。自動車のボンネット、シャーシ、ブレーキシステムなどの部品に適用され、高温環境下でサイズが変形しないようにします。また、高い熱伝導率により、高温による熱応力疲労を防止します。
アウトドアスポーツ用品：カーボンファイバー製の自転車フレーム、ゴルフラケット、カヤックパドルは熱伝導率が低いため、断熱性に優れ、ユーザーの快適性が向上します。また、熱膨張係数が低いため、機器のサイズを安定させるのに役立ちます。
電子部品の放熱装置：炭素繊維複合材料にアスファルトなどの他の材料を加えることで、横方向の熱膨張係数を大幅に低減し、放熱装置の寸法安定性を向上させ、高い熱伝導率を利用して放熱能力を向上させることができます。

3. 課題と解決策

課題1：炭素繊維材料の異方性による熱応力

炭素繊維の熱伝導率と熱膨張係数は、縦方向と横方向で大きく異なることは周知の事実です。これは異方性であり、内部の温度が変化すると熱分布が不均一になります。また、破損や剥離も非常に起こりやすくなります。

解決

0°/±45/±90°交差積層方向などの多角度繊維布の積層方向を採用し、異方性を低減し、最終的に熱伝導率と熱膨張係数のバランスをとる役割を果たします。
熱膨張率の低いマトリックスを選択する: 炭素繊維強化複合材料を製造する場合、選択したマトリックスの熱膨張係数が高いほど、製造される材料の熱膨張係数も高くなります。したがって、低熱膨張マトリックスは、垂直方向の熱膨張係数を低減し、全体的な寸法安定性を向上させることができる。

課題 2: 高温環境では性能が低下しやすい。

炭素繊維複合材の基材であるエポキシ樹脂などは、高温になると溶解したり分解したりする傾向があり、最終的には熱膨張係数が変化し、寸法安定性に影響を及ぼします。

解決：

寸法安定性を向上させるために、耐熱エポキシ樹脂などのポリエーテルエーテルケトンPEEK樹脂を使用します。
複合材の表面には耐高温コーティングが施されており、高温環境でもマトリックスの性能が失われるのを防ぎます。

課題3: データの管理と測定が難しい

熱伝導率や熱膨張係数は、製造工程、基材、繊維配向などの影響を受けるため、正確に測定・制御することが困難です。

解決：

ASTM E831などの標準化された測定方法を使用する
リアルタイム監視とフィードバック：炭素繊維複合材の製造にリアルタイム監視技術を導入。データを動的に調整して、熱伝導率と熱膨張係数を厳密に制御します。
材料生産データベースの構築：生産プロセス中に経験を蓄積し、データをリアルタイムで記録します。そして、材料データベースを確立します。設計と生産のための正確なデータ参照と技術サポートを提供します。

4. 結論

炭素繊維の熱伝導率と熱膨張係数を深く理解し、議論することで、製品設計において炭素繊維の異方性と寸法安定性のバランスをより良く取ることができます。アプリケーションに適応して、製品の市場競争力を高めます。

より具体的な事例、詳細なデータサポート、またはさまざまなカーボンファイバープレート、チューブ、ロッド、その他の形状のアクセサリが必要な場合は、JCCMFG にお問い合わせください。

炭素繊維の熱特性の概要

1. 炭素繊維の熱伝導率と熱膨張係数とは何ですか？

1）熱伝導率：