熱伝導率測定・熱拡散率測定

概要

自動車、電子機器、建築分野など様々な分野において、製品の性能向上、長寿命化、安全性およびエネルギー効率の確保を目的として、発生する「熱」を適切に制御する「熱マネジメント」が重要となっている。材料設計や評価においては、熱の伝わりやすさを示す熱伝導率に加え、温度変化の広がりを表す熱拡散率を把握することが不可欠である。本資料では代表的な評価手法について概説する。

代表的な測定法一覧

熱伝導率 λ [W/m・K] は、材料中での熱の伝わりやすさを示す物性値であり、高いほど放熱性に優れ、低いほど断熱性に優れる。一方、熱拡散率 α [m²/s] は温度変化の広がりやすさを表す指標で、熱伝導率を密度および比熱で規格化した値である。両物性の評価には、材料の種類、形状、温度条件、定常・非定常条件に応じた適切な測定手法の選定が重要であり、用途や評価目的を明確にすることが求められる。

測定法	熱流計法	ホットディスク法※1	レーザー フラッシュ法※2	周期加熱法※2	熱線法
測定 方向	厚み方向	3次元方向	厚み方向 (面内方向)	厚み方向	3次元方向
温度 範囲	-20 ℃ ～ 300 ℃	-40 ℃ ～ 150 ℃	-110 ℃ ～ 1300 ℃	室温	-110 ℃ ～ 1200 ℃
試料※3 サイズ	Φ50 mm 厚さ100 μm ～ 20 mm	20×20 mm※4 厚さ7 mm 以上	Φ10 mm 厚さ1 ～ 3 mm	20×20 mm 厚さ10 ～ 500 μm	114×80 mm※4 厚さ40 mm
対象	樹脂、ゴム フィルム・ シート材 積層材、複合材	樹脂、ゴム、 無機材料 単一固体、粉体 ペースト材、断熱材	樹脂、金属、 セラミックス 中～高熱伝導の 固体	樹脂、金属 薄膜	単一固体、粉体、 液体
特長	積層材・複合材の 測定に有効	様々な材質・形状の 測定に有効 λ ､α、Cp 同時測定	小型試料の 測定に有効 異方性評価が可能	薄膜の測定に有効	様々な材質・形状の 測定に有効
測定 イメージ

※1　1 回の測定で、熱伝導率 λ、熱拡散率 α、容積比熱 (=ρ・Cp) が得られる。
※2　熱拡散率α を測定する手法である。λ = α・ρ・Cp の関係式より熱伝導率を算出する。別途、比熱 Cp、密度ρの値が必要である。
※3　試料サイズは標準目安。材料の特性等により必要サイズが異なる。
※4　2片1組必要である。

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