炭素繊維複合体は、強度と軽量性のために高温環境で広く使用されています。熱にさらされるときにこれらの材料がどのように拡大するかを理解することは、エンジニアリング用途に不可欠です。熱膨張計算は、材料の動作を予測し、温度変化の下で構造的完全性を確保するのに役立ちます。

熱膨張の基礎

熱膨張は、温度上昇として材料のサイズの増加を意味します。温度変化の度に材料がどれだけ拡大するかを示す熱膨張係数(CTE)によって定量化されます。複合材については、繊維方向とマトリックス特性によって異なります。

カーボンファイバーコンポジットの増大の計算

複合体の総線形膨張は、その構成要素の特性に依存します。混合物の規則は近似を提供します。

ΔL = L0 × (α c × V c + α m × V m) × ΔT

どこ:

  • ΔL =長さの変化
  • L0 = 元の長さ
  • α c = 炭素繊維CTE
  • α m = マトリックス材料のCTE
  • V c = 繊維のボリュームの分数
  • V m = 行列のボリュームの分数
  • ΔT = 温度の変化

要因 熱拡張に影響を及ぼす

炭素繊維複合体の熱膨張動作に影響する要因がいくつかあります。これらには、繊維方向、マトリックス材料の種類、温度範囲が含まれます。繊維の異方性特性は、異なる方向に沿って異なる拡張率を引き起こす可能性があります。

設計検討は高温適用の物質的な失敗か変形を防ぐこれらの要因のために考慮しなければなりません。