Study on the thermal behavior of Carbon-Fiber-Reinforced-Plastic (CFRP) sheet using a periodic heating method

周期加熱法を用いたCarbon-Fiber-Reinforced-Plastic(CFRP)の熱拡散挙動の研究

永田 將*; 西 剛史*; 太田 弘道*; 五十嵐 誉廣  ; 三宅 修吾*

Nagata, Sho*; Nishi, Tsuyoshi*; Ota, Hiromichi*; Igarashi, Takahiro; Miyake, Shugo*

電子機器の発熱密度の増加により、Carbon-fiber-reinforced Plastic(CFRP)は、その高い熱伝導率、高い異方性、および高強度により、熱放散材料として注目を集めている。CFRPを使用して目的の放散方向に熱を伝導できれば、より効率的な熱設計が可能となる。熱伝播を制御するには、各繊維角度でのCFRP内の熱伝播挙動を理解し熱配向と呼ばれる熱伝播の方向を決定する必要がある。我々は以前の研究で、CFRPの熱伝播を炭素繊維方向と繊維-マトリックス界面の方向の2つの方向に分類する周期的加熱法を使用して熱配向を決定するアプローチを示し、繊維とマトリックスの界面は、CFRPの熱伝播に大きな影響を与え、CFRPの厚さが増すにつれてその影響は大きくなることを示した。しかし、CFRPの厚さが熱配向に及ぼす影響については不明な点が多い。本研究では、さまざまな厚さのCFRPに対して周期的加熱法による熱物性測定を行い、繊維とマトリックスの界面が熱配向に及ぼす影響を調査した。

Due to the increasing heat generation density of electronic devices, unidirectional Carbon-fiber-reinforced Plastic (CFRP) has gained interest as a heat-dissipating material owing to its high thermal conductivity, high anisotropy, and high strength. If CFRPs can be used to conduct heat in the desired direction of dissipation, more efficient thermal designs are possible. To control heat propagation, it is necessary to understand the heat propagation behavior within CFRPs at each fiber angle by determining the direction of heat propagation, referred to as thermal orientation. We previously demonstrated an approach for determining the thermal orientation of CFRPs using a periodic heating method, wherein the heat propagation in CFRPs was classified into two directions: the direction of the carbon fiber direction and the direction of the fiber-matrix interface. It has been suggested that the fiber-matrix interface has a significant effect on the heat propagation of CFRPs, which increases with the increase in CFRP thickness. However, the effect of CFRP thickness on thermal orientation is yet unknown. In the current study, we investigated the effect of the fiber-matrix interface on thermal orientation using the periodic heating method for CFRPs with varying thicknesses.