Kurdami naujus gaminius, inžinieriai gali rinktis iš daugybės medžiagų. Teisingai išanalizuoti visas medžiagų savybes, įtraukiant jas į galutinį produktą ar pritaikymą, yra labai sudėtinga užduotis. Renkantis medžiagą, didelę reikšmę turi dvi šiluminės savybės: šilumos laidumas ir šiluminio plėtimosi koeficientas.
Taikant bet kokį termodinaminį pritaikymą, reikia atidžiai apsvarstyti medžiagų šilumos laidumą ir šiluminio plėtimosi koeficientą, ypač tais atvejais, kai šios savybės turi įtakos galutiniam veikimui ir eksploatavimo trukmei. Tinkamo šilumos laidumo medžiagų pasirinkimas gali pagerinti efektyvumą ir našumą. Dėl unikalių šiluminių savybių anglies pluoštai gali būti naudojami daugelyje naujų pritaikymo sričių.
Šilumos laidumas
Šilumos laidumas, dar žinomas kaip šiluminis difuziškumas, paprasčiausiais terminais yra matas, kaip efektyviai šiluma teka per tam tikrą medžiagą. Paprastos molekulinės struktūros medžiagos paprastai taip pat turi didesnį šilumos laidumą. Kaitinant medžiagas, dalelės įgauna energijos ir vibruoja. Dėl šios vibracijos molekulės susiduria su kitomis dalelėmis ir perduoda joms energiją. Kuo daugiau šilumos, tuo daugiau vibracijos ir energijos perdavimo.
Matematinis šilumos laidumo vaizdas yra toks:
K=Šilumos laidumas (W/(mK)) arba (Btu/(hr ft laipsnis F))
Q =Šilumos perdavimas (W) arba (Btu)
d=Atstumas tarp dviejų izoterminių plokštumų (m) arba (ft)
A=Paviršiaus plotas (m²) arba (ft²)
Delta T=Temperatūros skirtumas (K) arba ( F laipsnis)
Šilumos laidumas skiriasi priklausomai nuo medžiagų. Kadangi anglies pluoštai būna skirtingų tipų, kurių kiekvienas turi savo unikalių savybių, jie skiriasi nuo kitų medžiagų, tokių kaip vanduo. Žemiau esančioje lentelėje parodytas skirtingas įvairių medžiagų šilumos laidumas.
Gamintojai ir mokslininkai sukūrė anglies pluošto kompozitus, pasižyminčius dideliu arba mažu šilumos laidumu įvairioms reikmėms. Šilumos laidumo matavimo metodas taip pat turi įtakos galutiniam matavimo rezultatui. Jei šilumos laidumas matuojamas išilgai pluoštų, jis paprastai yra didesnis nei matuojant skersai pluoštų (statmena kryptimi).
Anglies pluoštai, turintys didelį šilumos laidumą, gali būti naudojami įvairiose srityse. Pavyzdžiui, Japonijos įmonė sukūrė anglies pluoštą, kad sustabdytų baterijos gedimą mobiliosiose elektroninių prietaisų programose. Galutinis pritaikymas turėtų nustatyti, ar inžinieriams reikia mažo ar didelio šilumos laidumo anglies pluošto.
Šiluminio plėtimosi koeficientas
Kita svarbi termodinaminė savybė, į kurią inžinieriai turėtų atsižvelgti, yra šiluminio plėtimosi koeficientas. Šiluminio plėtimosi koeficientas yra matas, rodantis, kaip keičiasi objekto matmenys, kai jį veikia temperatūros pokyčiai. Yra trijų tipų šiluminio plėtimosi koeficientai: tūrinis, plotinis ir linijinis.
Kadangi anglies pluoštai dažniausiai yra kieti, inžinieriai turėtų daugiausia dėmesio skirti plotiniams ir linijiniams šiluminio plėtimosi koeficientams.
Matematinis linijinio šiluminio plėtimosi koeficiento vaizdas yra toks:
alfa=Linijinis šiluminio plėtimosi koeficientas (K^{-1} arba 1/K) arba (laipsnis F^{-1} arba 1/ laipsnio F)
L={Pradinis ilgis (m) arba (ft)
Delta L=ilgio pokytis (m) arba (ft)
Delta T=Temperatūros pokytis (K) arba ( F laipsnis)
Matematinis šiluminio plėtimosi koeficiento vaizdas yra toks:
alfa=Šiluminio plėtimosi ploto koeficientas (K^{-1} arba 1/K) arba (laipsnis F^{-1} arba 1/ laipsnis F)
A={Pradinis plotas (m²) arba (ft²)
delta A={Ploto pokytis (m²) arba (ft²)
delta T=Temperatūros pokytis (K) arba ( F laipsnis)
Kaip ir šilumos laidumas, anglies pluošto šiluminio plėtimosi koeficientas taip pat gali labai skirtis. Šis koeficientas labai priklauso nuo anglies pluošto krypties matricoje. Įprastas šiluminio plėtimosi koeficiento diapazonas yra nuo -1 K^{-1} iki +8 K^{-1}. Žemiau esančioje lentelėje parodyti skirtingi įvairių medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientai.
Anglies pluoštai turi neigiamą šiluminio plėtimosi koeficientą. Kai medžiaga kaitinama, ji susitraukia. Anglies pluošto atomai paprastai yra pritvirtinti išilgai x ir y ašių. Plokštieji ryšiai, fiksuojantys pluoštus išilgai x ir y ašių, yra kovalentiniai ryšiai. Dėl to z kryptis nėra fiksuota ir palaikoma silpnesnių van der Waals jėgų.
Kaitinant anglies pluoštus, atomai pradeda vibruoti daugiausia z kryptimi. Kai tai įvyksta, vibruojantys atomai traukia gretimus atomus. Dėl viso reiškinio atomai glaudžiau susijungia ir medžiaga susitraukia x ir y kryptimis. Kai šiluma didėja ir atomai pradeda vibruoti, medžiaga toliau traukiasi.
Kai kuriose programose neigiama šiluminio plėtimosi savybė gali duoti įdomių rezultatų. Anglies pluoštai gali būti derinami su dervos matrica, kuri turi teigiamą šiluminio plėtimosi koeficientą, kai gautos matricos šiluminio plėtimosi koeficientas yra artimas nuliui. Tai gali būti labai svarbu kai kuriems mažiems prietaisams, pvz., matavimo įrangai.