はじめに
ヒートフローメーター（HFM）法は、EPS、ロックウール、ガラス繊維ボードなどの断熱材の熱伝導率を測定する方法としてよく知られており、広く受け入れられている。また、熱伝導率が高く、構造が硬いコンクリートのような建築材料もHFMで調べることができます。装置キットは測定範囲を最大2W/(m∙K)まで拡張します。このアプリケーションノートでは、装置キットについて詳しく説明し、HFM 436/3/1を使用してパイレックス®で得られたデータを紹介します（図1）。その有効性は、レーザーフラッシュ分析（LFA、図2）技術とのデータ相関によって実証されています。
装置キット
HFM技術で絶縁材料を試験する場合、通常、試験片とHFMプレート間の界面熱抵抗は、試験片の熱抵抗に対して無視できるほど小さくなります。導電性の高い試料や硬い試料の場合、この仮定はもはや成り立ちません。試料の表面が非常に平らで平行であっても、界面には常にsmall の空隙が残り、プレートと試料の表面温度に大きな差が生じ、試料を通る熱流が不均一になります。これらの欠点を避けるために、装置キットが必要です。これは、2つの外部熱電対と2つの界面層で構成されています（図3）。界面層はプレートと試料間の熱接触を改善し、外部熱電対は試料表面に直接接触するため（図4）、正確で「真の」表面温度を測定する（図5）。
HFM（装置キット付き）とLFA法を用いたパイレックス®上の測定データの比較。
装置キットの性能は、1960年代から均質で化学的に安定し、熱伝導率が23℃で約1.14W/(m∙K)とよく知られている熱伝導率標準材料であるパイレックス®を用いて実証されています[1]。
報告されたデータは、300 mm x 300 mm x 20 mmの試験片に対して、装置キットを使用した場合と使用しない場合で実施されました。熱流束センサーの校正は、ASTM C 518に準拠し、装置キットなしでNIST認定のガラス繊維板（1450D）を用いて行いました。同じバッチの3つの異なるパイレックス試料（A、B、C）を試験した。直径12.7 mm、厚さ2.5 mmの2つの試料（1、2）も、LFA試験用に同じバッチから調製した。測定はLFA467Hyperflash を用いて行った。
表1は、異なるHFMおよびLFA試験による23℃での結果を示している。HFM試験のsmall 標準偏差（1.7%）は、この方法の再現性の良さを示しています。平均熱伝導率1.15 W/(m∙K)は、LFAと文献の平均値との偏差がわずか0.88%であることを示しています。これは、装置キットを用いたHFM測定の正確性を証明しています。
表1：HFMとLFAを用いた23℃におけるパイレックス®の熱伝導率
測定方法 | 試料/測定値 | 熱伝導率 W/(m∙K) | 平均熱伝導率 W/(m∙K) |
|---|---|---|---|
| HFM | パイレックスA | 1.13 | 1.15 |
| パイレックスB | 1.17 | ||
| パイレックスC | 1.14 | ||
| HFM | パイレックス（装置キットなし | 0.53 | 0.53 |
| LFA | パイレックス - 1 | 1.14 | 1.14 |
| パイレックス - 2 | 1.14 |
接触熱抵抗が高く、表面温度が未知であったため、熱伝導率は0.53W/(m∙K)となり、期待値よりも大幅に低くなりました。
図6は、HFM、LFA、および文献値（エラーバー±5%）を用いた10℃から65℃までの結果を示しています。全温度範囲において、HFMとLFAの結果は文献値とよく一致している（最大偏差2.8%-LFA、3.9%-HFM）。
概要
表面温度が正確に測定されていれば、2 W/(m∙K)までの硬い材料の熱伝導率をHFMで確実に調べることができます。これは、均質な熱流と真の試験片表面温度を保証する装置キットによって達成されます。装置キットを使ったHFM測定のデータは再現性が高く、LFA技術や文献の結果とよく一致しています。さらに、長期間の安定性により、未知の高導電性試料を測定する前に、パイレックス®は、装置キットを用いたHFMの性能を検証するのに適した材料として選ばれています。