21.01.2026 by Aileen Sammler
ガード付きホットプレート法：ガスの種類と圧力が断熱材の熱伝導率をどのように変えるか
ガスの種類と圧力が断熱材の熱伝導率にいかに大きな影響を与えるか、また、GHP 456 Titan® が不活性ガスや真空下でいかに精密な測定を可能にするかをご覧ください。NETZSCH は、お客様のアプリケーションに最適なソリューションを見つけるお手伝いをします。
製品開発、品質保証、熱設計のいずれにおいても、断熱 材を扱う場合は、正確で実際の適用条件を代表する熱伝導率データが必要です。実験室の環境条件下で実施される標準的な測定では、このようなデータは得られないことがよくあります。
なぜでしょうか？ガスの種類と圧力が、開孔材料の実効熱伝導率に大きな影響を与えるからです。アプリケーションによっては、システムが熱的に安定したままか、オーバーヒートするかを決定します。
当社のNETZSCH アプリケーションラボでは、さまざまな分析を行っています。この記事では、次のことを学びます：
- 開気孔断熱材が敏感に反応する理由
- ガスと圧力の影響がどれほど大きいか、
- そして精密な測定を行う際に考慮すべき点について説明します。
開気孔断熱材がガスや圧力に敏感な理由
グラスウールのような繊維状断熱材の熱伝導率は、3つのメカニズムで起こります：
- 固体を介した熱伝導
- 放射伝熱
- 気相を介した熱伝導です。
特に重要なのは気相です。開気孔材料では、パージガスまたは周辺ガスが「セルガス」に効果的に取って代わり、材料の熱伝導率に直接影響します。
さらに、ガス圧力は、熱伝導に利用できる粒子の数を決定する。
その結果：ガスの種類や圧力がsmall 変化しても、測定される熱伝導率はlarge 変化します。
測定結果は何を示しているのか？
1.ガスが異なると大きな偏差が生じる
グラスウール（NIST SRM 1450D）を窒素、アルゴン、ヘリウム下で測定した。
結果は
- 窒素≒空気→ほぼ同じ値
- アルゴン中：実効熱伝導率が約28%低い。
- ヘリウム中：約4倍高い実効熱伝導率
なぜこれが重要なのか？
- アルゴンは、熱伝導率が非常に低いガスのシナリオをシミュレートします。
- ヘリウムはその反対で、熱伝導率の高い一般的な気体です。
- 空気中だけで測定した場合、実際の使用条件を反映した値が得られない可能性があります。
2.圧力依存性：特徴的なS字カーブ
窒素下において、約0.01mbarから1000mbarまでの圧力範囲を調査しました。
その結果実効熱伝導率は、最初は一定で、約300mbar以下で急激に低下する。
実用的な意味合い：
- 中程度の減圧では、最初はほとんど変化しない。
- 気体分子の平均自由行程が孔径に近づくと、挙動が変化する。
- その閾値以下では、熱伝達は粒子密度のみに依存し、熱伝導率は急激に低下する。
このことは、以下のような場合に特に関係します：
- 真空用途の部品設計
- 航空宇宙、極低温工学、高性能断熱材などの分野、
- シミュレーションに現実的な境界条件が必要な場合、
- 低圧シナリオの特性評価が必要な場合。
測定戦略の意味
困難な条件下での開気孔断熱材の信頼性の高い熱伝導率データが必要な場合、測定システムには以下が求められます：
- 制御された方法で異なるパージガスを導入する、
- 真の真空状態をサポートすること、
- 正確な圧力制御
- 安定した定常状態の測定結果を提供すること。
NETZSCH GHP 456 Titan® 分析装置は、直感的なソフトウェアと完全自動圧力制御により、これらの要件をすべて満たしています。
これが意味すること
アプリケーションに適した正確な熱伝導率を得るには、以下の方法があります：
- 空気中だけでなく、関連するセルガス中でも測定する、
- 材料が減圧下で使用される場合の圧力依存性を評価する、
- 常に測定条件に照らして文献値を解釈する、
- 再現可能な雰囲気変化をサポートする測定システムを使用する。
これにより、よくある落とし穴を避けることができます：
- 過度に楽観的な熱伝導率の見積もり、
- 誤った材料選択
- 信頼できないシミュレーション結果
- 運転中の熱問題
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キーテクノロジーとしてのGHPを ご覧ください：不活性ガスおよび真空雰囲気下における断熱材の熱伝導率の精密な特性評価 -NETZSCH Analyzing & Testingを ご覧いただくか、アプリケーションノート全文をPDFでダウンロードしてください：
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開気孔断熱材は、ガスの種類や圧力に非常に敏感です。このような条件下で使用する場合、熱伝導率も同じ条件で試験する必要があります。そうでないと、実効熱伝導率が不正確になります。
実際の使用条件を反映するようにガスの種類と圧力を制御して初めて、実際の使用性能に確実に一致する熱伝導率が得られます。GHP 456 Titan® は、このような厳しい条件下で実効熱伝導率を測定するための理想的な測定装置です。
ソリューションプロバイダーとして、NETZSCH は、適切な測定方法の選択から、適切な雰囲気・圧力条件の定義、アプリケーションに最適なシステムの決定まで、このプロセス全体を通してお客様をサポートします。GHP 456 Titan® は、不活性ガスや真空下でのこのような厳しい測定に対応できるよう特別に設計されています。
どのソリューションがお客様の特定のアプリケーションに最適かをお知りになりたい場合は、お近くのNETZSCH 営業担当者にご連絡ください。 開発、品質保証、シミュレーションに必要な信頼性の高いデータを提供する構成を一緒に見つけましょう。
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