在設計新產(chǎn)品或應用時，工程師有多種材料選擇。精確分析所有材料特征，同時將它們放入最終產(chǎn)品或應用的環(huán)境中，是一項極其艱巨的義務。可以在材料選擇中發(fā)揮緊張作用的兩個熱屬性是熱導率和熱膨脹系數(shù)。

在任何傳熱應用中，都應細心考慮熱導率和熱膨脹系數(shù)，尤其是在這些特征影響性能和壽命的應用中。選擇具有適當導熱性的材料可以進步服從和性能。因為其獨特的熱性能，碳纖維可用于新的應用。

導熱系數(shù)

用最簡單的術語來說，熱導率是衡量熱量流過給定材料的服從的指標。具有簡單分子結構的材料通常具有更高的熱導率。當材料被加熱時，粒子將獲得能量并振動得更多。這種振動會導致分子撞擊其他粒子并將能量傳遞給它們。施加的熱量越多，發(fā)生的振動和能量傳遞就越多。

熱導率用數(shù)學透露表現(xiàn)如下：

K = 熱導率 (W/(mK)) 或 (Btu/(hrft*°F))

Q = 傳熱量 (W) 或 (Btu)

d = 兩個等溫面之間的距離 (m) 或 (ft)

A = 外觀積 (m²) 或 (ft²)

ΔT = 溫度轉變 (K) 或 (°F)

導熱系數(shù)因材料而異。因為碳纖維有如此多的變體，與其他材料（例如水）不同，每種變體都有其獨特的特征。查看下表，了解各種材料的不同熱導率。

制造商和研究人員根據(jù)應用開發(fā)了具有高導熱性或低導熱性的碳纖維復合材料。測量熱導率的體例也會影響最終的測量效果。假如沿纖維測量熱導率，則其電導率通常高于沿纖維測量的熱導率。

具有高導熱性的碳纖維可用于多種應用。例如，一家日本公司開發(fā)了碳纖維，可克制電子設備移動應用中的電池退化。最終應用應決定工程師是否必要具有低導熱性或高導熱性的碳纖維。

工程師應該考慮的另一個關鍵熱力學特征是熱膨脹系數(shù)。

熱膨脹系數(shù)

熱膨脹系數(shù)是衡量物體在溫度轉變時大小如何轉變的指標。

存在三種類型的熱膨脹系數(shù)：

- 體積

- 區(qū)域

- 線性

因為碳纖維在大多數(shù)應用中通常是實心的，因此面積和線性熱膨脹系數(shù)是工程師最應該關心的兩個題目。

下面是線性熱膨脹系數(shù)的數(shù)學透露表現(xiàn)：

α = 面積熱膨脹系數(shù)（K ^-1或 1/K）或（°F ^-1或 1/°F）

L = 原始長度 (m) 或 (ft)

ΔL = 長度轉變 (m) 或 (ft)

ΔT = 溫度轉變 (K) 或 (°F)

下面是面積熱膨脹系數(shù)的數(shù)學透露表現(xiàn)：

α = 面積熱膨脹系數(shù)（K ^-1或 1/K）或（°F ^-1或 1/°F）

A= 原始面積 (m²) 或 (ft²)

Delta A= 面積轉變 (m²) 或 (ft²)

Delta T = 溫度轉變 (K) 或 (°F)

與導熱性類似，碳纖維的熱膨脹系數(shù)可以有很大差異。該系數(shù)很大程度上取決于基體中碳纖維的方向。熱膨脹系數(shù)的典型范圍是從 -1 K ^-1到 +8 K ^{-1 的}任何地方。查看下表，了解各種材料的不同熱膨脹系數(shù)。

碳纖維可以具有負的熱膨脹系數(shù)。當材料受熱時，它會收縮。碳纖維原子通常沿 x 軸和 y 軸固定。將纖維固定在 x 和 y 軸上的平面鍵是共價鍵。這使得 z 方向不固定，并由更弱的范德華力保持在一路。

當碳纖維被加熱時，原子將開始振動，重要是在 z 方向。當這種情況發(fā)生時，振動的原子會拉動相鄰的原子。這整個征象將使原子靠得更近，并在 x 和 y 方向收縮材料。隨著熱量的增長和原子開始更多地振動，材料將繼承收縮。

在某些應用程序中使用時，此屬性可以產(chǎn)生一些風趣的效果。碳纖維可以結合到具有正熱膨脹系數(shù)的樹脂基體中，其中所得基體的熱膨脹系數(shù)接近于零。這對于某些小活動可能至關緊張的應用特別很是有效，例如計量設備。