アクリル: 温度変化による長さの変化の測定

ポリメチルメタクリレート (PMMA) としても知られるアクリルは、幅広い用途で多用途で広く使用されている熱可塑性プラスチック素材です。透明性、耐衝撃性、耐候性に優れていることで知られています。ただし、ほとんどの素材と同様に、アクリルも温度変化の影響を受けます。この記事では、温度変化とそれによるアクリルの長さの変化との関係を調べます。

熱膨張を理解する:
熱膨張は、アクリルを含むほとんどの固体材料で観察される現象です。加熱されると、材料内の分子は運動エネルギーを獲得し、振動が増加し、原子間の分離が生じます。この膨張により、材料の長さ、体積、またはその両方が増加します。逆に、冷却すると材料は収縮し、長さまたは体積が減少します。

熱膨張係数:
熱膨張係数 (CTE) は、温度変化に応じて材料がどの程度膨張または収縮するかを示す尺度です。温度の摂氏 (またはケルビン) 変化ごとの、単位長さ (または体積) あたりの長さ (または体積) の変化を定量化します。アクリルの CTE は通常 70 ～ 90 x 10^(-6)/℃の範囲です。

長さの変化の計算:
温度変化によるアクリルの長さの変化を計算するには、次の式を使用できます。

ΔL = α * L * ΔT

どこ：
ΔL は長さの変化、
α は熱膨張係数、
L はアクリルの元の長さであり、
ΔT は温度変化です。

例：
元の長さが 1 メートル、熱膨張係数が 80 x 10^(-6)/°C のアクリル棒を考えてみましょう。温度が 10°C 上昇すると、長さの変化は次のように計算できます。

ΔL = (80 x 10^(-6)/°C) * (1 メートル) * (10°C)
ΔL = 8 x 10^(-5) メートル

したがって、アクリル棒は 8 x 10^(-5) メートルまたは 0.08 ミリメートル膨張します。

アプリケーションと考慮事項:
温度変化によるアクリルの長さの変化を理解することは、さまざまな用途において重要です。たとえば、アクリル板がガラスに使用される建築では、座屈やひび割れを防ぐために熱膨張を考慮することが不可欠です。同様に、厳しい公差が要求される精密工学においては、設計および製造プロセス中にアクリルの熱膨張を考慮する必要があります。

熱膨張係数は、アクリルの特定の配合と製造プロセスによってわずかに異なる場合があることに注意することが重要です。したがって、重要な用途や正確な計算の場合は、材料の技術データシートを参照するか、実験テストを実施して正確な値を取得することをお勧めします。

結論：
広く使用されている熱可塑性材料であるアクリルは、温度変化に応じて長さが変化します。熱膨張係数を理解し、適切な公式を利用することで、アクリルの予想される長さの変化を計算できます。この知識は、アクリルのコンポーネントや構造の適切な設計、設置、機能を確保するために、さまざまな業界で不可欠です。

2023-07-15