グラフェンシートの分散性を考慮した熱伝導解析

COGNACの散逸粒子動力学（DPD）を用いて、PEEKマトリクス中のグラフェンシートの分散構造を計算しました。グラフェンに親水性を付与するための表面改質を表現するため、粗視化粒子間の相互作用を変更してダイナミクス計算を実施しました。表面改質の有無による分散性の違いを確認できました（10~100nmスケール）。

前ステップで計算されたグラフェンシートの配置座標をDigimat-FEの入力値として用いて、メッシュ構造を作成し、Digimat-FEの有限要素法（FEM）ソルバーにより熱伝導性能を評価しました。グラフェンが分散している構造の方が高い熱伝導性を示しました。

Digimat-MFの等価介在物理論を用いて、CFRTPのUD材（一方向にカーボン繊維が配列）全体について、繊維配向に対して垂直方向の平均熱伝導率を計算しました（100μmスケール）。その際、マトリクス成分の熱伝導率は、前ステップの有限要素解析で得られた結果を均質化された物性値として用いました。結果として、マトリクス領域に存在するナノスケールのフィラー分散構造の違いが、材料全体の熱伝導性能に影響を及ぼすことを確認しました。