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高性能炭素繊維複合断熱材は、様々な先端技術を結集した最先端素材です。

I. 定義と基本構成

高性能炭素繊維複合断熱材は、炭素繊維の優れた機械的特性、導電性発熱特性、高性能断熱材（エアロゲル、真空断熱板など）の極めて低い熱伝導率を、高度な材料複合技術によって融合させた多機能統合材料です。

1、炭素繊維部分：通常、ショートカット繊維、繊維マット、織物や不織布の形で。 構造強度を提供するための補強体として使用されるだけでなく、より重要なのは、効率的で均一な電熱体として使用されます。

2、断熱部分：これは材料の核となる部分で、熱損失を防ぐ役割を担っています。一般的な「高性能」断熱基材には以下のものがあります：

(1)シリカエアロゲル：固体材料の中で世界最小の熱伝導率（室温で最大0.013W/m・K）、超軽量、防火性、疎水性。

(2) 真空断熱パネル（VIP）：高バリア性の被覆材を真空にして密封したもので、芯材は微多孔構造（ヒュームドシリカ、ガラス繊維マットなど）、熱伝導率は0.002～0.004W/m・Kと低い。

(3）他の高性能発泡体：ポリイミド（PI）発泡体、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）発泡体など、高温耐性と良好な断熱特性の両方。

3、複合モード：通常、炭素繊維層と断熱層を高温接着剤で複合化、または炭素繊維を断熱マトリックスに直接埋め込み、「サンドイッチ」構造または均質な複合材料を形成。

第二に、コア特性と性能の視点

この材料が「高性能」であるのは、様々な優れた性能を兼ね備えているからです：

1、究極の断熱性：エアロゲルやVIPなどの芯材のおかげで、熱伝導率は従来の断熱材（ロックウール、ポリスチレンボードなど）よりはるかに低く、熱伝導と対流を大幅に減らすことができ、省エネ効果は顕著です。

2、アクティブ暖房/融雪・融氷機能：これは最もユニークな性能です。材料の両端の電極に通電すると、内部の炭素繊維ネットワークが電気抵抗効果によって均一なジュール熱を発生し、電気エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換することができます。これにより、この素材は「保温」だけでなく、積極的な「発熱」にもなります。

3、軽量で高強度：炭素繊維の密度は非常に低い（約1.7g/cm³）が、強度は非常に高い（引張強度は最大3000-5000MPa）。複合材料全体の重量は軽く、機械的強度と靭性が高く、壊れにくい。

4、優れた耐候性と化学的安定性：炭素繊維とエアロゲルは、高温と低温に対する優れた耐性、耐腐食性、抗老化特性、長寿命、過酷な環境に適しています。

5、安全性と信頼性

(1）耐火性と難燃性：エアロゲルはクラスAの不燃材料で、炭素繊維自体も高温に強く、全体的な材料の火災性能は優れています。

(2）均一な加熱：直火を使わない炭素繊維加熱、低熱慣性、高速ウォーミング、均一な温度フィールド、金属ヒーターワイヤによってもたらされる可能性のある局所的な過熱問題を回避します。

(3）多機能の統合と省スペース： "断熱 "と "ヒーター "を一つに、システム設計を簡素化し、インストール厚さとスペースの占有を低減します。

第三に、動作原理の観点

作業原理は「受動的断熱」と「能動的熱」の相乗効果です：

1、受動的断熱（断熱）：高性能断熱基板の材料は、無数のナノスケールの細孔を持つバリアを構成し、これらの細孔は、空気の流れ（対流熱伝達）と固体骨格の熱伝導を大幅に制限する空気分子をロックするのに十分であるため、効果的に熱の交換を遮断します。

2、アクティブ加熱（加熱）：電気をオンにすると、電子が炭素繊維によって形成された導電性ネットワーク内を流れ、炭素原子と衝突し、摩擦が発生し、直接電気エネルギーを熱に変換します（ジュールの熱の法則：Q = I ² Rt）。炭素繊維が均一に分布しているため、発熱量も非常に均一です。

第四に、応用分野の観点

そのユニークな特性に基づいて、材料は多くのハイエンドの分野で幅広い応用の見通しを持っています：

1、航空宇宙：宇宙船、衛星機器キャビンの断熱材、翼、尾翼、および従来のかさばる非効率的なジェット解氷システムの代わりに、能動的な熱保護/解氷システムの他の重要な部分に使用されます。

2、新エネルギーとハイエンド設備

(1)新エネルギー車: 電力電池パックの絶縁および熱管理のため。低温環境では積極的に加熱してバッテリーの活性を確保し、高温環境では効果的に断熱してバッテリーの安全性と効率を保護します。

(2)液化天然ガス(LNG)の貯蔵および輸送: LNGのパイプライン、低温を保つ貯蔵タンクのために使用される「冷たい」損失を減らしなさい。

(3）建築：高級建築物の輻射床暖房（電気床暖房フィルム）、屋根融雪・融氷システム、パッシブハウス、保冷庫など、極端な省エネを必要とする外壁断熱システムに使用。

3、産業用パイプラインと貯蔵タンク：石油、化学などの産業用パイプラインの断熱に使用され、従来の蒸気ヒートトレースや電気ヒートトレース＋断熱綿の組み合わせではなく、より省エネ、効率的、安全なプログラム。

4、屋外と軍事装備：軽量、自己発熱テント、衣類、寝袋などを作るために使用され、現場作業や軍事作戦の保護を提供します。

5、伝統的な材料との比較角度

高性能炭素繊維複合断熱材は、断熱材の発展における新しい方向性を示しています。従来の単一的、静的な断熱機能から、多機能、動的、インテリジェントな方向へと進化しています。材料レベルの革新的な複合化により、極端な断熱と積極的な加熱の両方の問題を巧みに解決し、省エネと排出削減、システム統合、安全性と信頼性などに大きな利点を発揮します。将来のハイエンド産業、航空宇宙、新エネルギーなどの分野に欠かせない重要な新材料の一つです。