維與其他材料相比，性能優(yōu)勢顯著，與玻璃纖維相比，其密度更低，僅為1.5-2.0g/cm3，直徑更小（通常為5-10μm），拉伸強度卻高達3.5GPa以上，彈性模量可達230GPa以上，伸長率也更高，相較于金屬材料，碳纖維的比強度和比剛度突出，在航空航天、軍工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能減輕結(jié)構(gòu)重量，提升能源利用效率。

碳纖維與其他材料性能比較

碳纖維作為一種高性能材料，因其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。以下是碳纖維與其他常見材料在性能上的比較：

1. 比強度和比模量

碳纖維的比強度和比模量顯著優(yōu)于許多傳統(tǒng)材料。具體來說：

• 比強度：碳纖維的比強度是鋼材的5倍，鋁合金的4倍。
• 比模量：碳纖維的比模量超過鋁合金和鋼材的4倍。

2. 耐疲勞性

碳纖維復(fù)合材料的疲勞強度極限為其拉伸強度的70%~80%，而傳統(tǒng)金屬材料的疲勞強度極限通常為拉伸強度的30%~50%。這意味著碳纖維結(jié)構(gòu)件在長期載荷變化環(huán)境下能夠保持更好的力學(xué)性能，使用壽命更長。

3. 阻尼減震性

碳纖維復(fù)合材料具有較高的自振頻率和良好的吸收振動能力，因此其阻尼性能優(yōu)于金屬材料。這使得碳纖維結(jié)構(gòu)件在抗震性能方面表現(xiàn)優(yōu)異。

4. 破損安全性

碳纖維復(fù)合材料在破壞過程中會經(jīng)歷基體損傷、開裂、界面脫粘、纖維斷裂等一系列過程。即使少數(shù)碳纖維斷裂，載荷也會通過基體傳遞到其他完好的纖維上，不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件突然破裂。相比之下，金屬材料在破裂后損傷會不斷加重，載荷作用不能均勻分布。

5. 密度和重量

碳纖維的密度較低，通常在1.6~2.0g/cm3之間，比玻璃纖維（2.5~2.7g/cm3）和大多數(shù)金屬材料都要輕。這意味著在實現(xiàn)相同強度的情況下，碳纖維結(jié)構(gòu)件的重量更輕，有助于實現(xiàn)輕量化設(shè)計。

6. 熱膨脹系數(shù)

碳纖維的熱膨脹系數(shù)非常低，幾乎為零（-0.5×10-6/℃），這意味著在溫度變化時，碳纖維結(jié)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性非常好。相比之下，玻璃纖維的熱膨脹系數(shù)為2.7×10ˉ6/℃。

7. 電性能

碳纖維是導(dǎo)電材料，可以用于電池中的電極等應(yīng)用。而玻璃纖維不導(dǎo)電，常用于電子器械中的絕緣材料。

8. 應(yīng)用領(lǐng)域

由于碳纖維的優(yōu)異性能，它在航空航天、軍工、軌道交通、體育用品、新能源汽車、建筑補強、消費電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

綜上所述，碳纖維在比強度、比模量、耐疲勞性、阻尼減震性、破損安全性、密度和重量、熱膨脹系數(shù)以及電性能等方面均表現(xiàn)出色，是一種極具潛力的高性能材料。

碳纖維在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用案例

碳纖維材料的成本優(yōu)勢分析

碳纖維與玻璃纖維成本對比

碳纖維在新能源汽車中的應(yīng)用前景