碳纤维到底有多强？

碳纤维最有价值的特性是其强度、刚度和重量轻。碳纤维由“丝束”中非常细的结晶碳细丝制成，其中包含数千根单独的细丝。这些纱线状的股线被编织在一起，形成各种编织的布。当碳纤维布层粘合在一起，形成碳纤维板或片材时，碳纤维层压板非常坚固。那么到底有多强呢？

碳纤维刚度和强度分级

拉伸模量定义为“沿轴的应力（每单位面积的力）与沿该轴的应变（变形与初始长度的比率）之比”。也称为刚度，拉伸模量可以预测材料的伸长或压缩，只要应力低于材料的拉伸强度。碳纤维根据纤维的拉伸模量进行分类。英制测量单位是磅力/平方英寸横截面积，缩写为 psi（或 ksi 表示千 psi，MSI 表示百万 psi）。碳纤维有五种分类：低模量、标准模量、中模量、高模量和超高模量。

碳纤维类	低模量	标准模数	中间模量	高模量	超高模量
拉伸模量 GPa	<227	227	289	393	758
拉伸模量 MSI	<33	33	42	57	110

层压碳纤维环氧树脂板或板的刚度和强度取决于：

碳纤维的材料特性
纤维的铺层时间表（纤维取向、编织类型和层压板的厚度）
纤维/树脂比

对于平衡的、对称的 0/90 度铺层计划，拉伸模量的良好估计值为 10 MSi (70 GPA)。相同叠层的拉伸强度的良好估计值为 87 KSI (600 MPA)。相比之下，钢的拉伸模量约为 29 MSI (200 GPa)，拉伸强度约为 61 KSI (420 MPA)。铝的拉伸模量约为 10 MSI (69 GPa)，拉伸强度为 40 KSI (276 MPA)从下表可以看出，碳纤维层压板具有最高的比抗拉强度和最高的比刚度

材料	拉伸模量 GPa	抗拉强度 MPa	密度 g/cm ³	比抗拉强度 Pa m ³ /kg	比拉伸模量 MPa m ³ /kg
铝	69	276	2.7	102	25.5
钢	200	420	7.9	53	25.3
碳纤维层压板	70	600	1.5	400	46.7

超高模量碳纤维的硬度大约是标准模量的 3 倍，但强度不高。此外，与钢和铝相比，碳纤维具有优异的抗疲劳性能。此外，当与适当的树脂结合使用时，碳纤维是市场上最耐腐蚀的材料之一。

碳纤维与其他材料相比如何？

玻璃纤维和 Kevlar® 层压板的密度接近于碳纤维。然而，碳纤维比玻璃纤维或 Kevlar® 更坚固、更硬比较碳纤维与其他材料的特性并不总是那么简单。有多种方法可以衡量力量，这可能使客观比较变得困难。然而，当严格查看比拉伸模量和比拉伸强度时，选择是显而易见的，强度并不是每个项目的首要任务。在为项目选择材料时，通常必须考虑其他因素，如灵活性或制造要求。当强度、刚度和重量至关重要时，碳纤维通常是最佳选择。

材料	弹性模量 GPa	抗拉强度 MPa	密度 g/cm ³	比抗拉强度 Pa m ³ /kg	比拉伸模量 MPa m ³ /kg
玻璃纤维	25	440	1.9	231	13.2
Kevlar®（芳纶）	30	480	1.4	333	20.8
碳纤维	70	600	1.5	400	46.7