維與其他材料相比，性能優勢顯著，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、軍工等領域應用廣泛，能減輕結構重量，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性質，在許多領域得到了廣泛應用。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于許多傳統材料。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

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

3. 阻尼減震性

碳纖維復合材料具有較高的自振頻率和良好的吸收振動能力，因此其阻尼性能優于金屬材料。這使得碳纖維結構件在抗震性能方面表現優異。

4. 破損安全性

碳纖維復合材料在破壞過程中會經歷基體損傷、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，不會導致結構件突然破裂。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）和大多數金屬材料都要輕。這意味著在實現相同強度的情況下，碳纖維結構件的重量更輕，有助于實現輕量化設計。

6. 熱膨脹系數

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

7. 電性能

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

8. 應用領域

由于碳纖維的優異性能，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、消費電子等領域得到了廣泛應用。

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、熱膨脹系數以及電性能等方面均表現出色，是一種極具潛力的高性能材料。

碳纖維在航空航天領域的應用案例

碳纖維材料的成本優勢分析

碳纖維與玻璃纖維成本對比

碳纖維在新能源汽車中的應用前景