碳纖維的物理性質(zhì)

碳纖維兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征,，是一種的力學性能優(yōu)異的新材料。碳纖維拉伸強度約為2到7GPa,，拉伸模量約為200到700GPa,。密度約為1.5到2.0克每立方厘米，這除與原絲結(jié)構(gòu)有關(guān)外,，主要決定于炭化處理的溫度,。一般經(jīng)過高溫3000℃石墨化處理，密度可達2.0克每立方厘,。再加上它的重量很輕,，它的比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4,，比強度是鐵的20倍,。碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它纖維不同，它有各向異性的特點,。碳纖維的比熱容一般為7.12,。熱導率隨溫度升高而下降平行于纖維方向是負值(0.72到0.90)，而垂直于纖維方向是正值(32到22),。碳纖維的比電阻與纖維的類型有關(guān),，在25℃時，高模量為775,，高強度碳纖維為每厘米1500,。這使得碳纖維在所有高性能纖維中具有最高的比強度和比模量。同鈦,、鋼,、鋁等金屬材料相比,，碳纖維在物理性能上具有強度大、模量高,、密度低,、線膨脹系數(shù)小等特點，可以稱為新材料之王,。
碳纖維除了具有一般碳素材料的特性外,，其外形有顯著的各向異性柔軟，可加工成各種織物,，又由于比重小,， 沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料,，其比強度,、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的,。[2]?碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500兆帕以上,，是鋼的7到9倍，抗拉彈性模量為230到430G帕亦高于鋼;因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000兆帕以上,，而A3鋼的比強度僅為59兆帕左右,，其比模量也比鋼高。與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,，楊氏模量(指表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量)是玻璃纖維的3倍多;與凱芙拉纖維相比,，不僅楊氏模量是其的2倍左右。碳纖維環(huán)氧樹脂層壓板的試驗表明,，隨著孔隙率的增加,，強度和模量均下降?？紫堵蕦娱g剪切強度,、彎曲強度、彎曲模量的影響非常大;拉伸強度隨著孔隙率的增加下降的相對慢一些;拉伸模量受孔隙率影響較小,。
碳纖維還具有極好的纖度(纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數(shù)),，一般僅約為19克，拉力高達300kg每微米,。幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能,， 因此在旨度、剛度,、重度,、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維能夠耐受3000度以上的高溫,，具有突出的耐熱性能,，與其他材料相比,，碳纖維要溫度高于1500℃時強度才開始下降,，而且溫度越高，纖維強度越大,。碳纖維的徑向強度不如軸向強度,，因而碳纖維忌徑向強力(即不能打結(jié))而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能,，如在液氮溫度下也不脆化,。