碳纤维的性能特点及应用领域分析

碳纤维按力学性能分为通用级（GP）和高性能级（HP，包括中强型MT、高强型HT、超高强型UHT、中模型IM、高模型HM和超高模型UHM）。前者拉伸强度小于1000MPa，拉伸模量低于100GPa；后者拉伸强度可高于2500MPa，拉伸模量大于220GPa。

碳纤维和石墨纤维具有许多优异性能，是其他材料无法与其比拟的。这些优异性能主要有以下几方面。

1.突出的力学性能

①密度小（1.7～2.0g/cm³）、质量轻，制成的构件减轻效果十分显著；

②拉伸强度高（3～7GPa）、比强度高；

③弹性模量高（200～650GPa）、比模量高；

④耐疲劳、疲劳强度高，抗蠕变；

⑤耐磨损，具有优异的自润滑性；

⑥具有优异的振动衰减性、阻尼性能优异。

2.优异热学性能

具有突出的耐热性，与其他类型材料相比：

①热膨胀系数小（0～1.1×10^-6/K），尺寸非常稳定；

②热导率高[10～160W/（m·K）]，比热导率更高；

③在惰性环境中的耐热性十分优异（2000～3000℃），即使在氧化气氛中也只耗损，不熔融；碳纤维要在高于1500℃下，强度才开始下降。(https://www.xing528.com)

另外，碳纤维还有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。

3.良好的电学性能

①电阻率小（17～5μΩ·m），是非金属材料的良导体；

②具有屏蔽电磁波特性；

③X射线透过性好，吸收小。

此外，碳纤维耐腐蚀、不生锈、不锈蚀，适应环境性强，使用寿命长，而且柔软可编，后加工性好。

总之，碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射等特性，此外还具有纤维的柔顺性和可编性，比强度和比模量优于其他无机纤维。部分碳纤维和石墨纤维的主要物理力学性能见表9-2、表9-3。

表9-2 东丽公司碳纤维和石墨纤维的主要物理性能

①1ppm=10^-4%。

表9-3 东丽公司碳纤维和石墨纤维的主要力学性能