碳纤维材料的性能优势很多,其中强度和模量是核心的2种。不过强度和模量很难同时存在。强度提高,模量降低,而模量提高,模量又会降低,这是因为碳纤维的物理结构导致。那如何正确认知碳纤维的力学性能呢?我们来看一张参数表吧。
 
通过参数表来看碳纤维的力学性能
 
    碳纤维的力学性能概述
 
    1、热学性质:碳纤维材料因为晶体的高度各向异性,区别于一般的固体物质与温度的依存性。从工业应用角度来看,碳纤维材料的比热大体上是恒定的,即便形式和形状发生改变,而这种恒定却是固定的。
 
    2、导热性质:碳纤维材料热传导不依赖电子,依靠晶格振动导热,不符合金属所遵循的维德曼-夫兰兹定律。根据研究发现,碳纤维材料的导热系数较高,可与黄铜媲美。
 
    3、电学性质:碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关,石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征,电阻率变化主要与载流子的数量的变化有关。
 
 
    碳纤维的力学性能参数表
 
    碳纤维的拉伸强度、弹性模量与碳化问题存在一定关系,拉伸强度随着温度升高,先提升再降低,在1600℃时到达顶峰,在2000~3000℃时趋于平稳。而弹性模量不然,它会随着温度的提升一直增高。让我们来看看M开头的高模量碳纤维的性能参数表。
 
    从上图可知,高模量碳纤维的性能与高强度碳纤维的性能具有一定的差距。从M40到M50碳纤维的拉伸强度略有降低,但弹性模量大大提高;而从M35J到M65J碳纤维的强度虽然也略有降低,但相比于M系列已经大大提高了,弹性模量从343GPa增加到640GPa,增长了将近一倍,纤维的直径也在趋于细旦化,从6.5μm降低到了4.7μm。T300到T1000G强度提高了近一倍,而模量提高的幅度很小,强度最高的T1000G的模量值也仅达到了294GPa。