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眾所周知，碳纖維材料非常堅(jiān)固。在工程應(yīng)用中，通常會(huì)使用強(qiáng)度重量比（strength to weight ratio，比強(qiáng)度）和剛度重量比（ stiffness to weight ratio，比剛度）來(lái)衡量一種材料性能的優(yōu)劣，特別是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，重量的增加可能會(huì)導(dǎo)致生命周期的成本增加或性能的下降。

材料的剛度通常是用其彈性模量（又稱楊氏模量）來(lái)衡量的，對(duì)于碳纖維材料以0°方向的拉伸模量評(píng)價(jià)居多。標(biāo)準(zhǔn)模量級(jí)碳纖維的拉伸模量通常為33msi（228GPa），其極限抗拉強(qiáng)度為500ksi（3.5GPa）。當(dāng)然，通過(guò)采用特殊的熱處理工藝可以獲得更高剛度和更高強(qiáng)度的碳纖維，這些高剛度、高強(qiáng)度的碳纖維價(jià)值自然也會(huì)更高。

與標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維相比，2024-T3鋁材的拉伸模量?jī)H為10 msi，極限抗拉強(qiáng)度為65 ksi；4130鋼的拉伸模量為30 msi，極限抗拉強(qiáng)度為125 ksi。鋼在低于極限抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力水平下會(huì)發(fā)生永久變形，而造成這種情況的應(yīng)力水平稱為屈服強(qiáng)度。與之相比，碳纖維在極限抗拉強(qiáng)度時(shí)不會(huì)永久變形，因此它實(shí)際上沒(méi)有屈服強(qiáng)度。

通過(guò)碳纖維與金屬材料的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，碳纖維剛度重量比優(yōu)勢(shì)明顯，例如，平紋碳纖維增強(qiáng)層壓板具有大約 6 msi 的彈性模量和大約 83 lbs/ft³的體積密度，因此，這種材料的剛度重量比值為 107 ft。相比之下，鋁的密度為 169 lbs/ft³，產(chǎn)生的剛度重量比值為 8.5×106 ft，而 4130 鋼的密度為 489 lbs/ft³，其剛度重量比為 8.8×106 ft。因此，即使是最基本的平紋碳纖維板，其剛度與重量之比也比鋁高 18%，比鋼高 14%。

在碳纖維材料產(chǎn)品類型中，通過(guò)使用預(yù)浸料可產(chǎn)生更高的剛度重量比。比如采用標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維預(yù)浸料的 0°/90°疊層組成的面板具有約 8 msi 的彎曲模量，比非預(yù)浸料選項(xiàng)的碳纖維材料剛性高約 30%。而對(duì)于一些需要最大剛度的非?？量痰膽?yīng)用，可以選擇使用 110 msi 超高模量碳纖維，這種特殊的超高模量碳纖維的抗彎剛度是標(biāo)準(zhǔn)模量碳纖維預(yù)浸料板（大約 25 msi）的3 倍以上。

當(dāng)考慮通過(guò)戰(zhàn)略性層壓板放置定制碳纖維面板剛度的可能性時(shí)，可以制造具有 50 msi 數(shù)量級(jí)彎曲剛度的碳纖維面板。根據(jù)相關(guān)的測(cè)試結(jié)果表明，所有零度取向的單向超高模量碳纖維試樣的拉伸剛度超過(guò)75 msi，這已經(jīng)超過(guò)金屬鋼剛度的兩倍，但重量卻只有鋁重量的一半。

通過(guò)碳纖維與金屬材料對(duì)比分析表明，高性能碳纖維材料的剛度重量比是鋼或鋁的10倍以上。如果將這些材料與輕質(zhì)蜂窩狀和泡沫芯結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，強(qiáng)度重量比和剛度重量比都可能大幅增加，那么先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料在各種各樣應(yīng)用中所能產(chǎn)生的影響自然是顯而易見(jiàn)的。