眾所周知，碳纖維材料非常堅固。在工程應用中，通常會使用強度重量比（strength to weight ratio，比強度）和剛度重量比（ stiffness to weight ratio，比剛度）來衡量一種材料性能的優劣，特別是在結構設計中，重量的增加可能會導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）來衡量的，對于碳纖維材料以0°方向的拉伸模量評價居多。標準模量級碳纖維的拉伸模量通常為33msi（228GPa），其極限抗拉強度為500ksi（3.5GPa）。當然，通過采用特殊的熱處理工藝可以獲得更高剛度和更高強度的碳纖維，這些高剛度、高強度的碳纖維價值自然也會更高。

　　與標準模量碳纖維相比，2024-T3鋁材的拉伸模量僅為10 msi，極限抗拉強度為65 ksi；4130鋼的拉伸模量為30 msi，極限抗拉強度為125 ksi。鋼在低于極限抗拉強度的應力水平下會發生永久變形，而造成這種情況的應力水平稱為屈服強度。與之相比，碳纖維在極限抗拉強度時不會永久變形，因此它實際上沒有屈服強度。

　　通過碳纖維與金屬材料的對比發現，碳纖維剛度重量比優勢明顯，例如，平紋碳纖維增強層壓板具有大約 6 msi 的彈性模量和大約 83 lbs/ft?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/ft?，產生的剛度重量比值為 8.5×106 ft，而 4130 鋼的密度為 489 lbs/ft?，其剛度重量比為 8.8×106 ft。因此，即使是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%。

 

　　在碳纖維材料產品類型中，通過使用預浸料可產生更高的剛度重量比。比如采用標準模量碳纖維預浸料的 0°/90°疊層組成的面板具有約 8 msi 的彎曲模量，比非預浸料選項的碳纖維材料剛性高約 30%。而對于一些需要大剛度的非?？量痰膽?，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準模量碳纖維預浸料板（大約 25 msi）的3 倍以上。

　　當考慮通過戰略性層壓板放置定制碳纖維面板剛度的可能性時，可以制造具有 50 msi 數量級彎曲剛度的碳纖維面板。根據相關的測試結果表明，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75 msi，這已經超過金屬鋼剛度的兩倍，但重量卻只有鋁重量的一半。

 

　　通過碳纖維與金屬材料對比分析表明，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蜂窩狀和泡沫芯結構相結合時，強度重量比和剛度重量比都可能大幅增加，那么先進的碳纖維復合材料在各種各樣應用中所能產生的影響自然是顯而易見的。

（主要參考：drgonplate）原創 錢 鑫 博士