一、基础组成参数

1、含碳量

        定义：碳纤维中碳元素的质量占比，是区分碳纤维与其他炭质纤维的核心指标。

        一般要求：高性能碳纤维含碳量≥90%，超高模量型碳纤维含碳量可达到 95% 以上。

        影响：含碳量越高，纤维的耐热性、化学稳定性和模量越高。

2、纤维直径

        定义：单根碳纤维的横截面直径，单位通常为μm（微米）。

        一般要求：PAN 基碳纤维（最主流品种）直径多为 5 - 7μm，沥青基碳纤维直径略大，约 10 - 20μm。

        影响：直径越小，纤维的比强度（强度 / 密度）越高，柔韧性也越好，更易编织成型。

二、力学性能参数（核心性能）

1、拉伸强度

        定义：碳纤维在拉伸断裂前，单位横截面积能承受的最大拉力，单位为MPa（兆帕）或GPa（吉帕）。

        常见范围：PAN 基碳纤维拉伸强度一般为 3 - 7GPa，部分高性能型号可达 7GPa 以上。

        物理意义：衡量碳纤维抗拉伸断裂的能力，强度越高，越适合承受重载结构件。

2、弹性模量（杨氏模量）

        定义：碳纤维在弹性变形阶段，应力与应变的比值，单位为GPa。

        常见范围：分为标准模量（200 - 300GPa）、中模量（300 - 400GPa）和高模量（≥400GPa）三个等级，沥青基碳纤维模量可突破 800GPa。

        物理意义：反映碳纤维的抗变形能力，模量越高，材料越 “刚”，受力时形变量越小，适合对尺寸稳定性要求高的部件（如航空航天结构件）。

3、断裂伸长率

        定义：碳纤维拉伸断裂时的形变量与原长度的比值，通常用百分比（%）表示。

        常见范围：PAN 基碳纤维断裂伸长率约 1.5% - 2.5%，高模量碳纤维的断裂伸长率更低，一般＜1%。

        物理意义：体现碳纤维的韧性，伸长率越高，纤维越不容易脆断，加工时的抗损伤能力越强。

4、比强度与比模量

        定义：         

                比强度 = 拉伸强度 / 密度

                比模量 = 弹性模量 / 密度

                单位：m²/s²或kN·m/kg。

        物理意义：这两个参数是碳纤维轻量化优势的核心体现，比强度和比模量越高，意味着在相同重量下，材料能提供的强度和刚度越大，远超钢材、铝合金等传统材料。

三、 物理性能参数

1、密度

        定义：单位体积碳纤维的质量，单位为g/cm³。

        常见范围：PAN 基碳纤维密度约 1.7 - 1.8g/cm³，沥青基高模量碳纤维密度略高，约 1.9 - 2.1g/cm³。

        对比：钢材密度约 7.8g/cm³，铝合金约 2.7g/cm³，碳纤维的低密度是实现轻量化的关键。

2、耐热性相关参数

        耐热温度：碳纤维在惰性气氛下，可长期使用的温度一般为 200 - 300℃，短期可耐受 1000℃以上高温；在有氧环境下，300℃以上会开始氧化。

        热膨胀系数：温度变化 1℃时，碳纤维长度的相对变化率，单位为10⁻⁶/℃。碳纤维的轴向热膨胀系数接近零甚至为负值，横向热膨胀系数略高，这一特性让它具备优异的尺寸热稳定性。

3、导电性与导热性

        定义：分别指碳纤维传导电流和热量的能力，导电性用电阻率（单位：Ω・m）衡量，导热性用导热系数（单位：W/(m・K)）衡量。

        特点：碳纤维轴向的导电、导热性远高于横向，沥青基高模量碳纤维的导电性接近金属，可用于电磁屏蔽、防静电等场景。

四、 化学性能参数

1、化学稳定性

        定义：碳纤维抵抗酸碱、有机溶剂等化学物质侵蚀的能力。

        特点：常温下，碳纤维不与酸、碱（强氧化性酸除外，如浓硝酸）发生反应，耐腐蚀性优异；但在高温有氧环境下易被氧化，需通过涂层（如环氧树脂涂层）进行防护。

2、表面活性

        定义：碳纤维表面与基体材料（如树脂）的结合能力，通常通过表面处理（如氧化、涂层）来提升。

        影响：表面活性越高，碳纤维与树脂的界面结合力越强，制成的碳纤维复合材料整体力学性能越好。