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一文详细对比碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的11项特

1、拉伸强度

拉伸强度是指材料在拉伸之前能够承受的最大应力。某些非脆性材料在破裂前会变形，但Kevlar®（芳纶）纤维、碳纤维和E-玻璃纤维易碎，并且几乎没有变形而破裂。拉伸强度以单位面积的力（Pa或Pascals）度量。

应力是力，应变是由于应力引起的挠度。下表显示了三种常用增强纤维：碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维及环氧树脂拉伸强度对比，值得注意的是这些数字仅供比较，它们可以随制造工艺、环氧树脂的成分、芳纶配方、碳纤维的前驱体纤维等变化，单位为MPa。

2、密度和强度重量比

当比较三种材料的密度时，就可以看到三种纤维的显着差异。如果制作3个大小和重量完全相同的样品，很快就会发现Kevlar®纤维要轻得多，碳纤维紧随其后，E-玻璃纤维最重。

因此，对于相同重量的复合材料，碳纤维或Kevlar®可以获得更高的强度。换句话说，用碳纤维或Kevlar®复合材料制成的任何需要给定强度的结构，要比用玻璃纤维制成的结构更小或更薄。

制作完样品并进行测试后，会发现玻璃纤维复合材料的重量几乎是Kevlar®或碳纤维层压板的两倍。这就意味着，使用Kevlar®或碳纤维可以节省很多重量。此特性称为强度重量比。

3、杨氏模量

杨氏模量是弹性材料刚度的量度，是描述材料的一种方法。它定义为单轴（在一个方向上）应力与单轴应变（在同一方向上的变形）的比率。杨氏模量=应力/应变，也就是说杨氏模量高的材料比杨氏模量低的材料更硬。

碳纤维、Kevlar®和玻璃纤维的刚度差别很大。碳纤维的刚度约为芳纶纤维的两倍，而刚度则比玻璃纤维高5倍。碳纤维出色刚度的缺点是，它往往更脆。当它失效时，它往往不会表现出太大的应变或变形。

4、易燃性和热降解

Kevlar®和碳纤维均耐高温，两者都没有熔点。两种材料均已用于防护服和耐火的织物。玻璃纤维最终会融化，但也具有很高的耐高温性。当然，磨砂玻璃纤维用于建筑物中也可以提高耐火性。

碳纤维和Kevlar®用于制造防护性的消防或焊接毯子或衣服。Kevlar手套通常用于肉类行业，以在使用刀时保护手。由于纤维很少单独使用，因此基体（通常是环氧树脂）的耐热性也很重要。受热后，环氧树脂会迅速软化。

5、电导率

碳纤维可以导电，但Kevlar®和玻璃纤维不导电。Kevlar®用于输电塔中的拉线。尽管它不导电，但它可以吸收水，并且水确实可以导电。因此，在此类应用中，必须在Kevlar上施加防水涂层。

因为碳纤维可以导电，所以当它与其他金属部件接触时，电偶腐蚀就成为一个问题。

6、紫外线降解

芳纶纤维将在阳光和高紫外线环境下降解。碳纤维或玻璃纤维对紫外线辐射不是很敏感。但是，一些常用基体如环氧树脂保留在阳光下，它将发白并且失去强度，聚酯和乙烯基酯树脂对紫外线的耐受性更高，但比环氧树脂要弱。

7、抗疲劳

如果零件反复弯曲和拉直，则最终会由于疲劳而失效。碳纤维对疲劳有些敏感，并且往往会灾难性地失效，而相比之下Kevlar®更耐疲劳。玻璃纤维则介于两者之间。

8、耐磨性

Kevlar®具有很强的耐磨性，这使得它难以切割。Kevlar®的常见用途之一是用作防护手套，用于可能被玻璃割伤手或使用锋利的刀片的区域。碳纤维和玻璃纤维的抵抗力较弱。

9、耐化学性

芳纶纤维对强酸、强碱和某些氧化剂（例如次氯酸钠）敏感，这些会导致纤维降解。普通的氯漂白剂（例如Clorox®）和过氧化氢不能与Kevlar®一起使用，氧漂白剂（例如过硼酸钠）可以使用而不会损坏芳纶纤维。

碳纤维非常稳定，对化学降解不敏感。但是，环氧基体会降解。

10、基体结合性能

为了使碳纤维、Kevlar®和玻璃发挥最佳性能，必须将它们在基体中（通常是环氧树脂）保持在适当的位置。因此，环氧树脂和各种纤维粘结在一起的能力至关重要。

碳纤维和玻璃纤维都可以很容易地粘在环氧上，但是芳纶纤维-环氧键的强度不如所愿，这种降低的粘附力使水渗透发生。结果，芳纶纤维易于吸水，加上对环氧树脂的不理想粘合力，这意味着如果kevlar®复合材料的表面被损坏并且水可能进入，那么Kevlar®可能会沿着纤维吸收水分，并且削弱复合材料。

11、颜色和编织

芳纶的自然状态为浅金色，它可以是彩色的，并且现在有许多不错的色调。玻璃纤维也有彩色版本。碳纤维总是黑色的，可以将其与有色芳纶混纺，但其本身不能着色。

文章来源于碳纤维及其复合材料技术 

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