一文简要了解复合材料用增强纤维的模量与拉伸强度

目前作为复合材料常见的增强纤维，通常有三种类型：碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。当用于复合材料增强时，纤维可以定义材料的性能标准，并负责在设计结构中起到承载荷载的作用，而树脂基体主要负责将负载转移到纤维上。简而言之，纤维类型的选择是设计过程中不可或缺的一部分。

对于上述三种增强纤维，在决定用于给定项目使用何种材料时，往往会有数千种特性需要权衡。在选择使用纤维时，纤维的模量、拉伸强度、压缩强度、韧性、刚度、导电性和耐化学/腐蚀性等因素和特性都很重要。

纤维模量是指纤维在承受增加的载荷时所经历的长度变化。这种载荷可以是压缩的，也可以是拉伸的。其计算方法为应力除以应变。模量通常表示材料的刚度。在给定的应力/应变曲线上，它被称为直线的斜率。

大多数纤维按模量分类，因为它有助于确定复合材料的刚度。通常，使用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维的复合材料都被归类为脆性材料，与更多塑性材料或非脆性材料相比，断裂时几乎没有拉伸。

拉伸强度是材料在拉伸时承受载荷的能力。它是在纤维发生永久变形之前施加的最大力或载荷，如图所示，碳纤维在强度和强度重量比上都具有优越性，如日本东丽T800S强度重量比高达3266，为表中列出的所有增强纤维最高值。然而，S-玻璃纤维和E-玻璃纤维之间存在显著差异。

就密度而言，芳纶纤维是最轻的材料，如上表所示芳纶纤维的体密度仅为1.44g/cm3。尽管芳纶纤维的极限强度最低，但就强度与重量之比而言，它超过了玻璃纤维，但是与碳纤维相比要略低。从经济角度讲，如果极限强度是唯一的设计标准，那么E-玻璃纤维是首选。