碳纤维管成为了工业轻量化发展的一种新选择，凭借低于金属铝的密度和远超钢材的强度而闻名。碳纤维管的强度有多高？这种高强度又源于什么呢？金洋6新材料带你了解其中的知识。
 
碳纤维管的高强度性能源自哪里？
 
    碳纤维管的强度到底有多高？
 
    碳纤维管由碳纤维复合材料制备而成，而碳纤维复合材料的高强度继承于碳纤维本身。据数据现实，碳纤维的拉伸强度约为2~7GPa，而拉伸模量约为200~700GPa，另外碳纤维的密度大约在1.5~2g/cm3左右，计算下来，碳纤维的比强度是金属铁的20倍。
 
    不过碳纤维无法单独应用，因此制成碳纤维复合材料这样的中间体材料，拿最为常用的环氧树脂碳纤维复合材料来说明。它的抗拉强度在3500MPa以上，是钢材的7~9倍，抗拉弹性模量约为230~430GPa，同样远高于钢材。计算下来，碳纤维复合材料的比强度在2000MPa以上，而钢材的比强度只有59MPa左右，差距非常明显。
 
    碳纤维管的高强度源于什么？
 
    通过观察碳纤维材料的微观结构，科学家发现现状类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.39~3.42a，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。
 
    这种结构可以看成是两维有序的结晶和空洞组成，其中空洞的含量、大小和分布对碳纤维自身性能的影响很大，这也是为什么同样是碳纤维，不同品级之间的性能也有较大的差距。
 
    碳纤维与树脂基体融合而成的碳纤维复合材料中，碳纤维原丝的占比和分布对于整体性能的影响同样非常大，可以用孔隙率碳纤维复合材料的结构是否稳定。
 
碳纤维管的高强度性能源自哪里？
 
    研究表明，当孔隙率低于某个临界值时，孔隙率对碳纤维复合材料层间剪切强度、弯曲强度和拉伸强度几乎没有影响，这个临界值的范围为1%~4%。同样以环氧树脂碳纤维复合材料距离，当孔隙率超过0.9%时，整体性能就已经开始大幅下降了。
 
    碳纤维管是碳纤维复合材料制成的常用产品，强度性能依赖于碳纤维稳定的物理结构，也依赖于碳纤维与树脂基体之间融合的程度（即孔隙率低于临界值），另外碳纤维管的制备技术和经验同样影响到最终的性能优劣。