碳纖維和普通鋼材相比，優(yōu)勢(shì)在哪里？

碳纖維和普通鋼材相比，優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在強(qiáng)度、重量、耐腐蝕等多個(gè)方面。從強(qiáng)度與重量比來看，碳纖維遠(yuǎn)超鋼材，在提供相同高剛度時(shí)，重量約是鋼材的五分之一，卻有著更高的拉伸強(qiáng)度。重量上，碳纖維密度低，遠(yuǎn)輕于鋼材。耐腐蝕性能方面，碳纖維化學(xué)穩(wěn)定，不像鋼材易氧化生銹。此外，它耐疲勞強(qiáng)度高、熱性能優(yōu)異。這些優(yōu)勢(shì)讓碳纖維在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 。

首先，在強(qiáng)度方面，二者彈性模量均高達(dá)200吉帕 (GPa)，都適合高應(yīng)力應(yīng)用。然而，碳纖維單位重量比鋼更堅(jiān)固，在強(qiáng)度重量比方面，比鋼輕五倍，強(qiáng)度卻是鋼的五倍。其高抗拉強(qiáng)度和剛度，以極輕的重量提供卓越的強(qiáng)度，使得它成為制造輕質(zhì)、高性能零件時(shí)優(yōu)于鋼的首選。

再說重量，鋼材密度大，這導(dǎo)致其重量較重。而碳纖維重量約輕鋼材五倍，密度范圍為1500 - 2000kg/m3，這種優(yōu)越的強(qiáng)度重量比，讓碳纖維成為那些需要減輕重量應(yīng)用場(chǎng)景的不二之選。在航空航天、汽車等領(lǐng)域，減輕重量對(duì)于提升性能、降低能耗有著至關(guān)重要的作用，碳纖維因此大顯身手。

耐腐蝕性能上，鋼材暴露于大氣濕氣中很容易氧化生銹，這不僅影響其外觀，還會(huì)降低其性能和使用壽命。但碳纖維本身化學(xué)穩(wěn)定、耐腐蝕，無懼各種化學(xué)暴露，在惡劣環(huán)境下依然能夠保持良好的性能，這是鋼材難以比擬的。

耐疲勞強(qiáng)度上，碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）顯著優(yōu)于鋼材，使用壽命更長。在反復(fù)受力的情況下，碳纖維能更好地保持結(jié)構(gòu)完整性。

熱性能方面，碳纖維的熱膨脹系數(shù)小，軸向熱膨脹系數(shù)約為 -0.1×10 -6/℃，垂直于軸向熱膨脹系數(shù)約為 +35×10 -6/℃，在冷態(tài)環(huán)境下不脆裂，在熱態(tài)環(huán)境中尺寸穩(wěn)定，可在300℃以下的空氣中長期使用。

綜上所述，碳纖維在強(qiáng)度、重量、耐腐蝕、耐疲勞以及熱性能等多方面相較于普通鋼材都有著顯著優(yōu)勢(shì)，這也讓它在眾多高端領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用，推動(dòng)著行業(yè)不斷向前發(fā)展。