眾多研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度和模量似乎是碳纖維中相互矛盾的一對物理量。在大幅度地提高碳纖維的模量時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)明顯減低；而當(dāng)保持碳纖維的高強(qiáng)度時(shí)，又很難大幅度地提高碳纖維的模量，這是由碳纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)決定的。由于碳纖維是一種脆性材料，缺乏塑性變形，拉伸時(shí)應(yīng)力易集中在裂紋尖端而不易緩和釋放，為了消除集中的應(yīng)力，裂紋就會(huì)迅速擴(kuò)展和傳播，并形成新的表面。
 

（圖示：6K斜紋碳纖維布）
 

　　碳纖維的斷裂機(jī)理有兩種:脆性斷裂和剪切斷裂，脆性斷裂一般發(fā)生在微晶尺寸較小的高強(qiáng)碳纖維中;而剪切斷裂主要發(fā)生在微晶尺寸較大、壓縮強(qiáng)度較低的高模碳纖維中。

 

　　碳纖維的拉伸強(qiáng)度和彈性模量與碳化溫度的具有一定的關(guān)系，拉伸強(qiáng)度隨著熱處理溫度的升高呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，在1600℃左后強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，而在2000-3000℃拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。而彈性模量則隨著處理溫度的升高而逐漸增高，這主要是由于碳纖維在高溫條件下，結(jié)晶度、取向度和石墨化程度均增大。

　　從上圖可知，PAN基高模碳纖維的性能與PAN基高強(qiáng)碳纖維的性能具有一定的差距。從M40到M50碳纖維的拉伸強(qiáng)度略有降低，但彈性模量大大提高；而從M35J到M65J碳纖維的強(qiáng)度雖然也略有降低，但相比于M系列已經(jīng)大大提高了，彈性模量從343GPa增加到640GPa，增長了將近一倍，纖維的直徑也在趨于細(xì)旦化，從6.5μm降低到了4.7μm。T300到T1000G強(qiáng)度提高了近一倍，而模量提高的幅度很小，強(qiáng)度最高的T1000G的模量值也僅達(dá)到了294GPa。