1. 引言：為什么拉伸強度如此重要

拉伸強度和彈性模量是評估結構性能的兩個關鍵指標。在航空航天、汽車工業、工業機械、儲能設備以及耐壓結構等眾多應用領域中，復合材料的可靠性高度依賴于纖維類型、纖維方向以及增強層數。

本研究重點分析采用碳纖維與玻璃纖維制成的復合材料在 ISO-527 標準下的拉伸力學表現。研究結果為理解層數如何直接影響復合材料的拉伸強度和剛度提供了重要參考。

2. 研究方法：ISO-527 拉伸測試標準

所有拉伸測試均依據 ISO-527 試樣標準進行，以確保測試數據的準確性和一致性。研究評估了兩類復合材料：

• 連續增強型碳纖維層壓板
• 使用短切氈（CSM）制成的玻璃纖維復合材料

所有樣品均采用樹脂基體并按 10:1 催化劑比例制備，以確保固化充分并模擬工業生產條件。

3. 關鍵發現：層數決定強度表現

3.1 雙層碳纖維：最高力學性能表現

研究表明，含有兩層碳纖維的復合材料試樣表現出最卓越的力學性能：

• 拉伸強度：100.76 MPa
• 最大應變：1.76%（低值，表明剛度高）
• 彈性模量：5708.4 MPa

結果顯示，增加增強層數顯著提升材料的剛度、承載能力和整體拉伸性能。

3.2 單層碳纖維：最低拉伸強度

含單層碳纖維的試樣表現出最低的力學性能：

• 拉伸強度：19.877 MPa

這一結果凸顯了單層結構設計的局限性，并證明增強不足會顯著降低力學表現。

3.3 碳纖維 vs 玻璃纖維：差異沒有預期大

既有研究指出，對于單層材料而言，碳纖維與玻璃纖維的拉伸強度差異可能并不顯著。然而本研究證明，決定性能的關鍵在于層數配置而非纖維類型，它直接影響：

• 拉伸強度
• 彈性模量
• 剛度
• 載荷分布能力

4. 討論：為什么層數配置如此關鍵

多層碳纖維復合材料之所以表現出更優的力學性能，主要歸功于以下增強機制：

• 纖維–基體界面之間高效載荷傳遞
• 在拉伸作用下的抗變形能力
• 結構穩定性強，層間脫粘風險低
• 彈性模量隨層數增加而顯著提升

這些特性使多層碳纖維復合材料非常適合作為對高模量、高強度、高耐久性有要求的工程結構材料。

5. 結論：雙層碳纖維是最佳結構選擇

ISO-527 拉伸測試結果表明，雙層碳纖維層壓板在拉伸強度與剛度方面表現最佳。其綜合性能全面優于單層碳纖維與玻璃纖維復合材料。

對于需要輕量化、高強度、高尺寸穩定性的工程應用——尤其是在性能要求極高的工業環境中——雙層碳纖維復合材料無疑是最佳材料選擇。