碳纤维复合材料与金属材料相比有着系列优异的性能，从而使该材料在其他结构材料中脱颖而出。主要性能与金属对比如下：

碳纤维复合材料具有低密度、低质量的特点。碳纤维复合材料的密度为1.55g/cm³（按环氧树脂30%，碳纤维70%计算），相比之下铝的密度为2.7g/cm³，钛为4.5g/cm³，钢为7.9g/cm³。

关于材料的重量，它在实际中是什么意思？例如，按照同样尺寸结构材料考虑一个1×1米厚、1厘米（10毫米）厚的薄板，根据材料的不同，该板材的质量如下：

• 碳纤维复合材料构件重量15.5kg；

• 铝构件重量27kg；

• 钛构件重量45kg；

• 钢构件重量79kg。

换言之，碳纤维复合材料的重量将比铝的重量轻42％，比钛的轻3倍，比钢的轻5倍。

高刚度

碳纤维复合材料具有高刚性。采用标准织物和0/90编织工艺，并通过预浸料技术制备的碳纤维复合材料刚度为90.5GPa（杨氏模量），而铝则为69 GPa。此外，碳纤维复合材料比相同厚度的铝材料轻42%，以上计算是指相同厚度的组件。

如果将重量放在首位，并且设计工程师不得超过1kg的重量限制，则由标准织物（斜纹布）制成的碳纤维复合材料将提供比铝和钢高2倍的刚度，并且在使用时，如果是单向织物，则几乎高4-5倍。

碳纤维复合材料的高刚度和低密度的特定，加工相同重量的产品，可以更厚。例如，对于1.5mm厚的钢元件，由铝制成的同一零件的厚度为4mm，而由碳纤维制成的零件的厚度为7mm。简单地说，材料厚度增加2倍，而刚度大约是原来的8倍。这为通过使用碳纤维减轻重量提供了许多机会。

碳纤维复合材料的热膨胀系数（CTE）很低。碳纤维在20℃下的线性热膨胀系数为2（10⁻⁶/°C）。相同温度20℃下其他结构材料对比如下：

▲  钛金属 8（10⁻⁶/°C）；

▲  钢11（10⁻⁶/°C）；

▲  不锈钢为17（10⁻⁶/°C）；

▲  铝23（10⁻⁶/°C）。

换句话说，碳纤维复合材料的热膨胀比钛低4倍，比钢低5.5倍，比不锈钢低8.5倍，比铝低11.5倍。

X射线透过性

碳纤维复合材料广泛用于医疗行业，是因为它不会阻挡X射线，可确保较短的扫描时间和精确的扫描结果。因此，它被用于制造X射线系统（如扫描仪桌面）。

中等耐温性

大多数碳纤维复合材料具有70-120℃的耐温性能。为保证碳纤维复合材料长期耐150-250℃的高温，需要使用一些特殊设计的树脂，碳纤维复合材料需要在高温下固化数小时。与具有耐高温性的金属相比，这是碳纤维复合材料的缺点。

对于碳纤维复合材料，需要一些昂贵的材料（例如酚醛预浸料）以提供耐高温以及复合材料的高温固化的性能。虽然金属有很高的熔点，但实际上可以假定，假设铝在温度为300℃、钢在750℃、钛在860℃时会改变其性能。

各向异性材料

与金属不同，碳纤维复合材料是各向异性材料。因此，复合材料的刚度等性能取决于纤维的取向。就金属而言，无论取向如何，这些特性始终是相同的，这些材料被称为各向同性材料。这是碳纤维复合材料和金属之间的一个显著区别。

碳纤维复合材料与木材相似，其强度和刚度取决于纹理和环形图案。在碳纤维结构件生产时，要决定碳纤维的取向和织物的类型。例如，有单向织物（UD）、双向织物（如平纹或斜纹）以及由某些不同方向的UD织物制成的织物，例如双轴、三轴。

这种生产工艺能够实现最佳的复合，即确保更多的织物承受高负荷，而在负荷有限的地方减少织物。此外，除了控制织物的数量和单元的厚度外，该工艺还确保了在实际生产中根据实际载荷对织物取向的控制。因此，与金属制成的结构件相比，可以显著减轻元素的重量。然而，这需要一些设计工程师的专业知识和经验。如果给定元素在任何特定方向上需要强度，则碳纤维布应均匀地定向在0、-45、+45、90度，以提供类似于金属中的准各向异性布局。