碳纖維是一種非常堅固的聚合物材料，它具有高剛度、高拉伸強度、重量輕、高耐化學性、耐高溫性和低熱膨脹性等優點。
碳纖維的強度是鋼的五倍，硬度則是鋼的兩倍。盡管碳纖維比鋼更堅固堅硬，但它比鋼更輕，使其成為許多零件的理想制造材料。碳纖維通常與其他材料結合形成復合材料。
在本系列文章中將會簡要介紹碳纖維的幾種常見的屬性（如密度、拉伸性能、硬度、熔融溫度等）及其計算方法，本文首先介紹了纖維密度和拉伸性能。
碳纖維密度
密度定義為每單位體積的質量，在數學上定義為質量除以體積。換句話說，一種物質的密度（ρ）是該物質的總質量（m）除以該物質所占的總體積（V）。國際單位制的標準單位為千克/立方米（kg/m3），而標準英制單位為磅質量/立方英尺（lbm/ft3），碳纖維的密度約為2000 kg/m3。
相關計算示例：根據上述密度公式，來計算一個重量為1噸的碳纖維立方體的高度。由于密度為每單位體積的質量，計算時質量除以體積：ρ=m/V。
在計算立方體高度時，由于立方體的體積是其邊長的三次方（V=a3），因此按照如下公式可以計算出該立方體的高度a為0.793 m。
碳纖維強度
在材料力學中，材料的強度是指其在承受施加載荷而不發生破壞或塑性變形的能力。材料的強度基本上考慮了施加在材料上的外部載荷與由此產生的材料尺寸變形或變化之間的關系。在設計結構時，考慮這些因素是很重要的，以便所選材料具有足夠的強度來抵抗施加的載荷或力，并保持其原始形狀。
對于拉伸應力，材料或結構承受傾向于伸長的載荷的能力被稱為極限拉伸強度（UTS）。屈服強度或屈服應力是材料特性，定義為材料開始塑性變形的應力，而屈服點是非線性（彈性+塑性）變形開始的點。
在均勻桿的拉伸應力（應力-應變曲線）的情況下，胡克定律描述了桿在彈性區域的行為。楊氏彈性模量是在單軸變形的線彈性狀態下拉伸和壓縮應力的彈性模量，通常通過拉伸試驗進行評估。
碳纖維(4000MPa)與其他元素組成材料拉伸強度對比
碳纖維(500GPa)與其他元素組成材料的拉伸模量對比
典型的強度計算實例：應力（σ）可以等于每單位面積的載荷或垂直于力的每橫截面積（A）施加的力（F），如下所示：
假設一根棒是由碳纖維制成的，該棒的橫截面積為1cm2，計算該材料達到極限抗拉強度（UTS=4000 MPa）所需的拉力，因此，達到極限拉伸強度所需的拉力為F=UTS x A=4000 x 106 x 0.0001=400 000 N。
