纖維增強環氧復合材料低溫性能研究

劉 璐，王志瑾

（1. 南京航空航天大學飛行器先進設計技術國防重點學科實驗室，南京，210016；2. 南京航空航天大學航空學院，南京，210016）

0 引 言

隨著低溫工程、航天運載器、低溫超導技術領域的發展，對低溫下材料性能的要求越來越高，常規的金屬材料已不能滿足實際應用的需求，耐低溫、比強度高、比模量高的復合材料越來越受到重視。環氧樹脂因其在低溫下模量高、強度大、熱導率低等特點從各類復合材料基體中脫穎而出，成為耐低溫復合材料的首選基體材料，其纖維增強復合材料在低溫下的力學性能和導熱性能是復合材料領域的研究熱點。

纖維增強環氧樹脂基復合材料因其比強度比模量高、抗疲勞性能好、可設計性強等特點在國防民用領域發揮著重要作用，更因其低溫力學性能優異、熱導率低的特點被廣泛應用在低溫領域，例如低溫容器中的隔熱結構和低溫超導磁體的絕緣支撐中。1996年美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）在RLV計劃中利用IM7碳纖維/8552-2環氧復合材料成功研制了DC-XA全復合材料液氫儲箱，并成功進行了一系列試驗驗證[1]；2005年美國空軍科特蘭研究實驗室使用碳纖維和環氧樹脂采用濕法纏繞成型工藝制作了直徑0.25 m，長0.46 m的原型無內襯復合材料儲箱[2]；2014年NASA宣布完成了由環氧樹脂基復合材料制造的極低溫火箭燃料儲箱的系列試驗，使用該復合材料可以使儲箱減重30%，成本降低25%[3]。中科院等離子體物理研究所先進超導托卡馬克核聚變裝置和歐洲核子中心大型強子對撞機中的低溫超導磁體裝置都應用了纖維增強樹脂基復合材料作為絕緣材料[4]。

本文首先介紹了環氧樹脂、幾種常用纖維增強環氧復合材料低溫下的力學性能和導熱性能，然后對室溫和低溫下各類纖維增強環氧復合材料的力學和導熱性能進行了對比，分析了各溫度范圍內最適用的纖維增強環氧復合材料，最后指出了現有研究的不足之處。

1 環氧樹脂低溫下的性能

1.1 低溫下的力學性能

環氧樹脂具有粘結性強、絕緣性好、機械強度高、耐熱、耐濕、耐化學性好等優點，并因其易成形、固化收縮率小、固化時不釋放揮發物、適應多種生產工藝等特點成為應用最廣泛的復合材料基體之一。表1為環氧樹脂在低溫和室溫下的力學性能。文獻[5]給出了液氦溫度（4.2 K）及液氮溫度（77 K）下環氧樹脂的力學性能（見表1第2、3列），文獻[6]通過試驗測量了室溫到液氧溫度（93 K）溫度范圍內雙酚F型環氧樹脂拉伸模量、拉伸強度、壓縮強度、斷裂應變隨溫度的變化規律（見表1第4、5列），雙酚F型環氧樹脂的拉伸模量、拉伸強度、壓縮強度均隨著溫度的降低而提高，壓縮強度較拉伸強度有更大的提升，斷裂應變隨著溫度的降低有明顯減小。綜上所述，隨著溫度的降低，環氧樹脂表現出彈性模量升高，拉伸、壓縮強度增大，斷裂應變減小的脆化特性。

表1 環氧樹脂在低溫和室溫下的力學性能 Tab.1 Mechanical Properties of Epoxy Resin at Low Temperature and Room Temperature

1.2 低溫下的導熱性能

熱導率又稱導熱系數，是物質的基本熱物性參數之一，可以用來表征材料導熱性能的優劣。環氧樹脂是一種非晶態結構材料，經長期研究證明非晶態固體材料在極低溫環境中的熱導率會表現出如下特性：隨著環境溫度的升高，材料熱導率的變化曲線總體呈上升趨勢，在1～30 K溫度范圍內，曲線的斜率很小幾乎接近于0，在30 K～Tg（玻璃化溫度）溫度范圍內，熱導率隨溫度升高近似線性增長，當溫度超過Tg后，熱導率則會隨溫度的升高而下降。圖1為兩種不同牌號的環氧樹脂熱導率隨溫度變化的曲線[5～7]，觀察可知熱導率隨外界溫度變化的規律符合上述特性。

圖1 環氧樹脂熱導率隨溫度變化曲線 Fig. 1 Thermal Conductivity of Epoxy Resins Varying with Temperatures

2 碳纖維/環氧復合材料低溫下的性能

2.1 低溫下的力學性能

碳纖維具有高強度、高剛度、低密度、高疲勞極限和沿纖維方向負的熱膨脹系數，它的熱導率高，導電性好，摩擦系數小，并具有優異的熱穩定性。根據碳纖維的力學性能可以將其分為以下4種：超高模量（Ultra High Modulus，UHM）碳纖維、高模量（High Modulus，HM）碳纖維、超高強度（Ultra High Strength， UHS）碳纖維和高強度（High Strength，HS）碳纖維，其拉伸力學性能如表2所示[8]，隨著碳纖維模量的升高，其拉伸強度會降低。

表2 室溫下各種碳纖維的拉伸力學性能 Tab.2 Tensile Mechanical Properties of Carbon Fibers at Room Temperature

試驗研究發現，不同模量碳纖維增強環氧復合材料的拉伸強度隨溫度的變化情況并不相同，如表3所示。隨著環境溫度的降低，高模量碳纖維/環氧復合材料拉伸強度的提高并不明顯，中模量（Medium Modulus，MM）碳纖維/環氧復合材料的拉伸強度略有提高，低模量高強度碳纖維/環氧復合材料拉伸強度的提高最為明顯。文獻[10]研究了T300和T700高強碳纖維增強D-400/DETD/EP樹脂體系室溫和77 K下的拉伸強度，試驗證明T300/A、T300/B、T700/A、T700/B 4種 體 系（A: 0%D-400/DETD/EP；B: 40%D- 400/DETD/EP）77 K下的拉伸強度較室溫下分別提高了1.98%，11.47%，10.91%和16.90%。文獻[6]測量了液氧溫度（93 K）和室溫下單向T700碳纖維增強雙酚F型環氧樹脂基復合材料縱向（沿纖維方向）和橫向（垂直纖維方向）拉伸強度，試驗結果表明93 K下的橫向拉伸強度和模量都明顯高于室溫，93 K下的縱向拉伸強度也高于室溫，但93 K下的縱向拉伸模量與室溫相比變化并不明顯。

表3 單向碳纖維/環氧復合材料室溫和低溫下的拉伸強度 Tab.3 Tensile Strength of Unidirectional Carbon Fiber / Epoxy Composites at Room Temperature and Low Temperature

2.2 低溫下的導熱性能

研究表明碳纖維/環氧復合材料的熱導率也與碳纖維的種類有關，相同溫度下不同種類碳纖維增強環氧復合材料的熱導率存在差異，但其熱導率都隨溫度的降低而減小。文獻[11]通過試驗的方法對2.7～20.1 K溫度范圍內，T300及T700 /環氧復合材料沿纖維方向的熱導率進行了測量，試驗結果表明兩者的熱導率都隨溫度的降低而減小，當溫度高于11 K時T300/環氧復合材料的熱導率略高于T700/環氧復合材料，相較于前者，后者熱導率隨溫度的變化較為緩慢。

室溫下單向纖維增強環氧復合材料的熱導率是各向異性的，由于室溫下纖維的熱導率一般高于環氧樹脂基體，因此單向纖維增強環氧復合材料沿纖維方向的熱導率最高。圖2給出了T300和M40A兩種碳纖維增強環氧復合材料在不同纖維方向上的熱導率隨溫度變化曲線[5]，隨著溫度的降低，碳纖維/環氧復合材料各向異性的特征會逐漸減弱，當溫度降到10 K以下時，碳纖維/環氧復合材料在纖維縱向和橫向上的熱導率幾乎相等，這意味著在極低溫度下碳纖維/環氧復合材料的熱導率將與碳纖維的取向無關，此時碳纖維/環氧復合材料的熱導率是各向同性的。

圖2 碳纖維/環氧復合材料不同纖維方向上的熱導率隨溫度變化 Fig.2 Thermal Conductivity in Different Fiber Directions of Carbon Fiber / Epoxy Composites Varying with Temperatures

3 玻璃纖維/環氧復合材料低溫下的性能

3.1 低溫下的力學性能

玻璃纖維具有成本低，絕熱、絕緣、耐化學腐蝕性好，拉伸強度和沖擊強度高，斷裂延伸率小等特點。常用的兩種玻璃纖維為：E玻璃纖維，堿含量低于2%，電絕緣性能好，具有抗腐蝕性和高電阻；S玻璃纖維，具有高強度，拉伸強度比E玻璃纖維高40%，彈性模量比E玻璃纖維高18%。玻璃纖維/環氧復合材料具有比強度、比模量高，耐疲勞、耐腐蝕性強的特點，在航空航天、船舶建筑等領域應用廣泛。

文獻[12]對以往文獻中玻璃纖維/環氧復合材料在20 K、77 K、200 K、295 K下的力學性能數據進行了統計，對統計結果進行分析得出，在77～295 K溫度范圍內玻璃纖維/環氧復合材料的初始拉伸模量和極限壓縮強度都隨著溫度的降低而升高，77 K時單向玻璃纖維/環氧復合材料的極限拉伸強度約為295 K時的1.3倍，當溫度從77 K下降到20 K時玻璃纖維/環氧復合材料的拉伸強度表現出不穩定性，在這個溫度范圍內隨著溫度的降低拉伸強度可能會增加、減少或保持不變，文獻[12]中選取的一組代表性數據顯示，當溫度從77 K下降到20 K時，玻璃纖維/環氧復合材料的極限拉伸強度下降了5%左右。

根據文獻[9]中的數據做出了S玻璃纖維及E玻璃纖維增強環氧復合材料在4 K、77 K及室溫下的拉伸和壓縮強度對比，如圖3所示，當溫度從室溫下降到77 K時E及S玻璃纖維/環氧復合材料的拉伸強度都隨溫度的降低而增大，當溫度低于77 K時拉伸強度隨溫度的降低而減小，其中S玻璃纖維/環氧復合材料拉伸強度隨溫度變化的曲線與文獻[12]中的數據吻合良好。E及S玻璃纖維/環氧復合材料的壓縮強度在4～77 K溫度范圍內變化不大，當溫度從77 K升高到室溫時壓縮強度隨著溫度的升高迅速降低。在0～300 K溫度范圍內，S玻璃纖維/環氧復合材料的拉伸和壓縮強度都高于E玻璃纖維/環氧復合材料。

圖3 玻璃纖維/環氧復合材料拉伸及壓縮強度隨溫度變化 Fig.3 Tensile and Compressive Strength of Glass Fiber / Epoxy Composites Varying with Temperatures

文獻[8]通過試驗證明77 K下E玻璃纖維的拉伸強度較室溫有較大提升，增量約為34%。表4列出了E玻璃纖維/環氧復合材料室溫及77 K下兩組拉伸強度的數據，當溫度從室溫下降到77 K時E玻璃纖維/環氧復合材料的拉伸強度提高了30%左右。文獻[8]通過數值模擬的方法證明玻璃纖維/環氧復合材料低溫下拉伸強度提高的主要原因是低溫下纖維強度的提升，驗證了文獻[9]中纖維增強復合材料低溫下拉伸強度和模量的提高主要取決于低溫下纖維強度和模量的提升這一推測。

表4 單向E玻璃纖維/環氧復合材料室溫和低溫下的拉伸強度 Tab.4 Tensile Strength of Unidirectional E-Glass Fiber / Epoxy Composites at Room Temperature and Low Temperature

3.2 低溫下的導熱性能

文獻[12]對以往文獻中玻璃纖維/環氧復合材料在4～295 K溫度范圍內的熱導率數據進行了統計，統計結果表明在4～295 K溫度范圍內單向玻璃纖維增強環氧復合材料的熱導率隨溫度的降低而降低，4 K時的熱導率約為295 K時的1/4。室溫下玻璃纖維增強環氧復合材料表現出各向異性，不同鋪層方向的玻璃纖維/環氧復合材料測出的熱導率差異很大，但隨著溫度的降低各向異性的特征逐漸減弱，當溫度降到4 K時不同鋪層方向的玻璃纖維/環氧復合材料的熱導率趨于相等，這與碳纖維/環氧復合材料的熱導率隨溫度降低表現出的各向趨于同性的性質相同。室溫下S玻璃纖維/環氧復合材料的熱導率高于E玻璃纖維/環氧復合材料，低溫下兩者的熱導率沒有太大區別[13]。

4 凱夫拉纖維/環氧復合材料低溫下的性能

4.1 低溫下的力學性能

凱夫拉纖維是20世紀70年代美國杜邦公司工業化投產的全對位芳香族聚酰胺纖維，其強度是普通鋼的5～6倍，韌性是普通鋼的2倍，密度約為普通鋼的1/6，具有很高的拉伸強度和模量，在高溫和低溫下都能夠保持良好的力學性能[14]。與碳纖維和玻璃纖維相比，凱夫拉纖維的拉伸強度與碳纖維相當，拉伸模量介于碳纖維和玻璃纖維之間，但密度明顯低于碳纖維和玻璃纖維。雖然凱夫拉纖維具有非常高的拉伸強度和模量，但是它的壓縮性能較差，并且和許多纖維一樣，承受切向載荷的能力較弱，剪切強度較低。凱夫拉纖維與基體復合后的材料稱為凱夫拉復合材料，又稱芳綸復合材料，該復合材料具有高強度、高模量、低密度、耐沖擊和尺寸穩定等優點。表5列出了Kevlar49/環氧復合材料室溫和低溫下的拉伸及壓縮性能[9]，當溫度從室溫下降到4 K時，除拉伸強度外，Kevlar49/環氧復合材料的拉伸模量和壓縮強度都有明顯的提高。

表5 單向Kevlar49/環氧復合材料室溫和低溫下的力學性能 Tab.5 Mechanical Properties of Unidirectional Kevlar49 / Epoxy Composites at Room Temperature and Low Temperature

4.2 低溫下的導熱性能

凱夫拉纖維在很寬溫度范圍內都保持著極低的熱導率，文獻[15]和文獻[16]通過試驗測量了Kevlar49纖維在0.1～3.2 K及7～290 K溫度范圍內的熱導率，并對試驗數據進行了公式擬合，擬合公式如式（1）和式（3）所示。根據文獻中給出的擬合公式可以做出0.1～290 K溫度范圍內Kevlar49纖維熱導率隨溫度變化的曲線，如圖4所示，其中AB段和CD段是根據擬合公式（1）和（3）所作，由于原文獻中并未進行3.2～7 K（即BC段）溫度范圍內Kevlar49纖維熱導率的試驗測量，因此根據AB段和CD段曲線的趨勢可以作出理想的BC段曲線，并得到BC段的擬合公式，如式（2）所示。從補充完整的0.1～290 K溫度范圍內Kevlar49纖維熱導率隨溫度變化的曲線圖中可以看出，室溫下Kevlar49纖維的熱導率很低，低于4 W/（m·K），隨著溫度的降低Kevlar49纖維的熱導率還會繼續下降，溫度越低熱導率下降的速度越快。

圖4 Kevlar49纖維熱導率隨溫度變化 Fig.4 Thermal Conductivity of Kevlar49 Fiber Varying with Temperatures

式中 k為Kevlar49纖維的熱導率；T為Kevlar49纖維所在的環境溫度。

由于目前凱夫拉纖維/環氧復合材料低溫下熱導率的試驗數據還很少，因此根據文獻[15]和[16]中查到的Kevlar49纖維的熱導率和文獻[5]中查到的環氧樹脂基體的熱導率按體積比公式計算可以得到60%纖維含量的Kevlar49/環氧復合材料的熱導率，將體積比計算結果（見表6第5行）與文獻[9]中查到的凱夫拉纖維/環氧復合材料的熱導率（見表6第6行）進行對比，發現體積比計算得到的熱導率與已有文獻中查到的熱導率十分接近，驗證了計算結果的準確性及用體積比計算的可行性。文獻[17]通過試驗得到室溫下Kevlar49/環氧復合材料沿纖維方向和垂直纖維方向熱導率的比值約為14.8，證明Kevlar49/環氧復合材料室溫下的熱導率呈明顯的各向異性。

表6 凱夫拉纖維、環氧樹脂及其復合材料在低溫和室溫下的熱導率 Tab.6 Thermal Conductivity of Kevlar Fiber, Epoxy Resin and Their Composites at Low Temperature and Room Temperature

5 各類纖維增強環氧樹脂基復合材料室溫和低溫下的性能對比

5.1 力學性能對比

選取碳纖維/環氧復合材料中強度較高的HS碳纖維/環氧復合材料及模量較高的HM碳纖維/環氧復合材料，玻璃纖維/環氧復合材料中強度和模量均較高的S玻璃纖維/環氧復合材料，凱夫拉纖維/環氧復合材料中的Kevlar49/環氧復合材料對它們室溫及低溫下的力學性能進行對比。圖5至圖7為4 K、77 K、295 K溫度下各類單向纖維增強環氧樹脂基復合材料拉伸強度、拉伸模量和壓縮強度對比圖，圖中4條柱形分別表示HS碳纖維/環氧、HM碳纖維/環氧、S玻璃纖維/環氧以及Kevlar49/環氧[9]。對于拉伸強度，S玻璃纖維/環氧復合材料在室溫和低溫下均有最好的表現，其次是HS碳纖維/環氧復合材料，HM碳纖維/環氧復合材料在室溫和低溫下的拉伸強度最低，Kevlar49/環氧復合材料在室溫和低溫下拉伸強度差異不大，其各溫度下的拉伸強度介于HS碳纖維/環氧復合材料與HM碳纖維/環氧復合材料之間。對于拉伸模量，拉伸強度最低的HM碳纖維/環氧復合材料在各溫度下的拉伸模量遠高于其他3種纖維增強環氧復合材料，拉伸強度最高的S玻璃纖維/環氧復合材料在各溫度下的拉伸模量是這4種纖維增強環氧復合材料中最低的，HS碳纖維/環氧復合材料各溫度下的拉伸模量略高于Kevlar49/環氧復合材料。對于壓縮強度，與HS碳纖維/環氧復合材料相比，室溫下S玻璃纖維/環氧復合材料的壓縮性能較差，但在低溫下S玻璃纖維/環氧復合材料的壓縮強度約為HS碳纖維/環氧復合材料的2倍，凱夫拉纖維本身的壓縮性能較差，其纖維增強環氧復合材料的壓縮性能也是幾種纖維增強環氧復合材料中最差的，HM碳纖維/環氧復合材料的壓縮強度介于HS碳纖維/環氧復合材料與Kevlar49/環氧復合材料之間。

圖5 不同溫度下單向纖維增強環氧復合材料拉伸強度對比 Fig. 5 Comparison of Tensile Strength of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites at Different Temperatures

圖6 不同溫度下單向纖維增強環氧復合材料拉伸模量對比 Fig. 6 Comparison of Tensile Modulus of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites at Different Temperatures

圖7 不同溫度下單向纖維增強環氧復合材料壓縮強度對比 Fig. 7 Comparison of Compressive Strength of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites at Different Temperatures

5.2 導熱性能對比

各類單向纖維增強環氧樹脂基復合材料熱導率隨溫度變化的曲線如圖8所示[9]，從圖8中可以看出各類纖維增強環氧復合材料的熱導率均隨溫度的降低而減小。HM碳纖維/環氧復合材料室溫下的熱導率遠高于HS碳纖維/環氧復合材料，隨著溫度的降低二者熱導率之間的差距逐漸減小，在4 K時幾乎相等，說明碳纖維模量對碳纖維/環氧復合材料熱導率的影響隨著溫度的降低逐漸減小。在77～295 K溫度范圍內碳纖維/環氧復合材料的熱導率最高，玻璃纖維/環氧復合材料的熱導率最低，當溫度低于77 K時，碳纖維/環氧復合材料的熱導率迅速下降，HM碳纖維/環氧復合材料的熱導率在4 K時達到0.03 W/(m·K)，是這幾類纖維增強環氧復合材料中最低的，而玻璃纖維/環氧復合材料在4～77 K溫度范圍內熱導率下降最為緩慢，在4 K時的熱導率是最高的，凱夫拉纖維/環氧復合材料的熱導率一直介于碳纖維/環氧復合材料與玻璃纖維/環氧復合材料之間。HM碳纖維/環氧復合材料是這幾類纖維增強環氧復合材料中熱導率隨溫度變化幅度最大的，特別是在4～77 K溫度區間內，可見低溫下溫度變化對碳纖維熱導率的影響遠大于其他纖維。

圖8 各類單向纖維增強環氧復合材料熱導率隨溫度變化曲線 Fig. 8 Thermal Conductivity of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites Varying with Temperatures

根據各類單向纖維增強環氧復合材料在4 K、77 K、295 K下的熱導率可以計算出不同溫度范圍內各類單向纖維增強環氧復合材料沿纖維方向的平均熱導率，計算結果如表7所示，分析可知在4～77 K、77～295 K、4～295 K 3個溫度范圍內HM碳纖維/環氧復合材料的平均熱導率都是最高的，導熱性最好，漏熱最多，玻璃纖維/環氧復合材料的平均熱導率是最低的，導熱性最差，漏熱最少。如果只考慮材料的熱導率，很明顯在大部分溫度范圍內玻璃纖維/環氧復合材料更適合作為隔熱材料，HM碳纖維/環氧復合材料只有在溫度接近4 K時才具有優勢。

表7 不同溫度范圍內各類單向纖維增強環氧復合材料的平均熱導率 Tab.7 Average Thermal Conductivity of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites in Different Temperature Ranges

圖10 各類單向纖維增強環氧復合材料拉伸模量/熱導率隨溫度變化 Fig.10 Tensile Modulus / Thermal Conductivity of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites Varying with Temperatures

熱導率可以衡量復合材料導熱性能的優劣，熱力品質因數則可以作為衡量復合材料綜合性能的指標，熱力品質因數拉伸強度/熱導率，拉伸模量/熱導率，壓縮強度/熱導率越大，說明材料的熱力性能越好。圖9至圖11為4～295 K溫度范圍內各類單向纖維增強環氧復合材料熱力品質因數隨溫度變化的曲線[9]，分析可知各類纖維增強環氧復合材料的熱力品質因數均隨著溫度的降低而增大，從室溫到77 K溫度范圍內，S玻璃纖維/環氧復合材料的綜合性能最好，當溫度接近 4 K時，碳纖維/環氧復合材料的綜合性能更佳，HS碳纖維/環氧復合材料的拉伸強度/熱導率是這幾類復合材料中最高的，HM碳纖維/環氧復合材料的拉伸模量/熱導率和壓縮強度/熱導率是這幾類復合材料中最高的。文獻[5]也研究了這幾類纖維增強環氧復合材料的熱導率/拉伸模量隨溫度變化的規律，得出了相同的結論，并提出低溫和室溫下性能都很好的Al2O3增強環氧復合材料在某些情況下可以作為材料選擇時的一種折衷方案。

圖9 各類單向纖維增強環氧復合材料拉伸強度/熱導率隨溫度變化 Fig.9 Tensile Strength / Thermal Conductivity of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites Varying with Temperatures

圖11 各類單向纖維增強環氧復合材料壓縮強度/熱導率隨溫度變化 Fig.11 Compressive Strength / Thermal Conductivity of Unidirectional Fiber Reinforced Epoxy Composites Varying with Temperatures

6 結 論

本文總結了近些年對纖維增強環氧樹脂基復合材料低溫下力學性能和導熱性能的一些研究，現有研究表明，纖維增強環氧復合材料非常適合低溫環境中應用，大多數纖維增強環氧復合材料低溫下力學性能和導熱性能均比室溫下有所提升。選取各類纖維增強環氧復合材料中的HS碳纖維/環氧、HM碳纖維/環氧、 S玻璃纖維/環氧、Kevlar49/環氧復合材料進行對比分析得出，室溫到77 K溫度范圍內玻璃纖維/環氧復合材料的綜合性能最好，但玻璃纖維/環氧復合材料的拉伸模量低，易發生變形，因此對變形沒有太大限制的結構可優先選用玻璃纖維/環氧復合材料。當溫度低于77 K時碳纖維/環氧復合材料的優勢逐漸顯現，4 K時碳纖維/環氧復合材料具有最佳的性能表現。碳纖維/環氧復合材料的強度和剛度在室溫和低溫下均有較好的表現，但在室溫到77 K溫度范圍內的熱導率較高，當對結構低溫下強度剛度要求較高但對漏熱要求不高時，碳纖維/環氧復合材料是種很好的選擇。凱夫拉纖維/環氧復合材料最大的缺點是壓縮性能差，但它在室溫和低溫下的熱導率很低，如果結構只使用材料的拉伸性能，并對強度、剛度、熱導率都有一定的要求時可以選用凱夫拉纖維/環氧復合材料。根據單向碳纖維、玻璃纖維增強環氧復合材料不同方向上的熱導率隨溫度變化的趨勢可以推測，室溫下單向纖維增強環氧復合材料的熱導率是各向異性的，但隨著溫度的降低，各向異性的特征會逐漸減弱，當溫度降到4 K時，單向纖維增強環氧復合材料的熱導率近似于各向同性。

隨著低溫工程領域的發展，近些年來對纖維增強環氧復合材料低溫下的性能進行了很多研究，但仍存在以下一些不足：

a）目前中國的研究主要集中在對纖維增強環氧復合材料低溫下力學性能的研究，相比之下纖維增強環氧復合材料低溫下的導熱性能還存在很大的研究空間，特別是對玻璃纖維及凱夫拉纖維增強環氧復合材料低溫（4～77 K）下導熱性能的研究。

b）目前對纖維增強環氧復合材料低溫力學性能的研究主要集中在拉伸性能的研究，對壓縮、彎曲、剪切等載荷作用下損傷破壞的研究較少。

c）目前缺少低溫下，尤其是4 K時，纖維增強環氧復合材料較新的性能參數。計算復雜鋪層的纖維增強環氧復合材料的性能參數需要單向纖維增強環氧復合材料面內縱向（沿纖維方向）和橫向（垂直纖維方向）準確的拉伸、壓縮強度、熱導率等參數，目前低溫下這方面的試驗測量還很少。