碳纖維是一種含碳量高于 90 的無機高分子 % 纖維 。其中含碳量高于 99 的稱石墨纖維。碳纖 % 維的軸向強度和模量高, 無蠕變, 耐疲勞性好, 比熱 及導電性介于非金屬和金屬之間, 熱膨脹系數小, 耐 腐蝕性好, 纖維的密度低, X射線透過性好。碳纖維 作為一種高性能纖維, 具有高比強度、 高比模量、 耐 高溫、 抗化學腐蝕、 耐輻射、 耐疲勞、 抗蠕變、 導電、 傳 熱和熱膨脹系數小等一系列優異性能。此外, 還具 有纖維的柔曲性和可編性。碳纖維既可用作結構材 料承載負荷, 又可作為功能材料發揮作用。因此碳 纖維及其復合材料近幾年發展十分迅速。
碳纖維的結構取決于原絲結構和碳化工藝, 但 無論用哪種材料, 碳纖維中碳原子平面總是沿纖維 軸平行取向。用 x - 射線、 電子衍 射和電子顯微鏡 研究發現, 真實的碳纖維結構并不是理想的石墨點 陣結構, 而是屬于亂層石墨結構。構成此結構的基 元是六角形碳原子的層晶格, 由層晶格組成層平面。 在層平面內的碳原子以強的共價鍵相連, 其鍵長為 0 142 1 nm; 在層平面之間則由弱的范德華力相連, . 層間距在 0 336~ 0 344 n 之間; 層與層之間碳原 . . m 子沒有規則的固定位 置, 因而 層片邊緣參差不 齊。 處于石墨層片邊緣的碳原子和層面內部結構完整的 基礎碳原子不同。層面內部的基礎碳原子所受的引 力是對稱的, 鍵能高, 反應活性低; 處于表面邊緣處 的碳原子受力不對稱, 具有不成 對電子, 活 性比較 高, 由于原料及其制法不同, 碳纖維可以從以下兩個 方面進行分類: ( 1) 根據碳纖維的力學性能可分為高模量、 超 高模量、 高強度和超高強度 4種。 ( 2) 根據原絲的類型可 分為聚丙烯晴 基碳纖 維、 纖維素基碳纖維、 瀝青基碳纖維、 酚醛基碳纖維 等。 碳纖維是 20世紀 50年代初應火箭、 宇航及航 空等尖端科學技術的需要而產生的, 現在還廣泛應 用于體育器械、 紡織、 化工機械及醫學領域。
