碳纖維是一種高強(qiáng)度、高模量的纖維，以聚丙烯腈、粘膠纖維或?yàn)r青纖維為原料，經(jīng)加熱除去碳以外的所有其他元素。它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性，是高性能增強(qiáng)復(fù)合材料中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料。

根據(jù)碳化溫度的不同，碳纖維可以分為三種。

(1)普通型(A型)碳纖維:是指在900～1200℃下碳化得到的碳纖維。這種碳纖維的強(qiáng)度和彈性模量都較低，一般強(qiáng)度小于11cN/dtex，模量小于1346cN/ dtex。

(2)高強(qiáng)度型(Ⅱ型或C型)碳纖維:是指在1300 ～1700℃下碳化得到的碳纖維。這種碳纖維的強(qiáng)度很高,可達(dá)14～17cN/dtex，模量約為1384～1661cN/dtex。

(3)高模量型(Ⅰ型或B型)碳纖維，又稱石墨纖維:是指在碳化后再經(jīng)2500℃以上高溫石墨化處理所得到的碳纖維。這種碳纖維具有較高的強(qiáng)度,約為9.8 ～12.2cN／dtex，模量很高一般可達(dá)1711cN/dtex以上,有的甚至高達(dá)3179cN/dtex。

（一）碳纖維的性能發(fā)展特點(diǎn)

碳纖維是由許多微晶體堆砌而成的，做晶體的厚度為4～10mm,長(zhǎng)度為10～25m,它由約12～30個(gè)層面組成。

測(cè)得的碳纖維層間距約為(3.39 ~ 3.42) x 0.1 nm，略大于石墨微晶層間距。此外，平行層中的碳原子排列不如石墨層中的碳原子排列得好。

1.物理機(jī)械作用碳纖維軸之間的結(jié)合力比石墨強(qiáng)，所以其軸向強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)高于石墨，而徑向強(qiáng)度和模量與石墨相近，相對(duì)較低，所以碳纖維避免了徑向應(yīng)力，打結(jié)強(qiáng)度較低。

2.耐熱材料性能  碳纖維發(fā)展具有一個(gè)很好的耐熱性和耐高溫性。碳纖維進(jìn)行升華以及溫度可以高達(dá)3650℃左右，能耐溫度急變，熱膨脹影響系數(shù)小，耐腐蝕且能導(dǎo)電。

化學(xué)性質(zhì)碳纖維具有與碳非常相似的化學(xué)性質(zhì)。 當(dāng)空氣中的溫度高于400 ℃ 時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的氧化，氧化產(chǎn)生的二氧化碳和一氧化碳在纖維表面流失，因此碳纖維在空氣中的使用溫度不宜過高，一般應(yīng)低于360 ℃。 但在氧氣絕緣的情況下，使用溫度可以顯著提高，一般可達(dá)1500-2000 ℃，溫度越高，纖維的強(qiáng)度越大。

除了碳纖維可以被強(qiáng)氧化氧化，一般的酸、堿對(duì)它不起作用。碳纖維具有自潤(rùn)滑性，在銅中摻入25% 的碳纖維可以大大降低復(fù)合材料的磨損率。

碳纖維的密度最比一般通過纖維大 ,但遠(yuǎn)比我們一般采用金屬小。通常它的密度決定于熱解過程和所用原絲的性質(zhì)。如以黏膠纖維為原絲控制得的碳纖維，密度進(jìn)行一般為1.5～1.7g/c㎡，以聚丙烯腈為原料制得的碳纖維，密度變化約為1.7～2.0g/c㎡。

（二）碳纖維的用途

碳纖維發(fā)展并不需要單獨(dú)進(jìn)行使用，它一般加人到樹脂、金屬或陶瓷等基體中，作為一個(gè)復(fù)合建筑材料的骨架材料。這樣才能構(gòu)成的復(fù)合納米材料是十分重要有用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料,它不僅質(zhì)輕,耐高溫，而且有很高的抗拉伸強(qiáng)度和彈性模量，是制造宇宙飛船、火箭、導(dǎo)彈、高速飛機(jī)技術(shù)以及一些大型客機(jī)等不可因?yàn)槿鄙俚慕M成部分原料。

除了用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料外，其復(fù)合材料還用于原子能、機(jī)電、化工、冶金和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，以及集裝箱和體育用品，如網(wǎng)球拍、冰球槳、高爾夫球槳、滑雪板和賽艇。 也有廣泛的用途，如帆船。