碳纖維是由片狀石墨微晶沿纖維軸向方向堆砌而成的所謂“亂層”結(jié)構(gòu)，通常也把碳纖維的結(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)晶和孔洞組成，其中孔洞的含量、大小和分布對(duì)碳纖維的性能影響較大[7]。碳纖維各層面間的間距約為3.39～3.42Å，各平行層面間的各個(gè)碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間借范德華力連接在一起。

2、性能特征

碳纖維的化學(xué)性能與碳十分相似，在空氣中當(dāng)溫度高于400℃時(shí)即發(fā)生明顯的氧化，氧化產(chǎn)物CO2、CO在纖維表面散失，所以其在空氣中的使用溫度不能太高，一般在360℃以下。但在隔絕氧的情況下，使用溫度可大大提高到1500～2000℃，而且溫度越高，纖維強(qiáng)度越大。碳纖維的徑向強(qiáng)度不如軸向強(qiáng)度，因而碳纖維忌徑向強(qiáng)力（即不能打結(jié)）[8]。

       碳纖維有通用型（GP）、高強(qiáng)型（HT）、高模型（HM）、高強(qiáng)高模（HP）等多種規(guī)格，其性能指標(biāo)見表3。

表3 碳纖維的規(guī)格與性能

碳纖維有如下的優(yōu)良特性：① 比重輕、密度??；② 超高強(qiáng)力與模量；③ 纖維細(xì)而柔軟；④ 耐磨、耐疲勞、減振吸能等物理機(jī)械性能優(yōu)異；⑤ 耐酸、堿和鹽腐蝕，可形成多孔、表面活性、吸附性強(qiáng)的活性碳纖維；⑥ 熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率高，不出現(xiàn)蓄能和過熱；高溫下尺寸穩(wěn)定性好，不燃，熱分解溫度800℃，極限氧指數(shù)55；⑦ 導(dǎo)電性、X射線透過性及電磁波遮蔽性良好；⑧ 具有潤(rùn)滑性，不沾潤(rùn)在熔融金屬中，可使其復(fù)合材料磨損率降低；⑨ 生物相容性好，生理適應(yīng)性強(qiáng)。

碳纖維力學(xué)性能主要是抗張強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)等3個(gè)參數(shù)，變異系數(shù)即CV值= 標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值×100(%) ，碳纖維的CV值是設(shè)計(jì)構(gòu)建的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如果碳纖維的CV值較小，涉及碳纖維拉伸強(qiáng)度等利用率高，可充分發(fā)揮其增強(qiáng)效果。在使用碳纖維時(shí)，大多制造成復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)件。對(duì)于同一性能的結(jié)構(gòu)件，碳纖維的CV值越小，用量少，增強(qiáng)效果好；如果CV值較大，用量較多，構(gòu)件笨重，增強(qiáng)效果差。表4為民用碳纖維的力學(xué)性能[9]。

                                                                 表4 　民用碳纖維力學(xué)性能

由表4可看出，所生產(chǎn)的碳纖維具有較高的強(qiáng)度和模量，而伸長(zhǎng)率較低，表明該材料具有較大的剛性；同時(shí)材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量的CV值都較低，表明材料的均一性較好。