碳纖維是一種含碳量高于 90 的無(wú)機(jī)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(qiáng)度和模量高, 無(wú)蠕變, 耐疲勞性好, 比熱 及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間, 熱膨脹系數(shù)小, 耐 腐蝕性好, 纖維的密度低, X射線透過(guò)性好。碳纖維 作為一種高性能纖維, 具有高比強(qiáng)度、 高比模量、 耐 高溫、 抗化學(xué)腐蝕、 耐輻射、 耐疲勞、 抗蠕變、 導(dǎo)電、 傳 熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)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(jié)構(gòu)材 料承載負(fù)荷, 又可作為功能材料發(fā)揮作用。因此碳 纖維及其復(fù)合材料近幾年發(fā)展十分迅速。
碳纖維的結(jié)構(gòu)取決于原絲結(jié)構(gòu)和碳化工藝, 但 無(wú)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(fā)現(xiàn), 真實(shí)的碳纖維結(jié)構(gòu)并不是理想的石墨點(diǎn) 陣結(jié)構(gòu), 而是屬于亂層石墨結(jié)構(gòu)。構(gòu)成此結(jié)構(gòu)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(nèi)的碳原子以強(qiáng)的共價(jià)鍵相連, 其鍵長(zhǎng)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(méi)有規(guī)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(nèi)部結(jié)構(gòu)完整的 基礎(chǔ)碳原子不同。層面內(nèi)部的基礎(chǔ)碳原子所受的引 力是對(duì)稱的, 鍵能高, 反應(yīng)活性低; 處于表面邊緣處 的碳原子受力不對(duì)稱, 具有不成 對(duì)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(gè) 方面進(jìn)行分類: ( 1) 根據(jù)碳纖維的力學(xué)性能可分為高模量、 超 高模量、 高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度 4種。 ( 2) 根據(jù)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(jì) 50年代初應(yīng)火箭、 宇航及航 空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的, 現(xiàn)在還廣泛應(yīng) 用于體育器械、 紡織、 化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
