日期：2022-05-28 來源：纖維複合材料

理想的石墨晶體的晶格結構屬於六方晶系，是由六元環網絡結構的碳原子組成的多層重疊結構。在六元環中，碳原子以sp 2 雜化形式存在

基本結構

理想石墨晶體的晶格結構屬於六方晶系，由碳原子組成的六元環網絡結構。在六元環中，碳原子以sp 2 雜化存在。在sp2雜化中，有1個2s電子和2個2p電子雜化，形成三個等效的o強鍵，鍵距為0.1421nm，平均鍵能為627kJ/mol，鍵角互為120°。

同一平面內剩餘的純2p軌道垂直於三個o鍵所在的平面，組成N鍵的碳原子的N鍵相互平行重疊形成大N -紐帶; n電子上的非定域電子可以平行於平面自由移動，賦予其導電特性。它們可以吸收可見光，使石墨變黑。石墨層之間的范德華力遠小於層內的價鍵力。層間距為0.3354nm，鍵能為5.4kJ/mol。石墨層以六邊形對稱的一半交錯排列，並每隔一層重複，形成 ABAB..

結構[4]，並賦予其自潤滑和層間內部能力，如圖2-5所示。碳纖維是以有機纖維為原料，經碳化、石墨化而得到的一種微晶石墨材料。

碳纖維的微觀結構與人造石墨相似，屬於多晶混沌石墨結構。與石墨結構的區別在於原子層之間不規則的平移和旋轉（見圖2-6）。六元網絡共價鍵束縛在基本平行於纖維軸的原子層中。因此，一般認為碳纖維由沿纖維軸向高度的無序石墨結構組成，從而產生非常高的軸向拉伸模量。石墨的層狀結構具有顯著的各向異性，使其物理性能也呈現出各向異性。

碳纖維的性能及應用

碳纖維可分為長絲、短纖維、短纖維。機械性能分為通用型和高性能型。一般碳纖維的強度為1000 MPa，模量為10OGPa左右。高性能碳纖維分為高強型（強度2000MPa，模量250GPa）和高型（模量300GPa以上）。強度大於4000MPa也稱超高強度型；模量大於450GPa的稱為超高模。隨著航天航空工業的發展，出現了高強高伸碳纖維，其伸長率大於2%。量大的是聚丙烯眼PAN基碳纖維。碳纖維具有軸向強度和模量高、無蠕變、抗疲勞性能好、比熱和導電性介於非金屬和金屬之間、熱膨脹係數小、耐腐蝕性能好、纖維密度低、X射線透過性好等特點。但其抗衝擊性較差，易損壞，在強酸作用下發生氧化，與金屬結合時發生金屬碳化、滲碳、電化學腐蝕。因此，碳纖維在使用前必須進行表面處理。