日期：2022-05-28 来源：纤维复合材料

理想的石墨晶体的晶格结构属于六方晶系，是由六元环网络结构的碳原子组成的多层重叠结构。在六元环中，碳原子以sp 2 杂化形式存在

基本结构

理想石墨晶体的晶格结构属于六方晶系，由碳原子组成的六元环网络结构。在六元环中，碳原子以sp 2 杂化存在。在sp2杂化中，有1个2s电子和2个2p电子杂化，形成三个等效的o强键，键距为0.1421nm，平均键能为627kJ/mol，键角互为120°。

同一平面内剩余的纯2p轨道垂直于三个o键所在的平面，组成N键的碳原子的N键相互平行重叠形成大N -纽带; n电子上的非定域电子可以平行于平面自由移动，赋予其导电特性。它们可以吸收可见光，使石墨变黑。石墨层之间的范德华力远小于层内的价键力。层间距为0.3354nm，键能为5.4kJ/mol。石墨层以六边形对称的一半交错排列，并每隔一层重复，形成 ABAB..

结构[4]，并赋予其自润滑和层间内部能力，如图2-5所示。碳纤维是以有机纤维为原料，经碳化、石墨化而得到的一种微晶石墨材料。

碳纤维的微观结构与人造石墨相似，属于多晶混沌石墨结构。与石墨结构的区别在于原子层之间不规则的平移和旋转（见图2-6）。六元网络共价键束缚在基本平行于纤维轴的原子层中。因此，一般认为碳纤维由沿纤维轴向高度的无序石墨结构组成，从而产生非常高的轴向拉伸模量。石墨的层状结构具有显着的各向异性，使其物理性能也呈现出各向异性。

碳纤维的性能及应用

碳纤维可分为长丝、短纤维、短纤维。机械性能分为通用型和高性能型。一般碳纤维的强度为1000 MPa，模量为10OGPa左右。高性能碳纤维分为高强型（强度2000MPa，模量250GPa）和高型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强度型；模量大于450GPa者称为超高模。随着航天航空工业的发展，出现了高强高伸碳纤维，其伸长率大于2%。量大的是聚丙烯眼PAN基碳纤维。碳纤维具有轴向强度和模量高、无蠕变、抗疲劳性能好、比热和导电性介于非金属和金属之间、热膨胀系数小、耐腐蚀性能好、纤维密度低、X射线透过性好等特点。但其抗冲击性较差，易损坏，在强酸作用下发生氧化，与金属结合时发生金属碳化、渗碳、电化学腐蚀。因此，碳纤维在使用前必须进行表面处理。