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1、碳纤维是纤维状的碳材料，由有机纤维原丝在iooo°c以上的高温下碳化形成，且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性：①密度小、质量轻，碳纤维的密度为1.5〜2g/cm3湘当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;②强度、弹性模量高,其强度比钢大4〜5倍，弹性回复为100%;Ini③热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂；④摩擦系数小，并具有润滑性；⑤导电性好，25£时高模量碳纤维的比电阻为775MQ/cm，高强度碳纤维则为1500⑷/cm;⑥耐高温和低温性好，在3000°C
2、非氧化气氛下不熔化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；⑦耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀［4〜7］・除此之外，碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性.碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺，但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X・射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构，而是属于乱层石墨结构I8］，如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连，其键长为0・1421nrn;在层平面
3、之间则由弱的范德华力相连，层间距在0・3360-0.3440nm之间;层与层之间碳原子没有规则的定位置，因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所比较高.因此，碳纤维的表面活性与处于边缘位置的碳原子数目有关[9]・iMi碳纤维形成过程中,其表面会形成各种微小的缺陷.这是由于原丝在碳化过程中，大量的元素以及各种气体(如CO2,CO,H2O,NH3,H2,N2)的形成逸出，使纤维表面和内部形成空穴和缺陷.特别是某一阶段放出气体过于剧烈时，纤维表面和内部生产的空穴和缺陷更为严重.这些空穴和缺陷
4、的存在，将对碳纤维的强度产生很大影响.碳纤维在受力时，应力・应变曲线是线性关系，纤维断裂是突然发生的.绝大多数纤维断裂是发生在有缺陷或裂纹的地方[10]・由于原料及制法不同，所得碳纤维的性能也不一样.一般来讲，碳纤维可从以下两个方面进行分类[11~13]:(1)根据碳纤维的力学性能可分为高模量，超高模量,高强度和超高强度4种；(2)根据原丝的类型可分为聚丙烯膳基碳纤维、纤维素基碳纤维、沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维等.1.1聚丙烯膳基碳纤维聚丙烯猜(PAN)基碳纤维由聚丙烯睛经纺丝、预氧、碳化几个阶段形成.PAN基碳纤维具有高强度、高刚度、重量轻、耐高
5、温、耐腐蚀、优异的电性能等特点，并具有很强的抗压抗弯性能,一直在增强复合材料中保持着主导地位.目前，PAN基碳纤维仍是碳纤维市场中的主流.PAN基碳纤维应用的主要领域有:航空航天工业，地面交通工具，如汽车、赛车、快速列车等，造船工业、码头和海上设施,体育用品与休闲用品，电子产品，基础设施以及造纸、纺织、医疗器械、化工、冶金、石油、机械工业等领域，要求零部件在高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀等环境下工作.1.2粘胶基碳纤维粘胶基碳纤维是由主要成分为纤维素的粘胶纤维经过脱水、热解然后碳化而得来的.粘胶基碳纤维的三维石墨结构不发达,导热系数小;石墨
6、层间距大，石墨微晶取向度低因此是理想的耐烧蚀和隔热及热防护材料.同时，粘胶基碳纤维是由天然纤维素木材或棉绒转化而来,与生物的相容性极好，又可作为良好的环保和医用卫生材料.但是，由于生产粘胶基碳纤维的工艺流程较长，工艺条件苛刻,不适宜大批量生产，成本较高;另外，粘胶基碳纤维的整体性能指标比pan基碳纤维的要差，综合性能价格比在竞争中处于劣势，因此从20世纪60年代以来其生产规模逐渐萎缩,目前产量已不足世界碳纤维产量的1%・1.3沥青基碳纤维沥青基碳纤维是以石油沥青或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制成.沥青基碳纤维的生产原料成
7、本低于聚丙烯膳基碳纤维，但由于沥青基碳纤维的生产工艺复杂，反而使其生产成本大大增加.此外，沥青基碳纤维抗压强度比较低，其后加工性能也不如聚丙烯睛基碳纤维，因此其生产规模和应用领域都受到了一定限制.不过，由于沥青基碳纤维具有优良的传热、导电性能和极低的热膨胀系数，因此仍在必须要求这些性能的军工及航天领域发挥着独特作用.1.4酚醛基碳纤维酚醛基碳纤维阻燃性、绝缘性极好;可在松弛条件下碳化，加工工艺简单,碳化时间短且温度低，碳化率高，且手感柔软，但强度和模量较低.酚醛基碳纤维主要用于复写纸原料，耐腐蚀电线，以及用来制—1:1受的引力是对称的，键能高,反应
8、活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称，具有不成对电子，活性造耐热、防化防毒、无尘等特种服装.2碳纤维增强复合材料尽管碳
