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”結構，通常也把碳纖維的結構看成由兩維有序的結晶和孔洞組成，其中孔洞的含量、大小和分布對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碳原子，排列不如石墨那樣規整，層與層之間借范德華力連接在一起。

2、性能特征

碳纖維的化學性能與碳十分相似，在空氣中當溫度高于400℃時即發生明顯的氧化，氧化產物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，纖維強度越大。碳纖維的徑向強度不如軸向強度，因而碳纖維忌徑向強力（即不能打結）[8]。

       碳纖維有通用型（GP）、高強型（HT）、高模型（HM）、高強高模（HP）等多種規格，其性能指標見表3。

表3 碳纖維的規格與性能

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

碳纖維力學性能主要是抗張強度、彈性模量和斷裂伸長等3個參數，變異系數即CV值= 標準偏差/平均值×100(%) ，碳纖維的CV值是設計構建的一項重要指標，如果碳纖維的CV值較小，涉及碳纖維拉伸強度等利用率高，可充分發揮其增強效果。在使用碳纖維時，大多制造成復合材料的結構件。對于同一性能的結構件，碳纖維的CV值越小，用量少，增強效果好；如果CV值較大，用量較多，構件笨重，增強效果差。表4為民用碳纖維的力學性能[9]。

                                                                 表4 　民用碳纖維力學性能

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