碳纤维在强度、刚度、较轻重量和出色的疲劳性能在至关重要的情况下是最理想的材料有着很广泛的用途。它们也用于高温、化学惰性和高阻尼的场合。广泛应用于商用和民用飞机、娱乐、工业和运输市场。大约85%到90%的纤维由聚丙烯腈制成，其余的纤维由人造丝或石油沥青制成。所有这些材料都是有机聚合物，其特点是由碳原子结合在一起的长串分子。
国家空军和航空航天局开始将碳纤维应用于飞机和航天器。碳纤维和凯夫拉纤维一样是用于制造防弹背心、保护套等的材料。它们与玻璃纤维一起被认为是最强的复合材料，具有很强的强度和非常好的功能。相比之下，钢的拉伸模量约为2900万磅/平方英寸（2亿千帕），因此，制成的最强碳纤维比钢强10倍，比铝轻8倍，比两种材料都轻，分别是钢的5倍和1.5倍。
碳纤维的定义

碳纤维一种由碳化的非常细的、很强的晶体丝组成的材料，用作增强材料，特别是在树脂和陶瓷中的一种非常结实、重量轻的合成纤维，特别是通过在高温下碳化丙烯酸纤维而制成；也指由嵌在树脂基质中的这种纤维制成的材料。一种由几乎纯碳制成的硬而薄的纤维，由各种有机原料经高温处理而成，与合成树脂结合而成，可制成一种用于飞机和航天器制造的强而轻的材料。
碳纤维是如何制造的？

碳纤维一种极强而薄的纤维，由排列成蜂窝状的碳晶体制成，由长而链状的纯碳分子组成，由人造纤维（如人造丝）在没有氧气的情况下炭化而成。碳纤维用于飞机、汽车、建筑结构以及其他需要耐高应力的轻材料应用中的高强度复合材料。这些晶体组织成长而扁平的带状，用来生产碳纤维。我们称之为前驱。前体-聚丙烯腈（PAN）是制造90%碳纤维的原料。剩下的10%由人造丝或石油沥青制成。所有这些材料都是有机聚合物，其特点是由碳原子结合在一起的长串分子。制备的每个前体的确切成分因公司而异，通常被视为商业秘密。
在制造过程中，使用了各种气体和液体。材料的设计准备与纤维反应，以达到特定的计划效果。其他材料的设计不反应或防止与纤维发生某些反应。与前体一样，许多这些工艺材料的确切成分是专有的。制造碳纤维的过程是部分化学和部分机械的结合。前体被拉成长丝、丝带或纤维，然后在封闭条件下加热到很高的温度，而不让它接触氧气。没有氧气，纤维就不能燃烧。相反，高温使纤维中的原子剧烈振动，直到大部分非碳原子被排出。这一过程被称为碳化，留下一条由长而紧密连锁的碳原子链组成的纤维，只剩下几个非碳原子。尽管碳纤维制造公司有自己的商业秘密，我们也希望鼓励人们更广泛地了解碳纤维是作为商业用途的理想材料。
稳定化

在碳化纤维之前，需要对其进行化学改性，将其线性原子键转变为更热稳定的阶梯键。这是通过将纤维在空气中加热到约390-590°F（200-300°C）30-120分钟来完成的。这使得纤维从空气中吸收氧分子并重新排列它们的原子键模式。
稳定化化学反应是复杂的，涉及到几个步骤，其中一些是同时发生的。它们也会产生自己的热量，必须加以控制，以避免纤维过热。商业上，稳定过程使用各种设备和技术。在某些工艺中，纤维是通过一系列加热室拉伸的。在另一些情况下，纤维通过热辊和由热空气流悬浮的松散材料床。有些工艺使用加热空气与某些化学加速稳定的气体混合。
碳化

纤维稳定后，在装有不含氧气体混合物的炉中加热至约1830-5500°F（1000-3000°C）数分钟。氧气的缺乏阻止了纤维在很高的温度下燃烧。炉子内的气体压力保持高于外部空气压力，纤维进出炉子的点被密封，以防止氧气进入。随着纤维被加热，它们开始以各种气体的形式失去非碳原子，加上一些碳原子，包括水蒸气、氨、一氧化碳、二氧化碳、氢、氮和其他气体。
当非碳原子被排出时，剩余的碳原子形成紧密结合的碳晶体，它们或多或少地平行于纤维的长轴排列。在某些工艺中，采用两台炉在两种不同温度下工作，以更好地控制炭化过程中的加热速率。
表面处理

碳化后，纤维的表面与环氧树脂和复合材料中使用的其他材料不能很好地结合。为了使纤维具有更好的粘合性能，纤维表面会轻微氧化。在表面添加氧原子可以提供更好的化学键合性能，也可以蚀刻和粗糙表面以获得更好的机械键合性能。
将纤维浸入空气、二氧化碳或臭氧等各种气体或次氯酸钠或硝酸等各种液体中可实现氧化。纤维也可以通过电解过程进行涂层，在电解过程中，纤维在充满各种导电材料的槽中形成正极。必须仔细控制表面处理过程，避免形成微小的表面缺陷，如凹坑，这可能导致纤维失效。
上浆

经过表面处理后，纤维被包裹起来，以防止在缠绕或编织过程中受损。这个过程称为分级。选择的涂层材料应与用于形成复合材料的粘合剂相容。典型的涂层材料包括环氧树脂、聚酯、尼龙、聚氨酯等。涂层纤维缠绕在称为筒管的圆筒上。筒管装进纺纱机，纤维被捻成各种尺寸的纱线。
碳纤维的物理/化学/机械性能

韧性-1.8-2.4（kn/mm2）
密度——1.95 gms/c.c
断裂伸长率——0.5%
回潮率（m.r%）–0%
抵抗摩擦的能力——很好
颜色——黑
抗热能力——很好
光泽——如丝般柔滑
碳是电的不良导体，因为它是非金属，通常是电的不良导体。
碳纤维 比强度与重量比 高
碳纤维很硬
碳纤维具有耐腐蚀性和化学稳定性。
碳纤维导电
抗疲劳性好
碳纤维具有良好的拉伸强度
碳纤维耐火/不易燃
碳纤维的热导率——不可能精确地确定热导率。特殊类型的碳纤维是专门为高导热率或低导热率设计的。
低热膨胀系数——碳纤维的范围很广，可以根据最终要求进行设计。
无毒、生物惰性、X射线可渗透性——这些特性使碳纤维在医疗应用中变得有用。
化学性质

漂白效果次氯酸钠微氧化碳纤维
阳光的影响——不改变碳纤维
防火——非常好
防虫能力——不伤害碳纤维。
碳纤维有不同的形式
Towscarbon纤维束

这束丝束测量了每束丝束的数量。小丝束有24000根或更少的丝束，大丝束有48000到320000根，有时甚至更多。通常以大线轴出售。通常碳丝束用于缠绕管和其他结构，选择性地加强结构，并用于压模。
飞行中的碳纤维

碳纤维已经在太空船上登月了，但它也被广泛应用于飞机部件和结构中，在这些部件和结构中，其优越的强度重量比远远超过了任何金属。30%的碳纤维用于航空航天工业。从直升机到滑翔机，从喷气式战斗机到微光灯，碳纤维发挥了作用，增加了航程，简化了维护。
体育用品

它在体育用品中的应用范围从跑鞋的加劲到冰球棍、网球拍和高尔夫球杆。“贝壳”（用于划船的船浆）是用它建造的，由于其在车身结构中的强度和损伤容限，许多人在赛车道上得以幸存。它也被用于防坠落头盔中，供攀岩者、骑马者和摩托车手使用——事实上，在任何有头部受伤危险的运动中。
国内碳纤维

像你想象的那样广泛的领域，无论是风格还是实际应用。对于那些注重风格的人，它通常被标记为“新黑色”。如果你想要一个由碳纤维制成的闪亮的黑色制品，那么你就可以有现成的。手机套、笔，甚至蝴蝶结——碳纤维的外观是独一无二和性感的。
医疗应用

碳纤维在医学领域比其他材料有几个优势，包括它是一种在X射线图像上呈黑色的“辐射”显示。它广泛应用于成像设备结构中，以支持四肢进行X光或放射治疗。
目前正在研究使用碳纤维强化受损的膝关节十字韧带，但最著名的医学用途可能是假肢——假肢。南非运动员奥斯卡·皮斯托利斯（OscarPistorius）在国际田径联合会（InternationalAssociationofAthletics Federations）未能禁止他参加北京奥运会比赛时，使碳纤维四肢显得尤为突出。他备受争议的碳纤维右腿据说给了他不公平的优势，对此仍有相当大的争论。
汽车工业

随着成本的降低，碳纤维在汽车中的应用越来越广泛。超级跑车车身现在已经建成，但它的广泛应用可能是在内部部件，如仪表外壳和座椅框架。和各种各样的碳纤维汽车改装件或配件上到汽车整体架构下到汽车很小的叶子板。都有碳纤维的应用。
环境应用

作为一种化学净化器，碳是一种强大的吸收剂。当涉及到有毒或不愉快的化学物质的吸收时，那么表面积是很重要的。对于一定重量的碳，细丝的表面积比颗粒大得多。虽然我们看到活性炭颗粒被用作宠物粪便和水净化，但更广泛的环境应用的潜力是显而易见的。