一、碳纤维结构

当然，石墨的结构与原纤维有很大不同。高温碳化得到的石墨板几乎由纯碳组成，是由二维有序无序石墨微晶组成的多晶体。它和完整的石墨晶体有两个重要的区别:

1.石墨晶格中相邻层之间的间距为3.354A，而构成石墨板的微晶石墨晶格中的层之间的间距稍大，达到3.42A

2.在石墨晶格中，各层之间存在一定的空间相对位置(如ABAB结构或A-BCABC结构)。而在石墨板的微晶中，层与层之间的相对位置是不规则的，即缺乏三维有序性，所以称为无序石墨结构。具有无序石墨结构的石墨板的厚度和长度随碳化工艺条件而变化。比如La是10~100A，相当于3~30层。La一般为20~60A，但也可以长达250A。微晶再组装成一定长度的单元，称为小纤维，是石墨板的次级单元，小纤维聚集成石墨板。图8-2显示了石墨板多晶结构的理想化模型。  

二、石墨板的发展

石墨是纤维状碳。但是元素碳即使加热到3000℃也不会熔化，不可能把元素碳熔化成液体再抽成丝。因此，石墨板不是由煤、焦炭等原料制成，而是由许多含碳量高的人造纤维或合成纤维在特定工艺条件下碳化而成。早在20世纪80年代就发明了将天然纤维高温碳化得到石墨板(既耐高温又导电)，当时用作白炽灯泡的灯丝。50年代发明了粘胶(如铜氨人造丝、醋酸人造丝)和聚丙烯腈长丝(丙烯腈在引发剂作用下聚合而成的长丝)碳化生产的石墨板，并供应市场。

早期生产的石墨板性能不高，抗拉强度只有3500 kg/cm2左右，弹性模量只有

0.28 ~ 0.63×106千克/平方厘米。所以只能用作高温绝缘材料或耐腐蚀的过滤材料，部分还可以用作机械工业中的密封材料和吸收电波的材料。

随着近年来航空工业和航天技术的快速发展，需要一种具有以下特性的结构材料:非常坚硬、重量轻、抗拉强度高、热膨胀系数小、熔点高、耐腐蚀性好。在选择各种结构材料时，特别注意材料的抗拉强度和弹性模量，因此石墨板及其复合材料受到了重视。

20世纪60年代，许多国家对石墨板的生产工艺和原料选择做了大量的研究工作。特别是1964年，在英国，以聚丙烯腈细丝为原料，在2000℃左右的低温下，通过预氧化并加张力，首次生产出抗拉强度为21000kg/cm2的高强高模石墨板。将批量生产改为连续生产(连续预氧化和碳化)，使石墨板产量和质量跃进。石墨板作为一种新兴材料，越来越显示出它的重要性。表8-2列出了石墨板和其他材料的性能比较。

从表8-2可以看出，高模量石墨板的比弹性模量是这些材料中最高的，而高强度石墨板的比抗拉强度是这些材料中最高的。S玻璃纤维虽然抗拉强度较高，但弹性模量较小，只有硼纤维与石墨板相当。但硼纤维是以钨丝为芯材，硼沉积在钨丝上，成本昂贵。