碳纤维内部结构
活性炭纤维(完整)方
ACF碳纤维和其他活性炭材料吸附能力对比
粉末活性炭（Pac）<活性炭棒（CTO）<颗粒活性炭（GAC）<碳纤维（ACF）
三.活性炭的合成方法及原理
1.合成方法 ：目前用作活性炭纤维前驱体的有机纤维主要 有粘胶基、聚丙烯睛基、沥青基、酚醛基四种，除此之外 ，还有采用其他原料制成的，如聚偏二氯乙烯、聚酞亚胺 纤维、PBO纤维、聚苯乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙 烯基、PVA基等，不同的原料纤维有不同的炭化和活化特 性，制成的活性炭纤维的特点有所不同 2.原理：活性炭纤维是经过活化的含碳纤维，将某种含碳 纤维，经过高温活化（不同的活化方法活化温度不一样） ，使其表面产生纳米级的孔径，增加比表面积，从而改变 其物化特性。
3）大气治理和空气净化
4）应用于医学领域 5）有机合成催化剂或催化剂载体
1、饮用水的净化
ACF的微孔孔径具有可调节性，可以针对不同的有机微污
染物，选择性的设计出具有不同吸附性能的ACF，从而能 够去除水源中的各种污染物质。 ACF对水质混浊有明显的澄清作用，可以除去水中的异臭、 异味；对氰、氯、氟、酚等有机化合物去除率达90％以上， 对细菌有极好的过滤效果，如大肠杆菌去除率达98％。
四.活性炭的加工工艺
目前活性炭纤维的生产主要是聚丙烯腈基和沥
青基、黏胶基，其他炭纤维很少。 活性炭纤 维生产加工工艺如下1)浸渍(预处理)；2)氧化 工艺；3)碳化工艺；4)活化工艺，活化时尽可 能多地造孔，形成多孔结构
活性炭纤维加工工艺流程图
五.活性炭纤维应用情况
1）废水治理及水净化 2）回收溶剂
1.活性炭纤维优良的吸附性能：
吸附容量大，达到吸附平衡的速率快，对有机
蒸气的吸附量比粒状活性炭大几倍甚至几十倍；
不同直径的T800级高强中模碳纤维的结构对比
研究与开发合成纤维工业ꎬ２０１８ꎬ４１(５):５ＣＨＩＮＡ㊀ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ㊀ＦＩＢＥＲ㊀ＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀收稿日期:２０１８￣０５￣１４ꎻ修改稿收到日期:２０１８￣０８￣０７ꎮ作者简介:钟俊俊(１９８６ )ꎬ女ꎬ工程师ꎬ主要从事高性能碳纤维检测表征工作ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈｏｎｇｊｊ＠ｎｉｍｔｅ.ａｃ.ｃｎꎮ基金项目:中科院创新基金项目(ＣＸＪＪ￣１７￣Ｍ１６０)ꎻ装备发展部领域基金重点项目(６１４０９２２０１０１０３)ꎮ㊀∗通讯联系人ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｑｘ３０２３＠ｎｉｍｔｅ.ａｃ.ｃｎꎮ不同直径的Ｔ８００级高强中模碳纤维的结构对比钟俊俊ꎬ钱㊀鑫∗ꎬ张永刚ꎬ王雪飞ꎬ李德宏ꎬ宋书林(中国科学院宁波材料技术与工程研究所碳纤维制备技术国家工程实验室ꎬ浙江宁波３１５２０１)摘㊀要:对自制的两种不同直径的Ｔ８００级高强中模碳纤维(ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２)的结构与性能进行了研究ꎬ并与日本东丽公司Ｔ８００碳纤维进行了比较ꎮ结果表明:ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２的直径分别为５.６４ꎬ６.３１μｍꎬ均高于日本东丽公司Ｔ８００碳纤维(５.４５μｍ)ꎬ截面比日本东丽公司Ｔ８００碳纤维规整ꎻＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２的拉伸强度分别为５.５８ꎬ５.５６ＧＰａꎬ略高于日本东丽公司Ｔ８００碳纤维(５.５２ＧＰａ)ꎬ拉伸模量分别为２９３ꎬ２９５ＧＰａꎬ略高于日本东丽公司Ｔ８００碳纤维(２９０ＧＰａ)ꎬ断裂伸长率分别为１.９７％ꎬ１.８９％ꎬ均高于日本东丽公司Ｔ８００碳纤维(１.８０％)ꎻＮＢＦ２的石墨微晶层间距为０.３５２７ｎｍꎬ显著低于日本东丽公司Ｔ８００碳纤维(０.３５５５ｎｍ)ꎬＮＢＦ２具有更高的石墨化程度ꎻ碳纤维表面无序化程度越低ꎬ其拉伸强度越高ꎮ关键词:碳纤维㊀聚丙烯腈纤维㊀高强中模㊀结构㊀性能中图分类号:ＴＱ３４２＋.７４２㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣００４１(２０１８)０５￣０００５￣０４㊀㊀聚丙烯腈(ＰＡＮ)基碳纤维具有高强度㊁高模量㊁耐高温㊁耐腐蚀㊁导电㊁导热等独特性能ꎬ因而广泛用作先进复合材料的增强体[１－３]ꎮＰＡＮ基碳纤维按照力学性能可以分为高强中模㊁高模和高强高模三大类ꎬ高强中模碳纤维以日本东丽公司Ｔ３００ꎬＴ７００ꎬＴ８００等为典型代表ꎮ近年来碳纤维发展迅速ꎬ新性能产品不断出现ꎬ因而高模和高强高模概念有所延伸ꎮ目前高模是以日本Ｍ４０ＪꎬＭ５０ＪꎬＭ５５Ｊ中强高模碳纤维为代表ꎬ并逐渐取代了最初Ｍ４０ꎬＭ５０等低强高模纤维ꎻ而高强高模则是最近几年国内外研究热点ꎬ该产品特点是同时具有高强度㊁高模量ꎬ以日本东丽Ｔ１１００Ｇ(拉伸强度７.０ＧＰａ㊁拉伸模量３２４ＧＰａ)㊁美国佐治亚理工学院研制的高性能碳纤维(拉伸强度５.５~５.８ＧＰａ㊁拉伸模量３５４~３５７ＧＰａ)[４]为代表ꎮ近期中国科学院宁波材料技术与工程研究所研制出拉伸强度５.２４ＧＰａꎬ拉伸模量５９３ＧＰａ型碳纤维也呈现出兼具高强度㊁高模量的特征ꎮ目前碳纤维市场仍然被日本及美国等垄断ꎬ经过多年自主研发ꎬ国内碳纤维发展迅速ꎬ主体性能指标也不断突破ꎬ但由于国内产品大多是参照国外尤其是日本东丽公司产品性能指标发展及分级ꎬ对于结构或性能等不同规格的碳纤维研发有待开展ꎮ依据Ｗｅｉｂｕｌｌ最弱链接理论ꎬ纤维拉伸断裂出现在最大缺陷处ꎬ纤维尺寸越大ꎬ出现较大缺陷概率也随之增高ꎬ因而纤维直径越细ꎬ碳纤维拉伸强度越高[５]ꎮ若在不同纤维直径下获得的碳纤维力学性能相同或相近ꎬ其内部结构是否存在显著区别ꎬ对此目前国内外尚未有报道ꎮ基于上述碳纤维研究现状分析ꎬ作者以自制两种不同直径的Ｔ８００级碳纤维为研究对象ꎬ对比研究了相近力学性能下不同直径的自制Ｔ８００级碳纤维微观结构的差异ꎬ同时以日本东丽Ｔ８００碳纤维作为对比ꎮ本研究对阐明高强中模碳纤维的结构㊁性能关联性ꎬ尤其不同规格产品的开发具有一定的指导意义ꎮ１㊀实验１.１㊀主要原料及试样丙烯腈:纯度大于等于９９.０％ꎬ台州市中海医药化工有限公司提供ꎻ衣康酸(化学纯)㊁偶氮二异丁氰(分析纯):国药集团化学试剂有限公司提供ꎻ东丽ＰＡＮ基碳纤维:规格Ｔ８００ꎬ１２Ｋꎬ简称Ｔ８００碳纤维ꎬ日本东丽公司生产ꎮ１.２㊀实验方法Ｔ８００级碳纤维的制备:以丙烯腈㊁衣康酸为原料ꎬ偶氮二异丁腈为引发剂ꎬ采用湿法纺丝工艺ꎬ经聚合㊁纺丝㊁高温拉伸㊁上油等工艺制备得到ＰＡＮ原丝ꎬ再经过１８０~２６０ħ预氧化㊁３００~８００ħ低温碳化㊁１０００~１６００ħ高温碳化工艺制备得到ＰＡＮ基碳纤维ꎬ其中通过ＰＡＮ原丝制备过程中喷丝孔径调控来获得不同直径纤维ꎮ小直径丝束规格为１２Ｋꎬ大直径丝束规格为６Ｋꎬ分别标记为ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２试样ꎮ１.３㊀测试力学性能:按照ＧＢ/Ｔ３３６２ ２００５试验标准ꎬ使用美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司５５６９型万能材料试验机测试碳纤维的拉伸强度ꎬ加载速度２.０ｍｍ/ｍｉｎꎬ测试８个试样取平均值ꎮ形貌结构:利用美国ＦＥＩ公司ＱｕａｎｔａＦＥＧ２５０型场发射扫描电镜(ＳＥＭ)对两种自制Ｔ８００㊁东丽Ｔ８００碳纤维表面㊁断面形貌进行观察ꎻ同时ꎬ通过截面形貌对纤维直径进行了统计分析ꎬ纤维直径取３０根纤维直径的平均值ꎮＸ射线衍射(ＸＲＤ):采用日本Ｒｉｇａｋｕ公司Ｄ８ＡｄｖａｎｃｅＤａｖｉｎｃｉ型Ｘ射线衍射仪进行测试ꎮ测试条件:采用Ｎｉ过滤的ＣｕＫα辐射(波长为０.１５４１８ｎｍ)ꎬ管压４０ｋＶꎮ测试时将纤维研磨成粉末放置在载物台上ꎬ采用对称透射几何安排进行纤维衍射并进行赤道扫描ꎮ拉曼光谱:使用英国Ｒｅｎｉｓｈａｗ公司ｉｎＶｉａ￣ｒｅ￣ｆｌｅｘ型激光拉曼光谱仪对碳纤维拉曼光谱进行测试ꎮ激发光波长为５３２ｎｍ(氩离子)ꎬ扫描时间为１０~３０ｓꎬ光谱分辨率为１ｃｍ－１ꎬ拉曼光谱扫描波数为６００~２１００ｃｍ－１ꎬ采用高斯￣洛伦兹拟合以获得峰结构信息ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀力学性能从表１可以看出ꎬ两种规格Ｔ８００级碳纤维ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２拉伸强度与拉伸模量均略高于日本东丽Ｔ８００碳纤维ꎬ而自制Ｔ８００级碳纤维断裂伸长率也明显高于日本东丽Ｔ８００碳纤维ꎮ表１㊀自制Ｔ８００级碳纤维与Ｔ８００碳纤维性能对比Ｔａｂ.１㊀ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＣｈｉｎａ￣ｍａｄｅＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｎｄＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ试样线密度/ｔｅｘ体密度/(ｇ ｃｍ－３)拉伸强度/ＧＰａ拉伸模量/ＧＰａ断裂伸长率ꎬ％ＮＢＦ１４５０１.７８５.５８２９３１.９７ＮＢＦ２３１５１.８０５.５６２９５１.８９Ｔ８００碳纤维４５０１.８０５.５２２９０１.８０㊀㊀对于碳纤维线密度ꎬＮＢＦ１试样与日本东丽Ｔ８００碳纤维同为１２Ｋ规格碳纤维ꎬ两者线密度相同均为４５０ｔｅｘꎻ根据产品信息日本东丽Ｔ８００碳纤维６Ｋ规格的线密度为２２４ｔｅｘꎬ而ＮＢＦ２试样的丝束规格同为６Ｋ情况下ꎬ纤维的线密度高达３１５ｔｅｘꎬ线密度越高ꎬ说明获得相同质量所需纤维长度越短ꎬ即纤维直径越大ꎮ２.２㊀形貌结构由图１试样的表面ＳＥＭ照片可以看出ꎬ自制Ｔ８００级碳纤维(ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２试样)与日本东丽Ｔ８００碳纤维均存在明显的轴向沟槽ꎬ该结构产生与ＰＡＮ原丝制备过程中双扩散过程有关[６]ꎮ从图１还可以看出ꎬ日本东丽Ｔ８００碳纤维沟槽结构更为明显ꎬ这是由于其原丝制备过程中双扩散过程更为剧烈ꎮ而从纤维断面形貌图中也可以看出ꎬ自制ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２试样断面较日本东丽Ｔ８００碳纤维截面要规整ꎮ图１㊀碳纤维的表面及断面形貌的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ.１㊀ＳＥＭｓｕｒｆａｃｅａｎｄｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎａｌｐｈｏｔｏｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ㊀㊀按照ＧＢ/Ｔ２９７６２ ２０１３碳纤维纤维直径和横截面积的测定ꎬ对自制ＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２及日本东丽Ｔ８００碳纤维直径理论值按公式(１)进行计算ꎮｄ＝４ｔˑ１０３/πρｎ(１)式中:ｄ为纤维的理论直径ꎻｔ为纤维的线密度ꎻρ为纤维的体密度ꎻｎ为纤维单丝根数ꎮ㊀㊀同时使用ＳＥＭ对纤维截面测量计算得到纤６㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年第４１卷维直径数据如表２所示ꎮ表２㊀碳纤维的直径Ｔａｂ.２㊀Ｄｉａｍｅｔｅｒｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ试样直径/μｍ理论值实测值ＮＢＦ１５.１８５.６４ʃ０.２２ＮＢＦ２６.０９６.３１ʃ０.１３Ｔ８００碳纤维５.１５５.４５ʃ０.１２㊀㊀按照公式(１)计算ꎬ在小直径ＮＢＦ１试样与日本东丽Ｔ８００碳纤维具有相同丝束规格情况下ꎬ由于小直径ＮＢＦ１试样体密度较小ꎬ因而纤维理论直径要稍微高于东丽Ｔ８００碳纤维ꎬ经ＳＥＭ截面实测的小直径ＮＢＦ１试样要高于日本东丽Ｔ８００碳纤维ꎮ而对于大直径ＮＢＦ２试样ꎬ纤维直径的理论值和实测值均显著高于小直径ＮＢＦ１和日本东丽Ｔ８００碳纤维ꎬ其实测值达到６.３１μｍꎮ２.３㊀微晶结构石墨微晶层间距(ｄ００２)及微晶堆砌厚度(Ｌｃ)是评价碳纤维石墨特征结构两个重要参数ꎮｄ００２值的大小和(００２)晶面衍射峰峰形的宽窄可以反映材料的石墨化程度的高低ꎬｄ００２值越小ꎬ(００２)峰越窄ꎬ表示石墨化程度越高ꎮｄ００２和Ｌｃ可利用ＸＲＤ赤道扫描图中的(００２)峰的半峰宽(ＦＷＨＭ)通过布拉格公式和谢乐公式进行计算[７]ꎮ通过对ＸＲＤ赤道扫描分析计算得到３种碳纤维结构参数如表３所示ꎮ表３㊀碳纤维的ＸＲＤ结构参数Ｔａｂ.３㊀ＸＲＤｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ试样２θ(００２)/(ʎ)ｄ００２/ｎｍＦＷＨＭ(００２)/ (ʎ)Ｌｃ/ｎｍＮＢＦ１２５.１３０.３５４１４.５６１.９８ＮＢＦ２２５.２３０.３５２７４.５９１.９７Ｔ８００碳纤维２５.０３０.３５５５４.６６１.９４㊀㊀从表３可以看出ꎬ自制Ｔ８００级碳纤维的ｄ００２要显著低于日本东丽Ｔ８００碳纤维ꎬ而Ｌｃ也略高于日本东丽Ｔ８００碳纤维ꎮ对于大直径ＮＢＦ２纤维ꎬｄ００２为０.３５２７ｎｍ略低于小直径ＮＢＦ１的０.３５４１ｎｍꎬ但远低于日本东丽Ｔ８００碳纤维的０.３５５５ｎｍꎬ说明ＮＢＦ２试样的石墨化度要高于其他两种纤维ꎬ在３种碳纤维拉伸强度及拉伸模量相近情况下ꎬＮＢＦ２试样高石墨化度将更有利于制备高模碳纤维ꎮ２.４㊀拉曼光谱拉曼光谱是碳纤维微观结构最为常用且有效的表征手段之一[８－９]ꎬ但其检测范围局限在一定范围内ꎬ通常可对纤维表面数十纳米范围内结构进行明确表征[１０]ꎮ碳纤维拉曼光谱在１０００~２０００ｃｍ－１波数内会出现两个典型峰ꎬ分别是位于１５８０~１６００ｃｍ－１附近的Ｇ峰和１３５０~１３６０ｃｍ－１附近的Ｄ峰ꎬ其中Ｇ峰是石墨化层平面内碳原子(ＳＰ２杂化)的伸缩振动峰ꎬ代表了有序石墨化结构峰ꎻＤ峰则是石墨片层边缘碳原子(ＳＰ３杂化)的伸缩振动峰ꎬ代表了无序结构峰[５ꎬ１１－１２]ꎮ两个峰面积比值(ＩＤ/ＩＧ)代表了碳纤维无序化程度ꎬ数值越大㊁纤维无序化程度越高ꎮ从图２可以看出ꎬ３种纤维均存在显著的无序结构Ｄ峰和石墨结构Ｇ峰ꎬ其中Ｄ峰位于１３６０ｃｍ－１附近ꎬＧ峰位于１６００ｃｍ－１附近ꎮ图２㊀碳纤维的拉曼光谱Ｆｉｇ.２㊀Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ１ ＮＢＦ１试样ꎻ２ ＮＢＦ２试样ꎻ３ Ｔ８００碳纤维㊀㊀经拟合分峰得到峰结构详细参数如表４所示ꎮ从表４可以看出ꎬ小直径ＮＢＦ１试样的ＩＤ/ＩＧ值要显著低于其他两种纤维ꎮ表４㊀碳纤维的拉曼光谱分析结果Ｔａｂ.４㊀Ｒａｍａｎｐｅａｋｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ试样Ｄ峰峰位/(ｃｍ－１)ＦＷＨＭ/(ｃｍ－１)峰面积Ｇ峰峰位/(ｃｍ－１)ＦＷＨＭ/(ｃｍ－１)峰面积ＩＤ/ＩＧＮＢＦ１１３６０.６２３２.８５７２.５７１５９４.４８９.０１２１.４９３.３８ＮＢＦ２１３５９.６２２４.１５７０.９９１６００.１８４.９６１８.９１３.７５Ｔ８００碳纤维１３６２.１２４２.２０７２ꎬ６８１５９８.４８８.２１１９.２０３.７９㊀㊀这说明ＮＢＦ１中纤维表面的无序化程度较低ꎬ结合表１中的纤维力学性能数据可以看出ꎬＩＤ/ＩＧ与碳纤维拉伸强度存在一定对应关系ꎬＩＤ/ＩＧ越低㊁碳纤维的拉伸强度越高ꎬ其原因在于纤维表面结构越有序ꎬ表面的缺陷结构也越少ꎬ因７第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀钟俊俊等.不同直径的Ｔ８００级高强中模碳纤维的结构对比而碳纤维越有利于获得优异的性能ꎮ通过对比大直径ＮＢＦ２与日本东丽Ｔ８００碳纤维结构参数可看出ꎬ虽然两种纤维在直径上存在较大差异(见表２)ꎬ但两种纤维表面石墨化有序结构程度差异并不大ꎮ３㊀结论ａ.自制Ｔ８００级碳纤维截面较日本东丽Ｔ８００碳纤维截面要规整ꎬＮＢＦ１ꎬＮＢＦ２试样的纤维直径分别５.６４ꎬ６.３１μｍꎬ均高于日本东丽Ｔ８００碳纤维的５.４５μｍꎮｂ.大直径Ｔ８００级碳纤维ＮＢＦ２的ｄ００２显著低于日本东丽Ｔ８００碳纤维的ｄ００２ꎬ证明该规格纤维具有更高的石墨化程度ꎮｃ.碳纤维表面无序化程度与碳纤维拉伸强度存在对应关系ꎬ纤维表面无序化程度越低ꎬ碳纤维的拉伸强度也越高ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀ＺｈａｏＭｉｎꎬＭｅｎｇＬｉｎｇｈｕｉꎬＭａＬｉｃｈｕｎꎬｅｔａｌ.Ｌａｙｅｒ￣ｂｙ￣ｌａｙｅｒｇｒａｆｔｉｎｇＣＮＴｓｏｎｔｏｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｓｕｒｆａｃｅｆｏｒｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｉｎ￣ｔｅｒｆａｃｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐＳｃｉＴｅｃｈꎬ２０１８ꎬ１５４:２８－３６.[２]㊀ＱｉａｎＸｉｎꎬＺｏｕＲｕｉｆｅｎꎬＯｕｙａｎｇＱｉｎꎬｅｔａｌ.Ｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｔｏｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＡｐｐｌＳｕｒｆＳｃｉꎬ２０１５ꎬ３２７:２４６－２５２. [３]㊀ＡｎｄｉｄｅｈＭꎬＥｓｆａｎｄｅｈＭ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｏｘｉｄｉｚｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｂｙｇｒａｆｔｉｎｇｈｙｄｒｏｘｙｌａｎｄａｍｉｎｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓｏｎｉｎ￣ｔｅｒｌａｍｉｎａｒｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２０１７ꎬ１２３:２３３－２４２.[４]㊀ＨａｎＧＣꎬＮｅｗｃｏｍｂＢＡꎬＧｕｌｇｕｎｊｅＰＶꎬｅｔａｌ.Ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｈｉｇｈｍｏｄｕｌｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２０１５ꎬ９３:８１－８７.[５]㊀ＦｉｔｚｅｒＥ.ＰＡＮ￣ｂａｓｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ￣ｐｒｅｓｅｎｔｓｔａｔｅａｎｄｔｒｅｎｄｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｒｏｍｔｈｅｖｉｅｗｐｏｉｎｔｏｆｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓａｎｄｌｉｍｉｔｓｔｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｆｉｂｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｙｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｐａ￣ｒａｍｅｔｅｒｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ１９８９ꎬ２７(５):６２１－６４５. [６]㊀ＹｕＭｅｉｊｉｅꎬＸｕＹｏｎｇꎬＷａｎｇＣｈｅｎｇｇｕｏꎬｅｔａｌ.Ｈｅｒｅｄｉｔｙａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅ￣ｓｃａｌｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎＰＡＮ￣ｂａｓｅｄｃａｒ￣ｂｏｎｆｉｂｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｐｒｅｃｕｒｓｏｒｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＪＡｐｐｌＰｏｌｙｍＳｃｉꎬ２０１２ꎬ１２５(４):３１５９－３１６６.[７]㊀ＨｕａｎｇＹꎬＹｏｕｎｇＲＪ.ＥｆｆｅｃｔｏｆｆｉｂｒｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｐｏｎｔｈｅｍｏｄｕｌｕｓｏｆＰＡＮ￣ａｎｄｐｉｔｃｈ￣ｂａｓｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ１９９５ꎬ３３(２):９７－１０７.[８]㊀ＭｅｌａｎｉｔｉｓＮꎬＴｅｔｌｏｗＰＬꎬＧａｌｉｏｔｉｓＣ.ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＰＡＮ￣ｂａｓｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｅｓｗｉｔｈｌａｓｅｒＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ.１.ＥｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓｏｎＲａｍａｎｂａｎｄｐｒｏｆｉｌｅｓ[Ｊ].ＪＭａｔｅｒＳｃｉꎬ１９９６ꎬ３１(４):８５１－８６０.[９]㊀ＦｒａｎｋＯꎬＴｓｏｕｋｌｅｒｉＧꎬＲｉａｚＩꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｕｎｉｖｅｒ￣ｓａｌｓｔｒｅｓｓｓｅｎｓｏｒｆｏｒｇｒａｐｈｅｎｅａｎｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｅｓ[Ｊ].ＮａｔＣｏｍ￣ｍｕｎꎬ２０１１ꎬ２(１):２５５.[１０]ＧａｌｉｏｔｉｓＣꎬＢａｔｃｈｅｌｄｅｒＤＮ.Ｓｔｒａｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔ￣ａｎｄｓｅｃｏｎｄ￣ｏｒｄｅｒＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｅｓ[Ｊ].ＪＭａｔｅｒＳｃｉＬｅｔｔꎬ１９８８ꎬ７(５):５４５－５４７.[１１]ＴｕｉｎｓｔｒａＦꎬＫｏｅｎｉｇＪＬ.Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｇｒａｐｈｉｔｅ[Ｊ].ＪＣｈｅｍＰｈｙｓꎬ１９７０ꎬ５３(３):１１２６－１１３０.[１２]ＴｕｉｎｓｔｒａＦꎬＫｏｅｎｉｇＪＬ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｆｉｂｅｒｓｕｒ￣ｆａｃｅｓｗｉｔｈＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ[Ｊ].ＪＣｏｍｐＭａｔｅｒꎬ１９７０ꎬ４(４):４９２－４９９.ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆＴ８００ｈｉｇｈ￣ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ￣ｍｏｄｕｌｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｓＺｈｏｎｇＪｕｎｊｕｎꎬＱｉａｎＸｉｎꎬＺｈａｎｇＹｏｎｇｇａｎｇꎬＷａｎｇＸｕｅｆｅｉꎬＬｉＤｅｈｏｎｇꎬＳｏｎｇＳｈｕｌｉｎ(ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＮｉｎｇｂｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＮｉｎｇｂｏ３１５２０１)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｅｌｆ￣ｍａｄｅＴ８００ｈｉｇｈ￣ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ￣ｍｏｄｕｌｕｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｓ(ＮＢＦ１ａｎｄＮＢＦ２)ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＮＢＦ１ａｎｄＮＢＦ２ｈａｄｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｓｏｆ５.６４ａｎｄ６.３１μｍꎬｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ(５.４５μｍ)ꎬａｎｄｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆＮＢＦ１ａｎｄＮＢＦ２ｗａｓｍｏｒｅｒｅｇｕｌａｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒꎻＮＢＦ１ａｎｄＮＢＦ２ｈａｄｔｈｅｔｅｎ￣ｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ５.５８ａｎｄ５.５６ＧＰａꎬｓｌｉｇｈｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ(５.５２ＧＰａ)ꎬｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｍｏｄｕｌｕｓｏｆ２９３ａｎｄ２９５ＧＰａꎬｓｌｉｇｈｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ(２９０ＧＰａ)ꎬａｎｄｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｔｂｒｅａｋｏｆ１.９７％ａｎｄ１.８９％ꎬｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ(１.８０％)ꎻＮＢＦ２ｈａｄｔｈｅｇｒａｐｈｉｔｅｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｉｎｔｅｒ￣ｌａｙｅｒｄｉｓｔａｎｃｅｏｆ０.３５２７ｎｍꎬｐｒｏｆｏｕｎｄｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＪａｐａｎＴｏｒａｙＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ(０.３５５５ｎｍ)ꎬｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｅｒｇｒａｐｈｉｔｅｄｅｇｒｅｅｏｆＮＢＦ２ꎻｔｈｅｌｏｗｅｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｉｓｏｒｄｅｒｄｅｇｒｅｅｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒꎬｔｈｅｈｉｇｈｅｒｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒꎻｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅｆｉｂｅｒꎻｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｍｏｄｕｌｕｓꎻｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｐｒｏｐｅｒｔｙ８㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年第４１卷。
碳纤维材料的研究进展与应用前景
碳纤维材料的研究进展与应用前景碳纤维是纤维增强复合材料中的一种，它是由石油、天然气等石化产品进行高温碳化后制成的一种纤维材料，其主要成分为碳元素。
碳纤维的高强度、轻质、高稳定性、耐腐蚀性等特性使得它成为了现代高端制造领域的重要材料之一。
本文将从碳纤维材料的制备及其组织结构、碳纤维的主要性能以及碳纤维材料的应用前景三个方面综述碳纤维的研究进展与应用前景。
一、碳纤维材料的制备及其组织结构碳纤维材料的制备主要是通过高聚物纤维化，即将聚丙烯腈等有机高分子经过加氢、缩合、纺丝等多道工序后制成成型前驱体，再通过热解、碳化、图热石墨化等系列化学反应，在高温高真空状态下将成型前驱体有机分子转化为碳分子而成。
碳纤维的制备及其表面形貌、微观结构与物理化学性质相关，具有很高的结构化和复杂性，因此对碳纤维材料的组织结构进行分析和研究，是碳纤维材料研究的重要内容之一。
碳纤维材料是由多个层次的微观结构组成，其中最基本的组成单元是碳纤维的原子排列结构，即由连通的芳环结构和有氮、氧等杂原子取代构成的多孔石墨层状结构。
在原子排列结构上，碳纤维材料由平行排列的基础单元堆积而成，具有方向性，呈现出丝状或丝带状等形态。
在材料的宏观结构中，碳纤维材料通常具有纤维状或薄片状形态等。
而碳纤维材料的微观结构是决定性因素，其成长行为和杂原子的存在对碳纤维的性能起到了显著影响。
二、碳纤维的主要性能碳纤维的主要特点是高强度、高模量和高韧性。
碳纤维的强度与其成型前驱体的纤维化程度、加工工艺、化学反应以及表面形貌、微观结构的稳定性等相关。
碳纤维的高强度主要来自于其成型前驱体的内部结构，在碳化过程中生成的“石墨化”的结构与碳分子的排列等也决定了其宏观强度，同时碳纤维的强度与杂原子的存在、石墨晶体的孔隙率、石墨结晶组织的大小以及结晶方向的一致性等也有关系。
碳纤维的高模量来自于其硬质碳化结构，碳纤维的碳化程度越高，其模量也越大。
此外，碳纤维的弹性模量与其成型前驱体的聚合度、纤维结构和方向等因素也有很大的关系。
碳纤维发热原理
碳纤维发热原理碳纤维发热技术是一种利用碳纤维材料发热的新型加热方式，它具有发热速度快、发热均匀、安全可靠等优点，因此在服装、汽车座椅、床品等领域得到了广泛的应用。
那么，碳纤维是如何实现发热的呢？接下来，我们将深入探讨碳纤维发热的原理。
首先，碳纤维发热的原理是通过电阻发热实现的。
碳纤维是一种导电材料，当通过电流时，碳纤维会产生电阻，并产生热量。
这种电阻发热的原理是基于材料的电阻率和电流的关系，根据欧姆定律，当通过材料的电流增大时，电阻产生的热量也会增加。
其次，碳纤维的导电性和热传导性也是实现发热的重要原理。
由于碳纤维具有良好的导电性和热传导性，电流能够快速地在碳纤维中传导，从而迅速将热量传递到整个碳纤维材料中，实现了均匀的发热效果。
除此之外，碳纤维的发热原理还与其内部的分子结构有关。
碳纤维的分子结构呈现出一定的有序性，这使得碳纤维在电流通过时能够更有效地产生热量，并且能够更好地保持热量，实现长时间稳定的发热效果。
综上所述，碳纤维发热的原理主要包括电阻发热、导电性和热传导性、以及分子结构等多个方面。
这些原理共同作用，使得碳纤维能够快速、均匀地产生热量，广泛应用于各个领域。
在实际应用中，碳纤维发热技术还可以通过控制电流大小和时间来实现不同的发热效果，从而满足不同场景的需求。
同时，由于碳纤维发热具有安全可靠、环保节能等优点，未来其在智能家居、医疗保健等领域的应用前景也将更加广阔。
总之，碳纤维发热原理是一种基于电阻发热、导电性和热传导性、以及分子结构等多个方面的综合效应，通过这些原理的作用，碳纤维能够实现快速、均匀的发热效果，为各个领域提供了新的加热解决方案。
相信随着技术的不断进步和创新，碳纤维发热技术将会在更多领域展现出其巨大的应用潜力。
碳纤维热导率随温度变化规律
碳纤维热导率随温度变化规律
碳纤维的热导率随温度的变化规律通常可以描述为先增大后减小的趋势。
具体来说，随着温度的升高，碳纤维的热导率通常会先增大，然后达到一个峰值，在峰值温度之后开始逐渐减小。
这种变化规律可以由碳纤维的结构特点来解释。
在低温下，碳纤维内部的声子（晶格振动）散射较少，导致热传导能力较强，热导率较高。
随着温度的升高，声子的散射过程变得更加频繁，导致热传导能力减弱，热导率开始下降。
然而，当温度继续升高时，碳纤维内部的一些结构（如图层间相互作用力）可能发生变化，从而导致热导率再次增加。
这是因为在一些特定温度下，一些结构相互作用会增强声子的传播。
总的来说，碳纤维的热导率随温度的变化规律是受多种因素影响的复杂过程，需要考虑碳纤维的结构、材料特性以及温度范围等因素。
因此，热导率随温度的变化规律可以在具体的实验条件下进行研究和测量。
碳纤维的分类
碳纤维的分类
按原丝类型
按碳纤维性能 碳纤维的分类方法 按碳纤维的功能
按制造条件和方法
聚丙烯腈基 粘胶基 按原丝类型分类
沥青基
木质素纤维基
其他有机纤维基
通用级碳纤维：拉伸强度<1.4GPa，
拉伸模量 <140GPa
量99％以上。
按制造条件和 方法分类
活性碳纤维：气体活化法，碳纤维在600～
1200oC，用水蒸汽、CO2、
空气等活化。
气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有
机物在的制造 碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只 能以有机纤维为原料，采用间接方法来制造。 以有机纤维为原料制造碳纤维的过程： 有机纤维 预氧化处理 高温碳化
碳纤维的性能
碳纤维的物理性质：耐热性 热膨胀系数性 热导率 比热 导电性 润滑性 碳纤维的化学性质：耐一般的酸碱
碳纤维的缺陷
碳纤维中的缺陷主要来自两方面： 原丝带来的缺陷
碳化过程中可能消失小部分，但大部分将保留下来，变成碳纤维的 缺陷。
碳化过程带来的缺陷
碳化过程中，大量非C元素以气体形式逸出，使纤维表面及内部形 成空穴和缺陷。
碳纤维
碳纤维
由有机纤维或低分子烃气体原料在气氛中经高温 （1500℃）碳化而成的纤维状化合物，其碳含量在90%以上。
石墨：六方晶系 碳纤维：乱层石墨结构
• 最基本的结构单元：石墨片层
• 二级结构单元：石墨微晶(由数张或数十张石墨片层组成) • 三级结构单元：石墨微晶组成的原纤维。直径在50nm左右， 弯曲，彼此交叉的许多条带状组成的结构。
原丝
碳纤维的分类
高性能 碳纤维
高强度碳纤维 高模量碳纤维 超高强碳纤维 超高模碳纤维 高强－高模碳纤维 中强－中模碳纤维 等
按碳纤维的 功能分类
受力结构用碳纤维 耐焰用碳纤维 导电用碳纤维 润滑用碳纤维 耐磨用碳纤维 活性碳纤维
按制造条件和 方法分类
碳纤维：碳化温度1200～1500oC，碳含量
95％以上。
石墨纤维：石墨化温度2000oC以上，碳含
有机纤维
预氧化处理
高温碳化
原丝
碳纤维的表面处理
途径： 清除表面杂质； 在纤维表面形成微孔或者刻蚀沟槽。增加表面能； 引进具有极性或者反应性官能团；形成能与树脂起作用 的中间层。
ö 扫描电镜(SEM)：纤维表面缺陷 ö 透射电镜(TEM)：纤维内部结构
碳纤维的分类
碳纤维的分类方法
按原丝类型 按碳纤维性能 按碳纤维的功能 按制造条件和方法
按原丝类型分类
聚丙烯腈基 粘胶基
沥青基 木质素纤维基 其他有机纤维基
按碳纤维 性能分类
通用级碳纤维：拉伸强度<1.4GPa，
拉伸模量 <140GPa
量99％以上。
活性碳纤维：气体活化法，碳纤维在600～
1200oC，用水蒸汽、CO2、 空气等活化。
气相生长碳纤维：惰性气氛中将小分子有
机物在高温下沉积成纤维－ 晶须或短纤维。
碳纤维的制造
碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只 能以有机纤维为原料，采用间接方法来制造。
以有机纤维为原料制造碳纤维的过程：
弯曲，彼此交叉的许多条带状组成的结构。
碳纤维的性能
碳纤维的物理性质：耐热性 热膨胀系数性 热导率 比热 导电性 润滑性
碳纤维的化学性质：耐一般的酸碱
碳纤维微观结构表征：Raman光谱
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第S2期碳纤维微观结构表征：Raman 光谱郝俊杰1，吕春祥2，李登华3（1山西钢科碳材料有限公司，山西太原030100；2中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室，山西太原030001；3山西省交通科技研发有限公司新型道路材料国家地方联合工程实验室，山西太原030032）摘要：Raman 光谱作为材料微观结构表征的重要方法，其对碳材料的结构具有相当的敏感性，在0～3300cm -1的波数范围内都有相当显著的谱峰响应。
其中，理想石墨晶格面内C C 键伸缩振动的G 线和由无序结构引起的D 线是认识碳材料纳米尺度结构特征的关键切入点。
基于上述特征指标可以获得碳结构微观应力、晶态结构、石墨化度及结构不均匀性等一系列结构特征，是研究碳纤维微观结构及其形成、演变过程的重要技术手段。
近年来，随着以“Mapping ”技术为代表的系列新技术的成功应用，针对碳纤维微观结构的Raman 光谱应用技术出现了一系列新的进展。
本文以Raman 光谱的碳纤维微观、介观层面的应用技术为切入点，综述了近年来Raman 光谱在碳纤维微观应力/应变、晶态结构、石墨化度及结构不均匀性等方面的进展情况。
关键词：碳纤维；Raman 光谱；微观应力；晶态结构；结构不均匀性中图分类号：TQ342+.74文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）S2-0227-07Characterization of the microstructure of carbon fibers:RamanspectroscopyHAO Junjie 1，LYU Chunxiang 2，LI Denghua 3(1Shanxi Gangke Carbon Materials Company Limited,Taiyuan 030100,Shanxi,China;2National Engineering Laboratoryfor Carbon Fiber Technology,Institute of Coal Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Taiyuan 030001,Shanxi,China;3National and Local Joint Engineering Laboratory of Advanced Road Materials,Shanxi Transportation Technology Research&Development Company Limited,Taiyuan 030032,Shanxi,China)Abstract:As an important technical means in the structural characterization of materials,Raman spectroscopy is found sensitive and have significant response to carbon structure in the wavenumber area 0～3300cm -1.Among them,an ideal graphitic lattice C C in-plane vibration mode namely G-band and a consequence of the existence of structural disorder namely D-band are suggested as two of the important index in the study of the carbon structures.Based on these index,a series of structural features such as microscopic stress,crystalline structure,graphitization degree and structural heterogeneity of carbon structures can be obtained.In recent years,with the successful application of a series of new technologies represented by "Mapping"mode,many new developments have been made in the Raman spectroscopyapplication technologies for carbon fibers.In this paper,taking the applications in the microscopic and综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0507收稿日期：2020-04-03；修改稿日期：2020-04-14。
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碳纤维内部结构
碳纤维（Carbon fiber）是一种先进的复合材料，有着高强度、轻质、耐腐蚀等优良性能，在航空、航天、汽车、体育器材等领域得到广泛
的应用。
那么，碳纤维的内部结构是怎样的呢？
首先，碳纤维的主要成分是碳，是经过高温炭化处理的有机纤维。
其
内部结构主要由两个方面组成：纤维层次结构和碳化程度。
纤维层次结构是指碳纤维内部的纤维排列方式和层次。
通常来说，它
包括纤维的微观结构和纤维的宏观层次结构。
纤维的微观结构是指半
晶体的排列方式，通常是层板状的结构，也有一些是类似于筒状的结构。
纤维的宏观层次结构是指多个纤维的排列方式和组合方式。
例如，碳纤维可以分为单向纤维、双向纤维和多向纤维等不同类型，每种类
型的纤维层次结构都不同。
接着，碳化程度影响着碳纤维内部结构的性能。
碳化程度是指碳纤维
在高温条件下进行碳化处理的程度。
碳化程度越高，碳纤维内部的结
晶程度越高，纤维之间的结合力也越强，因此强度和刚度也越高。
同时，碳化程度还会影响到碳纤维的密度，通常情况下，碳化程度越高，密度越大。
总体来说，碳纤维的内部结构是由纤维层次结构和碳化程度两个方面组成的。
碳纤维内部的结构和性能直接关系到其在不同领域的应用。
因此，为了更好地使用碳纤维，我们需要更深入地了解碳纤维的内部结构，以发挥其最优良的性能。