碳纤维是一种碳元素质量分数超过90%的纤维材料，是以有机纤维聚丙烯腈（PAN）纤维、黏胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、炭化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成的，其构成是一种有择优取向的石墨微结晶，因此，碳纤维复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、抗腐蚀、耐摩擦、耐疲劳、抗蠕变、热导率高、热膨胀系数小等优良性能，所以被广泛应用于汽车工业。用量比较大的有碳纤维刹车片、碳纤维非织造布复合增强材料保险杠、车身、仪表板、方向盘、板簧、发动机壳、缸盖、活塞、连杆、其他各种零部件等。
由于碳在各种溶剂中不溶解，在高温条件下不熔化，因此，碳纤维不能按一般合成纤维生产工艺方法熔融纺丝或溶液纺丝而制成，必须通过高分子有机纤维的固相炭化而制成。就碳纤维本身而言，它属于一种脆性材料，断裂伸长小，单独使用时无法阻止裂纹的扩展，在弯曲时极容易被破坏，因此，一般都要用模量较低的基体材料，采用复合工艺将其牢固地粘结在一起，才能利用其优异的力学性能来更好地承载负荷，这样在外力的作用下，由于基体较好的延展性和切变，使施加的负荷能够均匀地传递并分配到碳纤维上，即便是某些纤维断裂也不至于影响材料整体强度，因此，碳纤维一般都加工成复合增强材料。
根据使用的目的不同，碳纤维复合基体材料有树脂、碳、金属及各种无机陶瓷。由于复合基体材料的不同，碳纤维复合增强材料又分为碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）、碳纤维增强炭基复合材料（C/C）、碳纤维增强金属基复合材料（CFRM）、碳纤维增强陶瓷基复合材料（CFRC）和碳纤维增强橡胶复合材料（CFRR）等。目前在汽车工业中应用量最大的是树脂基复合材料，也称作增强塑料。
碳纤维增强树脂复合材料，根据所用树脂类型不同又分为碳纤维热固性树脂复合材料（CFRP）和碳纤维热塑性树脂复合材料（CFRTP），前者主要应用其比高强、比弹性模量好，后者应用其轻量化、耐热性、导电性，其中应用较多的是CFRP，在CFRP中又以碳纤维增强环氧树脂复合材料的应用量最大，CFRP碳纤维增强复合材料的密度是钢的1/5，比铝合金还要轻；比强度是金属材料的4～6倍，比模量是钢、铝、钛合金的3～5倍，具体技术性能对比结果见表8-7。
表8-7 碳纤维增强树脂复合材料与同类产品对比结果(www.xing528.com)
聚丙烯腈基碳纤维，由于其生产工艺较其他方法简单，所以应用量最多。聚丙烯腈氧化丝（PANOX）是在用聚丙烯腈纤维制造碳纤维过程中的中间产品，该种纤维一般炭化比例大于50%，具有良好的耐高温性能，在350℃条件下，可以连续使用，在900℃特高温条件下，也能燃烧5min以上，而且绝热性能好、隔热效果好、导热系数小、耐酸碱、容易加工。预计未来如果使用碳纤维增强材料，代替金属材料加工汽车底盘、车身，汽车的重量可以减轻40%～60%，只有钢结构材料的1/3～1/6；与玻璃钢汽车相比，也能够减轻20%～25%；碳纤维复合增强材料的强度、弹性模量是玻璃钢的3～4倍，换句话说，将来汽车重量有望减轻一半，既降低了能耗，又减少了尾气排放量，还提高了车速，也提高了汽车的性价比，汽车工业几种常用碳纤维材料的物理性能见表8-8。
表8-8 几种常用碳纤维材料的物理性能
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