碳纤维具有轻质、高强度、高模量、耐化学腐蚀等优点

碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是高级复合材料的重要增强纤维，具有轻质、高强度、高模量、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点。

（1）轻质、高强度、高模量
碳纤维的密度为1.5～2.5g/cm3，这除与原丝结构有关外，主要取决于碳化处理的温度。一般经过3000 ℃高温石墨化处理，密度可达2.0g/cm3。碳纤维的密度相当于钢材（7.8g/cm3）的1/4、铝合金（2.72～2.82g/cm3）的1/2，钛合金（4.5g/cm3）的1/3。碳纤维拉伸强度为2～7 GPa，拉伸模量为200～700 GPa。碳纤维的抗拉强度一般都在1.2～1.9 N/tex以上，比钢材（0.35 N/tex）大4～5倍，比强度为钢材的10倍左右，高模量碳纤维抗拉强度比钢材大68倍左右。碳纤维的弹性模量在230 GPa以上，比钢材（200 GPa）大1.8～2.6倍。日本东丽的高强型T1000系列碳纤维，其模量为295 GPa，强度达7.05 GPa，而高强度高模量M55J型碳纤维，模量达540 GPa，强度为4.02 GPa。即便是制作成复合材料，也具有较高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。

（2）热膨胀系数小
绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400 ℃时为零，在小于1000 ℃时为1.5×10-6/K。碳纤维的热膨胀系数具有各向异性的特点，平行于纤维方向为负值，垂直于纤维方向为正值。由它制成的复合材料膨胀系数比较稳定，可作为标准衡器具。

（3）导热性好
通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁，其热导率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂。碳纤维的导热具有方向性，平行于纤维方向为16.74 W/（m·K）​；垂直于纤维方向为0.837W/（m·K）​。利用这一优点可作为太阳能集热器材料和传热均匀的导热壳体材料。

（4）导电性好
碳纤维的体电阻率除与测试长度及其电阻有关外，还与纤度和体密度有关。通常碳纤维的导电性较好，25 ℃时高模量碳纤维电阻率为7.75×10-2Ω·m，高强度碳纤维为1.5×10-1Ω·m。碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值，因此当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生电化学腐蚀。

（5）耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。它可以制成各种各样的化学防腐制品。

（6）耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成的高级摩擦材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。

（7）耐高低温性能好
碳纤维耐高温和低温性都较好，在3000 ℃非氧化环境下不熔化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，不脆化；在600 ℃高温下其性能保持不变，在-180 ℃低温下仍很柔韧。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300 ℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配，因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。

（8）疲劳强度高
碳纤维的结构稳定，制成的复合材料经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%～25%，因此对于设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。

（9）加工性能好
碳纤维的可加工性能较好，由于碳纤维及其织物质轻又可折可弯，可适应不同的构件形状，成型较方便，可根据受力需要粘贴若干层，而且施工时不需要大型设备，也不需要采用临时固定，而且对原结构又无损伤。

（10）其他性质
碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400 ℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。其在强酸作用下发生氧化，碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值，当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。碳纤维具有突出的阻尼性能与优良的透声呐性能，可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声呐导流罩。碳纤维高X射线透射率的特点已经在医疗器材中得到应用。