La fibre de carbone est une forme de graphite dans laquelle les feuilles,formées de plans d'atomes de carbone liés en cycles hexagonaux, sont longues et fines. On peut les imaginer comme des rubans de graphite. Des paquets de ces rubans s'assemblent pour former des fibres, d'où le nom "fibres de carbone".

Une fibre de carbone est préparée à partir de fibres de polymères organiques.
Ces polymères s'allongent et forment des fils parallèles devenant ainsi les axes de fibres. Ces polymères sont le plus souvent des polyacrylonitriles.

Les polymères sont ensuite chauffés à haute température (environ 1500°C) sous atmosphère inerte et subissent une pyrolyse qui les transforme en fibres de carbone. Si pendant le traitement la température dépasse 2500 degrés Celsius, la fibre de carbone formera du graphite.

Une fibre polymère est un polymère dont les chaînes sont allongées en lignes droites (ou à peu près droites) et sont rangées les unes à côté des autres, toutes suivant le même axe. Il est important de souligner que les fibres sont toujours faites de polymères cristallins. Les chaînes doivent en effet être capables de s'arranger de façon régulière afin de s'aligner sous forme de fibres. La formation de liaisons hydrogène entre deux chaînes de polymères leur permet de se fixer les unes aux autres. C'est ce qui se passe dans le Kevlar.

Kevlar

Malgré sa finesse, la fibre de carbone est un matériau très résistant et il faut lui appliquer une grande force pour la rompre. Elle est très rigide mais peut s'étirer ou se comprimer.

Ces fibres ne sont pas utilisées telles quelles. On les utilise pour renforcer des matériaux comme les résines époxy et d'autres polymères thermodurcissables de manière à obtenir des matériaux appelés matériaux composites.

Les composites renforcés par des fibres de carbone sont trés résistants par rapport à leur poids. Ils sont souvent plus résistants que l'acier, mais plus légers. De ce fait, ils peuvent remplacer les métaux dans beaucoup d'applications, par exemple des parties d'avions ou de navette spatiale, ou entrer dans la fabrication de raquettes de tennis, de clubs de golf ou de parties de bateaux.