Найціннішими характеристиками вуглецевого волокна є його міцність, жорсткість і легкість. Вуглецеве волокно складається з дуже тонких кристалічних ниток вуглецю в «жгутах», які містять тисячі окремих ниток. Ці нитки, схожі на пряжу, сплітаються разом у тканину різного переплетення. Коли шари тканини з вуглецевого волокна скріплюються разом у пластину або лист із вуглецевого волокна, ламінат із вуглецевого волокна стає надзвичайно міцним. Тож наскільки він сильний?
Міцність вуглецевого волокна
Вуглецеве волокно вдвічі жорсткіше і в п’ять разів міцніше сталі. Хоча вуглецеве волокно міцніше й жорсткіше за нержавіючу сталь, воно легше, що робить його ідеальним виробничим матеріалом.
Класифікація жорсткості та міцності вуглецевого волокна
Модуль міцності на розтяг визначається як «відношення напруги (сили на одиницю площі) уздовж осі до деформації (відношення деформації до початкової довжини) уздовж цієї осі». Також відомий як жорсткість, модуль розтягування може передбачити подовження або стиснення матеріалу, якщо напруга нижча за межу міцності на розрив матеріалу.
Вуглецеві волокна класифікуються на основі модуля розтягування волокон. Англійською одиницею вимірювання є фунти сили на квадратний дюйм площі поперечного перерізу, скорочено psi (або ksi для тисяч фунтів на квадратний дюйм і MSI для мільйонів фунтів на квадратний дюйм). Існує п’ять класів вуглецевого волокна: низькомодульний, стандартний модуль, проміжний модуль, високомодульний і надвисокомодульний.
| Клас вуглецевого волокна | Низький модуль | Стандартний модуль | Проміжний модуль | Високий модуль | Надвисокий модуль |
| Модуль міцності на розтяг ГПа | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| Модуль міцності на розтяг MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
Жорсткість і міцність ламінованого епоксидного листа або пластини з вуглецевого волокна визначаються:
Властивості матеріалу з вуглецевого волокна
Графік укладання волокон (орієнтація волокон, тип переплетення та товщина шарів ламінату)
Співвідношення волокно/смола
Хорошою оцінкою модуля міцності для збалансованого, симетричного 0/90deg графіка простою буде 10 MSi (70 GPA). Хороша оцінка міцності на розрив для тієї самої розкладки становитиме 87 KSI (600 MPA).
Для порівняння, сталь має модуль розтягування близько 29 MSI (200 ГПа) і міцність на розрив 61 KSI (420 МПа). Модуль міцності алюмінію становить близько 10 MSI (69 ГПа), а міцність на розрив становить 40 KSI (276 МПа).
Як видно з таблиці нижче, ламінат з вуглецевого волокна має найвищу питому міцність на розрив і найвищу питому жорсткість
| матеріал | Модуль міцності на розтяг ГПа | Міцність на розрив МПа | Щільність г/см3 | Питома міцність на розрив Pa m3/кг |
Питомий модуль міцності на розтяг МПа м3/кг |
| Алюміній | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| сталь | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| Ламінат з вуглецевого волокна | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
Надвисокомодульні вуглецеві волокна приблизно в 3 рази жорсткіші за стандартний модуль, але не такі міцні. Крім того, вуглецеве волокно має кращі властивості стійкості до втоми порівняно як зі сталлю, так і з алюмінієм. Крім того, у поєднанні з відповідними смолами вуглецеві волокна є одними з найбільш стійких до корозії матеріалів на ринку.
