با ارزش ترین ویژگی فیبر کربن استحکام، سفتی و سبکی آن است. فیبر کربن از رشتههای بسیار ریز و کریستالی کربن در «بکسل» ساخته شده است که حاوی هزاران رشته جداگانه است. این رشته های نخ مانند با هم به صورت پارچه های بافته های مختلف بافته می شوند. هنگامی که لایههای پارچه فیبر کربن به یکدیگر متصل میشوند، به یک صفحه یا ورق فیبر کربنی متصل میشوند، لمینت فیبر کربن بسیار قوی است. پس چقدر قوی است؟
قدرت فیبر کربن
فیبر کربن دو برابر سفت تر و پنج برابر قوی تر از فولاد است. فیبر کربن در حالی که قوی تر و سفت تر از فولاد ضد زنگ است، سبک تر است، که آن را به یک ماده تولید ایده آل تبدیل می کند.
طبقه بندی سفتی و استحکام فیبر کربن
مدول کششی به عنوان "نسبت تنش (نیرو در واحد سطح) در امتداد یک محور به کرنش (نسبت تغییر شکل در طول اولیه) در امتداد آن محور تعریف می شود. مدول کششی که به عنوان سفتی نیز شناخته میشود، میتواند ازدیاد طول یا فشردگی مواد را تا زمانی که تنش کمتر از استحکام کششی ماده باشد، پیشبینی کند.
الیاف کربن بر اساس مدول کششی الیاف طبقه بندی می شوند. واحد اندازه گیری انگلیسی پوند نیرو در هر اینچ مربع سطح مقطع است که به اختصار psi (یا ksi برای هزار psi و MSI برای میلیون psi) خوانده می شود. پنج طبقه بندی فیبر کربن وجود دارد: مدول کم، مدول استاندارد، مدول متوسط، مدول بالا و مدول فوق العاده بالا.
| کلاس فیبر کربن | مدول پایین | مدول استاندارد | مدول متوسط | مدول بالا | مدول فوق العاده بالا |
| مدول کششی GPa | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| مدول کششی MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
سفتی و استحکام ورق یا صفحه اپوکسی فیبر کربن چند لایه با موارد زیر تعیین می شود:
خواص مواد فیبر کربن
برنامه چیدمان الیاف (جهت الیاف، نوع بافت و ضخامت لایه های لمینت)
نسبت فیبر به رزین
یک تخمین خوب برای مدول کشش برای یک برنامه چیدمان متعادل، متقارن، 0/90 درجه، 10 MSi (70 GPA) خواهد بود. یک تخمین خوب برای استحکام کششی برای همان layup 87 KSI (600 MPA) خواهد بود.
در مقایسه، فولاد دارای مدول کششی حدود 29 MSI (200 GPa) و استحکام کششی 61 KSI (420 MPA) است. مدول کششی آلومینیوم حدود 10 MSI (69 GPa) و استحکام کششی 40 KSI (276 MPA) است.
همانطور که از جدول زیر مشاهده می شود لمینت فیبر کربن دارای بالاترین استحکام کششی خاص و بالاترین سختی ویژه است.
| مواد | مدول کششی GPa | مقاومت کششی MPa | چگالی g/cm3 | مقاومت کششی خاص پا م3/ کیلوگرم |
مدول کششی خاص MPa m3/ کیلوگرم |
| آلومینیوم | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| فولاد | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| لمینت فیبر کربن | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
الیاف کربن با مدول فوق العاده بالا تقریباً 3 برابر سفت تر از مدول استاندارد هستند اما آنقدر قوی نیستند. علاوه بر این، فیبر کربن در مقایسه با فولاد و آلومینیوم دارای خواص مقاومت در برابر خستگی برتر است. همچنین در صورت ترکیب با رزین های مناسب، الیاف کربن از مقاوم ترین مواد موجود در بازار در برابر خوردگی هستند.
