คุณลักษณะที่มีค่าที่สุดของคาร์บอนไฟเบอร์คือความแข็งแกร่ง ความแข็ง และน้ำหนักเบา คาร์บอนไฟเบอร์ทำจากเส้นใยคาร์บอนที่ละเอียดมากซึ่งอยู่ใน "สายพ่วง" ซึ่งประกอบด้วยเส้นใยแต่ละเส้นหลายพันเส้น เส้นที่มีลักษณะคล้ายเส้นด้ายเหล่านี้ถูกถักทอเข้าด้วยกันเป็นผ้าทอต่างๆ เมื่อชั้นของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันเป็นแผ่นหรือแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ ลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์จะมีความแข็งแรงอย่างมาก แล้วมันแข็งแกร่งขนาดไหนล่ะ?
ความแข็งแกร่งของคาร์บอนไฟเบอร์
คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งเป็นสองเท่าและแข็งแรงกว่าเหล็กถึงห้าเท่า แม้ว่าจะแข็งแรงและแข็งกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม แต่คาร์บอนไฟเบอร์ก็เบากว่า ซึ่งทำให้เป็นวัสดุการผลิตในอุดมคติ
การจำแนกประเภทความแข็งและความแข็งแรงของคาร์บอนไฟเบอร์
โมดูลัสแรงดึงถูกกำหนดให้เป็น "อัตราส่วนของความเค้น (แรงต่อหน่วยพื้นที่) ตามแนวแกนต่อความเครียด (อัตราส่วนของการเสียรูปต่อความยาวเริ่มต้น) ตามแนวแกนนั้น" หรือที่เรียกว่าความแข็ง โมดูลัสแรงดึงสามารถทำนายการยืดตัวหรือแรงอัดของวัสดุได้ตราบใดที่ความเค้นต่ำกว่าความต้านทานแรงดึงของวัสดุ
เส้นใยคาร์บอนจัดประเภทตามโมดูลัสแรงดึงของเส้นใย หน่วยวัดภาษาอังกฤษคือแรงปอนด์ต่อตารางนิ้วของพื้นที่หน้าตัด ย่อว่า psi (หรือ ksi สำหรับพันปอนด์ต่อตารางนิ้ว และ MSI สำหรับล้านปอนด์ต่อตารางนิ้ว) มีการจำแนกประเภทคาร์บอนไฟเบอร์ห้าประเภท: โมดูลัสต่ำ โมดูลัสมาตรฐาน โมดูลัสกลาง โมดูลัสสูง และโมดูลัสสูงพิเศษ
| ชั้นคาร์บอนไฟเบอร์ | โมดูลัสต่ำ | โมดูลัสมาตรฐาน | โมดูลัสระดับกลาง | โมดูลัสสูง | โมดูลัสสูงพิเศษ |
| โมดูลัสแรงดึง GPa | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| โมดูลัสแรงดึง MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
ความแข็งและความแข็งแรงของแผ่นหรือแผ่นอีพ็อกซี่คาร์บอนไฟเบอร์เคลือบถูกกำหนดโดย:
คุณสมบัติของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์
กำหนดการจัดเรียงของเส้นใย (การวางแนวของเส้นใย ประเภทลายทอ และความหนาของชั้นลามิเนต)
อัตราส่วนเส้นใย/เรซิน
ค่าประมาณที่ดีสำหรับโมดูลัสแรงดึงสำหรับกำหนดการเลย์อัพที่สมดุลและสมมาตร 0/90deg คือ 10 MSi (70 GPA) ค่าประมาณที่ดีสำหรับความต้านทานแรงดึงสำหรับชั้นเดียวกันคือ 87 KSI (600 MPA)
จากการเปรียบเทียบ เหล็กมีโมดูลัสแรงดึงประมาณ 29 MSI (200 GPa) และความต้านทานแรงดึงที่ 61 KSI (420 MPA ) โมดูลัสแรงดึงของอลูมิเนียมอยู่ที่ประมาณ 10 MSI (69 GPa) และความต้านทานแรงดึงอยู่ที่ 40 KSI (276 MPA)
ดังที่เห็นได้จากตารางด้านล่าง ลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์มีความต้านแรงดึงจำเพาะสูงสุดและมีความแข็งจำเพาะสูงสุด
| วัสดุ | โมดูลัสแรงดึง GPa | ความต้านแรงดึง MPa | ความหนาแน่น กรัม/ซม3 | ความต้านแรงดึงจำเพาะ ป้าม3/กก |
โมดูลัสแรงดึงจำเพาะ MPa ม3/กก |
| อลูมิเนียม | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| เหล็ก | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| ลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงพิเศษมีความแข็งกว่าโมดูลัสมาตรฐานประมาณ 3 เท่าแต่ไม่แข็งแรงเท่า นอกจากนี้ คาร์บอนไฟเบอร์ยังมีคุณสมบัติต้านทานความล้าที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับทั้งเหล็กและอะลูมิเนียม นอกจากนี้ เมื่อผสมกับเรซินที่เหมาะสม คาร์บอนไฟเบอร์ถือเป็นวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนได้มากที่สุดในตลาด
