Najcennejšími vlastnosťami uhlíkových vlákien sú ich pevnosť, tuhosť a nízka hmotnosť. Uhlíkové vlákno je vyrobené z veľmi jemných, kryštalických filamentov uhlíka v „kúdelí“, ktoré obsahujú tisíce jednotlivých filamentov. Tieto vlákna podobné priadzi sú spolu tkané do látok rôznych väzieb. Keď sú vrstvy látky z uhlíkových vlákien spojené dohromady do dosky alebo fólie z uhlíkových vlákien, laminát z uhlíkových vlákien je mimoriadne pevný. Aký je teda silný?
Sila uhlíkových vlákien
Uhlíkové vlákno je dvakrát tuhšie a päťkrát pevnejšie ako oceľ. Zatiaľ čo je uhlíkové vlákno pevnejšie a tuhšie ako nehrdzavejúca oceľ, je ľahšie, čo z neho robí ideálny výrobný materiál.
Klasifikácia tuhosti a pevnosti uhlíkových vlákien
Modul v ťahu je definovaný ako "pomer napätia (sila na jednotku plochy) pozdĺž osi k deformácii (pomer deformácie k počiatočnej dĺžke) pozdĺž tejto osi." Tiež známy ako tuhosť, modul v ťahu môže predpovedať predĺženie alebo stlačenie materiálu, pokiaľ je napätie nižšie ako pevnosť v ťahu materiálu.
Uhlíkové vlákna sú klasifikované na základe modulu pružnosti v ťahu vlákien. Anglickou mernou jednotkou sú libry sily na štvorcový palec plochy prierezu, skrátene psi (alebo ksi pre tisíc psi a MSI pre milióny psi). Existuje päť klasifikácií uhlíkových vlákien: nízky modul, štandardný modul, stredný modul, vysoký modul a ultravysoký modul.
| Trieda uhlíkových vlákien | Nízky modul | Štandardný modul | Stredný modul | Vysoký modul | Ultravysoký modul |
| Modul ťahu GPa | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| Modul ťahu MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
Tuhosť a pevnosť laminovanej epoxidovej dosky alebo dosky z uhlíkových vlákien sú určené:
Vlastnosti materiálu z uhlíkových vlákien
Plán rozloženia vlákien (orientácia vlákna, typ väzby a hrúbka laminátových vrstiev)
Pomer vlákno/živica
Dobrý odhad pre modul v ťahu pre vyvážený, symetrický, 0/90 stupňový rozvrh rozloženia by bol 10 MSi (70 GPA). Dobrý odhad pevnosti v ťahu pre rovnaké uloženie by bol 87 KSI (600 MPA).
Na porovnanie, oceľ má modul v ťahu okolo 29 MSI (200 GPa) a pevnosť v ťahu 61 KSI (420 MPA). Modul v ťahu hliníka je asi 10 MSI (69 GPa) a pevnosť v ťahu je 40 KSI (276 MPA)
Ako je možné vidieť z tabuľky nižšie, laminát z uhlíkových vlákien má najvyššiu špecifickú pevnosť v ťahu a najvyššiu špecifickú tuhosť
| Materiál | Modul ťahu GPa | Pevnosť v ťahu MPa | Hustota g/cm3 | Špecifická pevnosť v ťahu Pa m3/kg |
Špecifický modul ťahu MPa m3/kg |
| hliník | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| Oceľ | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| Laminát z uhlíkových vlákien | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
Uhlíkové vlákna s ultra vysokým modulom sú približne 3-krát tuhšie ako štandardné, ale nie sú také pevné. Okrem toho má uhlíkové vlákno vynikajúcu odolnosť proti únave v porovnaní s oceľou a hliníkom. V kombinácii s vhodnými živicami patria uhlíkové vlákna medzi materiály s najvyššou odolnosťou voči korózii na trhu.
