עד כמה חזק סיבי פחמן?

המאפיינים החשובים ביותר של סיבי פחמן הם החוזק, הקשיחות והקלות שלו. סיבי פחמן עשויים מחוטים גבישיים עדינים מאוד של פחמן ב"גררים", המכילים אלפי חוטים בודדים. גדילים דמויי חוט אלו שזורים יחדיו לבד מארוגים שונים. כאשר שכבות של בד סיבי פחמן מחוברות זו לזו, לצלחת או יריעה של סיבי פחמן, סיבי הפחמן לרבד חזק במיוחד. אז כמה זה חזק?

החוזק של סיבי פחמן

סיבי פחמן קשיחים פי 5 ויותר מפלדה. למרות שהם חזקים ונוקשים יותר מפלדת אל חלד, סיבי פחמן קלים יותר, מה שהופך אותו לחומר ייצור אידיאלי.

סיווג קשיחות וחוזק של סיבי פחמן

מודול מתיחה מוגדר כ"יחס המתח (כוח ליחידת שטח) לאורך ציר למתח (יחס דפורמציה לאורך התחלתי) לאורך ציר זה." הידוע גם בשם קשיחות, מודול מתיחה יכול לחזות את התארכות או דחיסה של החומר כל עוד המתח נמוך מחוזק המתיחה של החומר.

סיבי פחמן מסווגים על סמך מודול המתיחה של הסיבים. יחידת המידה האנגלית היא פאונד של כוח לאינץ' רבוע של שטח חתך רוחב, בקיצור psi (או ksi עבור אלף psi ו-MSI עבור מיליון psi). ישנם חמישה סיווגים של סיבי פחמן: מודולוס נמוך, מודול סטנדרטי, מודול ביניים, מודולוס גבוה ומודולוס גבוה במיוחד.

הקשיחות והחוזק של יריעת אפוקסי מסיבי פחמן למינציה נקבעים על ידי:

תכונות החומר של סיבי פחמן

לוח הזמנים של הנחת הסיבים (כיוון סיבים, סוג האריגה ועובי שכבות למינציה)

יחס הסיבים/שרף

הערכה טובה עבור מודול מתיחה עבור לוח זמנים מאוזן, סימטרי, 0/90 מעלות יהיה 10 MSi (70 GPA). הערכה טובה לחוזק מתיחה עבור אותו הנחת יהיה 87 KSI (600 MPA).

לשם השוואה, לפלדה יש ​​מודול מתיחה של כ-29 MSI (200 GPa) וחוזק מתיחה של 61 KSI (420 MPA). מודול המתיחה של אלומיניום הוא כ-10 MSI (69 GPa) וחוזק המתיחה הוא 40 KSI (276 MPA)

כפי שניתן לראות מהטבלה למטה לרבד סיבי פחמן יש את חוזק המתיחה הספציפי הגבוה ביותר ואת הקשיחות הספציפית הגבוהה ביותר

סיבי פחמן עם מודול גבוה במיוחד הם קשיחים פי 3 מהמודלוס הסטנדרטי אך אינם חזקים כל כך. בנוסף, לסיבי פחמן יש תכונות עמידות עייפות מעולות בהשוואה לפלדה וגם לאלומיניום. כמו כן, בשילוב עם שרפים מתאימים, סיבי פחמן הם בין החומרים העמידים ביותר בפני קורוזיה בשוק.