Modulová a pevnost v tahu výztužných vláken pro kompozitní materiály uhlíkových, skleněných a kevlarových vláken

V současné době, jako běžné výztužné vlákno pro kompozitní materiály, existují obvykle tři typy: uhlíková vlákna, skleněná vlákna a kevlarová (aramidová) vlákna.  

Při použití pro kompozitní výztuž může vlákno definovat výkonnostní standard materiálu a je zodpovědné za nosnou roli při návrhu konstrukce, zatímco matrice pryskyřice je hlavně zodpovědná za přenos zatížení na vlákno. Stručně řečeno, volba typu vlákna je nedílnou součástí procesu návrhu.

U výše uvedených tří typů výztužných vláken existují často tisíce vlastností, které je třeba zvážit při rozhodování, který materiál použít pro daný projekt.  

Při výběru vlákna jsou faktory a vlastnosti, jako je modul vlákna, pevnost v tahu, pevnost v tlaku, houževnatost, tuhost, elektrická vodivost a chemická/korozní chemie

Přestože existují tisíce vlastností materiálu, ze kterých si můžete vybrat, výběr správného vlákna na začátku návrhu projektu efektivně zmírňuje problémy v průběhu projektu a ukáže na ty nejlepší suroviny. Obecně platí, že kompozitní konstrukce používají více než jeden typ vláken, aby splnily návrhové požadavky požadované pro konečné použití. Ačkoli existuje nespočet vlastností vláken, které mohou dále definovat konečné použití konstrukční části, následující pokročilé funkce poskytují pokročilé funkce pro definování účelů návrhu:

Vláknový modul odkazuje na změnu délky, kterou vlákno při vystavení zvýšenému zatížení zaznamenává.  

Toto zatížení může být tlakové nebo tahové. Metoda výpočtu je napětí děleno napětím napětím. Modul obvykle ukazuje tuhost materiálu. Na dané křivce napětí/napětí se nazývá sklon přímé linie.

Většina vláken je klasifikována podle modulu, protože pomáhá určit tuhost kompozitního materiálu. Obecně platí, že kompozitní materiály používající uhlíková vlákna, skleněná vlákna a Kevlar jsou klasifikovány jako křehké materiály. Ve srovnání s více plastovými materiály nebo nekřehkými materiály není téměř žádné protažení při zlomení.

Pevnost v tahu je schopnost materiálu odolat zatížení při natažení.  

Jedná se o maximální sílu nebo zatížení působené před trvalým deformováním vlákna. Jak je ukázáno na obrázku, uhlíková vlákna má výhody v pevnosti a poměru pevnosti k hmotnosti. Například poměr pevnosti k hmotnosti Toray T800S je vysoký až 3266, který je uveden v tabulce. Nejvyšší hodnota ze všech výztužných vláken. Existuje však významný rozdíl mezi S-skleněnými vlákny a E-skleněnými vlákny.

Z hlediska hustoty je Kevlar nejlehčí materiál. Jak je uvedeno v tabulce výše, objemová hustota kevlarových vláken je pouze 1,44g/cm^3. Přestože Kevlar má nejnižší konečnou pevnost, pokud jde o poměr pevnosti k hmotnosti, překračuje poměr skleněných vláken, ale je o něco nižší než uhlíková vlákna. Z ekonomického hlediska je-li konečná pevnost jediným konstrukčním kritériem, pak je E-skleněné vlákno první volbou.