Vahvistuskuitujen moduli- ja vetolujuus hiilikuitujen, lasikuitujen ja kevlarikuitujen komposiittimateriaaleille

Tällä hetkellä komposiittimateriaalien yleisenä vahvistuskuituna on yleensä kolmea tyyppiä: hiilikuitu, lasikuitu ja Kevlar (aramidi) -kuitu.  

Komposiittivahvistukseen käytettynä kuitu voi määrittää materiaalin suorituskykystandardin ja on vastuussa kantavasta roolista rakenteen suunnittelussa, kun taas hartsimatriisi on pääasiassa vastuussa kuorman siirtämisestä kuituun. Lyhyesti sanottuna kuitutyypin valinta on olennainen osa suunnitteluprosessia.

Edellä mainituille kolmelle teräskuitutyypille on usein tuhansia ominaisuuksia, jotka on punnittava päätettäessä, mitä materiaalia käytetään tiettyyn projektiin.  

Valittaessa kuitua, tekijöitä ja ominaisuuksia, kuten kuitumoduuli, vetolujuus, puristuslujuus, sitkeys, jäykkyys, sähkönjohtavuus ja kemiallinen / korroosio

Vaikka materiaaliominaisuuksia on tuhansia, oikean kuidun valitseminen projektin alussa helpottaa tehokkaasti projektin haasteita ja osoittaa parhaat raaka-aineet. Yleensä komposiittirakenteet käyttävät useampaa kuin yhtä kuitutyyppiä täyttääkseen lopullisen käytön edellyttämät suunnitteluvaatimukset. Vaikka on lukemattomia kuituominaisuuksia, jotka voivat määritellä rakenneosan loppukäytön tarkemmin, seuraavat kehittyneet ominaisuudet tarjoavat kehittyneitä ominaisuuksia suunnittelutarkoituksiin:

Kuitumoduulilla tarkoitetaan pituuden muutosta, jota kuitu kokee altistuessaan lisääntyneelle kuormitukselle.  

Tämä kuorma voi olla puristus- tai vetovoima. Laskentamenetelmänä käytetään jännitystä jaettuna jännityksellä. Moduuli osoittaa yleensä materiaalin jäykkyyden. Tietyllä jännitys-/venymäkäyrällä sitä kutsutaan suoran viivan kaltevuudeksi.

Useimmat kuidut luokitellaan moduulin mukaan, koska se auttaa määrittämään komposiittimateriaalin jäykkyyttä. Yleensä hiilikuitua, lasikuitua ja kevlaria käyttävät komposiittimateriaalit luokitellaan hauraiksi materiaaleiksi. Verrattuna enemmän muovimateriaaleja tai hauraattomia materiaaleja, ei ole lähes mitään venytystä katkossa.

Vetolujuus on materiaalin kyky kestää kuormituksia venytettäessä.  

Se on suurin voima tai kuorma, jota sovelletaan ennen kuin kuitu on pysyvästi muodonmuutos. Kuten kuvassa näkyy, hiilikuidulla on etuja lujuuden ja lujuuden ja painon suhteen suhteen. Esimerkiksi Toray T800S:n lujuussuhde painoon on jopa 3266, mikä on lueteltu taulukossa. Vahvistuskuiduista korkein arvo. S-lasikuitujen ja E-lasikuitujen välillä on kuitenkin merkittävä ero.

Tiiveyden kannalta Kevlar on kevyin materiaali. Kuten yllä olevasta taulukosta näkyy, Kevlar-kuitujen irtotiheys on vain 1,44g / cm^3. Vaikka Kevlarilla on alin lopullinen lujuus lujuuden ja painon suhteen suhteen, se ylittää lasikuidun, mutta on hieman pienempi kuin hiilikuitu. Taloudellisesta näkökulmasta, jos lopullinen lujuus on ainoa suunnittelukriteeri, E-lasikuitu on ensimmäinen valinta.