Módulo y resistencia a la tracción de las fibras reforzadas para compuestos de fibra de carbono, fibra de vidrio y fibra de Kevlar

En la actualidad, hay tres tipos de fibras reforzadas comúnmente utilizadas en compuestos: fibra de carbono, fibra de vidrio y fibra aramida.  

Cuando se utiliza para el refuerzo compuesto, la fibra puede definir el estándar de rendimiento del material y ser responsable de la carga en el diseño de la estructura, mientras que la matriz de resina es responsable de la transferencia de la carga a la fibra. En resumen, la selección del tipo de fibra es una parte integral del proceso de diseño.

Para estos tres tipos de fibras de refuerzo, a menudo hay miles de propiedades que deben sopesarse al decidir qué materiales se utilizarán en un proyecto.  

Al seleccionar las fibras, deben tenerse en cuenta factores y características como el módulo de fibra, la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión, la resistencia, la rigidez, la conductividad eléctrica y la resistencia química / corrosiva.

Aunque hay miles de propiedades de los materiales disponibles, la selección de fibras adecuadas al principio del diseño del proyecto aliviará eficazmente los desafíos del proyecto y señalará las mejores materias primas. En general, las estructuras compuestas utilizan más de una fibra para satisfacer los requisitos de diseño necesarios para su uso final. Aunque hay innumerables características de fibra que pueden definir más el uso final de las piezas estructurales, las siguientes características avanzadas proporcionan características avanzadas para definir el propósito del diseño:

El módulo de fibra se refiere a la variación de la longitud de la fibra bajo carga adicional.  

Esta carga puede ser comprimida o estirada. El método de cálculo es dividir el estrés por la tensión. El módulo generalmente representa la rigidez del material. En una curva de esfuerzo / deformación dada, se llama la pendiente de una línea recta.

La mayoría de las fibras se clasifican por módulo, ya que ayuda a determinar la rigidez de los compuestos. En general, los compuestos que utilizan fibra de carbono, fibra de vidrio y aramida son frágiles. En comparación con más materiales plásticos o no frágiles, hay poca tensión en la fractura.

La resistencia a la tracción es la capacidad de un material para soportar la carga durante la tracción.  

Es la fuerza o carga máxima aplicada antes de la deformación permanente de la fibra. Como se muestra en la figura, la fibra de carbono tiene una ventaja en la relación fuerza - peso. Por ejemplo, la relación fuerza - peso de Dongli t800s es de hasta 3266, como se muestra en el cuadro siguiente. El valor más alto de todas las fibras reforzadas. Sin embargo, hay una diferencia significativa entre la fibra de vidrio s y la fibra de vidrio e.

La aramida es el material más ligero en términos de densidad. Como se muestra en la tabla anterior, la densidad de volumen de la fibra Kevlar es de sólo 1,44 G / CM ^ 3. Aunque Kevlar tiene la resistencia final más baja, supera la fibra de vidrio, pero es ligeramente inferior a la fibra de carbono en términos de relación fuerza - peso. Desde el punto de vista económico, si la resistencia máxima es el único criterio de diseño, se prefiere la fibra de vidrio e.