Mô đun và độ bền kéo của sợi gia cố sợi carbon, sợi thủy tinh và sợi tổng hợp Kevlar

Hiện nay, như sợi gia cố thường được sử dụng cho vật liệu composite, thường có ba loại: sợi carbon, sợi thủy tinh và sợi aramid.  

Khi được sử dụng để tăng cường tổng hợp, sợi có thể xác định các tiêu chuẩn hiệu suất của vật liệu và đóng vai trò chịu lực trong thiết kế của cấu trúc, trong khi ma trận nhựa chịu trách nhiệm chính về việc truyền tải cho sợi. Tóm lại, lựa chọn loại sợi là một phần không thể thiếu hoặc không thể thiếu trong quá trình thiết kế.

Đối với ba loại sợi gia cố được mô tả ở trên, hàng ngàn tính chất thường cần được cân nhắc khi quyết định loại vật liệu nào sẽ được sử dụng cho một dự án nhất định.  

Khi chọn sợi, các yếu tố và tính năng như mô đun sợi, độ bền kéo, cường độ nén, độ dẻo dai, độ cứng, độ dẫn và hóa học/ăn mòn nên được xem xét

Mặc dù có hàng ngàn đặc tính vật liệu để lựa chọn, việc lựa chọn sợi phù hợp khi bắt đầu thiết kế dự án sẽ giảm bớt hiệu quả những thách thức của toàn bộ dự án và chỉ ra nguyên liệu tốt nhất. Nói chung, các cấu trúc composite sử dụng nhiều loại sợi để đáp ứng các yêu cầu thiết kế cần thiết cho việc sử dụng cuối cùng. Mặc dù có vô số tính chất sợi có thể xác định thêm mục đích sử dụng cuối cùng của các thành phần cấu trúc, các tính năng nâng cao sau đây cung cấp các tính năng nâng cao để xác định mục đích thiết kế:

Mô đun sợi đề cập đến sự thay đổi chiều dài mà sợi trải qua khi chịu tải trọng tăng lên.  

Tải này có thể là tải nén hoặc tải kéo. Nó được tính bằng cách chia căng thẳng cho căng thẳng. Modulus thường chỉ ra độ cứng của vật liệu. Trên một đường cong căng thẳng/căng thẳng nhất định, nó được gọi là độ dốc của một đường thẳng.

Hầu hết các sợi được phân loại theo mô đun vì nó giúp xác định độ cứng của vật liệu composite. Nói chung, các vật liệu composite sử dụng sợi carbon, sợi thủy tinh và Kevlar đều được phân loại là dễ vỡ. Có rất ít hoặc không có độ căng khi gãy so với nhiều vật liệu nhựa hoặc không giòn.

Độ bền kéo đề cập đến khả năng chịu tải của vật liệu trong khi kéo dài.  

Đây là lực hoặc tải trọng tối đa được áp dụng trước khi sợi bị biến dạng vĩnh viễn. Như bạn có thể thấy, sợi carbon có lợi thế về sức mạnh và tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng. Ví dụ, Toray T800S có tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng lên đến 3266 như được hiển thị trong bảng. Giá trị cao nhất của tất cả các sợi gia cố. Tuy nhiên, có một sự khác biệt đáng kể giữa S-sợi thủy tinh và E-sợi thủy tinh.

Kevlar là vật liệu nhẹ nhất về mật độ. Như đã thấy trong bảng trên, mật độ khối lượng lớn của sợi Kevlar chỉ là 1,44g/cm3. Mặc dù Kevlar có độ bền tối thiểu, nó vượt qua sợi thủy tinh về tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng, nhưng thấp hơn một chút so với sợi carbon. Từ quan điểm kinh tế, nếu sức mạnh giới hạn là tiêu chuẩn thiết kế duy nhất, thì E-sợi thủy tinh là lựa chọn hàng đầu.