As características mais valiosas da fibra de carbono são resistência, rigidez e leveza. A fibra de carbono é feita de filamentos cristalinos muito finos de carbono em "reboques", que contêm milhares de filamentos individuais. Esses fios semelhantes a fios são entrelaçados em tecidos de vários tecidos. Quando camadas de tecido de fibra de carbono são unidas, formando uma placa ou folha de fibra de carbono, o laminado de fibra de carbono é extremamente forte. Então, quão forte é isso?
A força da fibra de carbono
A fibra de carbono é duas vezes mais rígida e cinco vezes mais resistente que o aço. Embora mais forte e rígida que o aço inoxidável, a fibra de carbono é mais leve, o que a torna um material de fabricação ideal.
Classificação da rigidez e resistência da fibra de carbono
O módulo de tração é definido como "a razão entre a tensão (força por unidade de área) ao longo de um eixo e a deformação (razão de deformação ao longo do comprimento inicial) ao longo desse eixo". Também conhecido como rigidez, o módulo de tração pode prever o alongamento ou compressão do material, desde que a tensão seja inferior à resistência à tração do material.
As fibras de carbono são classificadas com base no módulo de tração das fibras. A unidade de medida inglesa é libras de força por polegada quadrada de área de seção transversal, abreviada como psi (ou ksi para mil psi e MSI para milhões de psi). Existem cinco classificações de fibra de carbono: módulo baixo, módulo padrão, módulo intermediário, módulo alto e módulo ultra-alto.
| Classe de fibra de carbono | Módulo Baixo | Módulo Padrão | Módulo Intermediário | Módulo Alto | Módulo Ultra-Alto |
| Módulo de tração GPa | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| Módulo de tração MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
A rigidez e a resistência de uma folha ou placa laminada de epóxi de fibra de carbono são determinadas por:
As propriedades do material de fibra de carbono
O cronograma de disposição das fibras (orientação das fibras, tipo de trama e espessura das camadas laminadas)
A relação fibra/resina
Uma boa estimativa do módulo de tração para um cronograma de disposição balanceado e simétrico de 0/90 graus seria de 10 MSi (70 GPA). Uma boa estimativa da resistência à tração para a mesma disposição seria 87 KSI (600 MPA).
Em comparação, o aço tem um módulo de tração de cerca de 29 MSI (200 GPa) e uma resistência à tração de 61 KSI (420 MPA). O módulo de tração do alumínio é de cerca de 10 MSI (69 GPa) e a resistência à tração é de 40 KSI (276 MPA)
Como pode ser visto na tabela abaixo, o laminado de fibra de carbono tem a maior resistência à tração específica e a maior rigidez específica
| Material | Módulo de tração GPa | Resistência à tração MPa | Densidade g/cm3 | Resistência à tração específica Pa m3/kg |
Módulo de Tração Específico MPa·m3/kg |
| Alumínio | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| Aço | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| Laminado de fibra de carbono | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
As fibras de carbono de módulo ultra alto são aproximadamente 3 vezes mais rígidas que as de módulo padrão, mas não são tão fortes. Além disso, a fibra de carbono possui propriedades superiores de resistência à fadiga quando comparada ao aço e ao alumínio. Além disso, quando combinadas com resinas apropriadas, as fibras de carbono estão entre os materiais mais resistentes à corrosão do mercado.
