Le caratteristiche più preziose della fibra di carbonio sono la sua resistenza, rigidità e leggerezza. La fibra di carbonio è costituita da filamenti di carbonio molto fini e cristallini in "traini", che contengono migliaia di singoli filamenti. Questi fili simili a filati sono intrecciati insieme in tessuti di varie trame. Quando gli strati di tessuto in fibra di carbonio vengono uniti insieme, in una piastra o foglio in fibra di carbonio, il laminato in fibra di carbonio è estremamente resistente. Quindi quanto è forte?
La forza della fibra di carbonio
La fibra di carbonio è due volte più rigida e cinque volte più resistente dell’acciaio. Sebbene sia più resistente e rigida dell’acciaio inossidabile, la fibra di carbonio è più leggera, il che la rende un materiale di produzione ideale.
Classificazione della rigidità e della resistenza della fibra di carbonio
Il modulo di trazione è definito come "il rapporto tra lo stress (forza per unità di area) lungo un asse e la deformazione (rapporto tra deformazione e lunghezza iniziale) lungo quell'asse". Conosciuto anche come rigidità, il modulo di trazione può prevedere l'allungamento o la compressione del materiale purché lo stress sia inferiore alla resistenza alla trazione del materiale.
Le fibre di carbonio sono classificate in base al modulo di trazione delle fibre. L'unità di misura inglese è libbre di forza per pollice quadrato di area della sezione trasversale, abbreviata in psi (o ksi per mille psi e MSI per milioni di psi). Esistono cinque classificazioni della fibra di carbonio: modulo basso, modulo standard, modulo intermedio, modulo alto e modulo ultraalto.
| Classe fibra di carbonio | Modulo basso | Modulo standard | Modulo intermedio | Alto modulo | Modulo ultraelevato |
| Modulo di trazione GPa | <227 | 227 | 289 | 393 | 758 |
| Modulo di trazione MSI | <33 | 33 | 42 | 57 | 110 |
La rigidità e la resistenza di un foglio o piastra epossidica laminata in fibra di carbonio sono determinate da:
Le proprietà del materiale in fibra di carbonio
Il programma di stratificazione delle fibre (orientamento delle fibre, tipo di trama e spessore degli strati laminati)
Il rapporto fibra/resina
Una buona stima del modulo di trazione per un programma di layup bilanciato e simmetrico di 0/90° sarebbe 10 MSi (70 GPA). Una buona stima della resistenza alla trazione per lo stesso layup sarebbe 87 KSI (600 MPA).
In confronto, l'acciaio ha un modulo di trazione di circa 29 MSI (200 GPa) e una resistenza alla trazione di 61 KSI (420 MPA). Il modulo di trazione dell'alluminio è di circa 10 MSI (69 GPa) e la resistenza alla trazione è di 40 KSI (276 MPA)
Come si può vedere dalla tabella sottostante, il laminato in fibra di carbonio ha la più alta resistenza alla trazione specifica e la più alta rigidità specifica
| Materiale | Modulo di trazione GPa | Resistenza alla trazione MPa | Densità g/cm3 | Resistenza alla trazione specifica Papà m3/kg |
Modulo di trazione specifico MPa m3/kg |
| Alluminio | 69 | 276 | 2.7 | 102 | 25.5 |
| Acciaio | 200 | 420 | 7.9 | 53 | 25.3 |
| Laminato in fibra di carbonio | 70 | 600 | 1.5 | 400 | 46.7 |
Le fibre di carbonio a modulo ultra alto sono circa 3 volte più rigide del modulo standard ma non sono così resistenti. Inoltre, la fibra di carbonio ha proprietà di resistenza alla fatica superiori rispetto sia all’acciaio che all’alluminio. Inoltre, se combinate con resine appropriate, le fibre di carbonio sono tra i materiali più resistenti alla corrosione sul mercato.
