Вуглецеве волокно – це довгий, тонкий матеріал близько 0,0002-0,0004 дюйма (0.005-0.010 мм) в діаметрі, що складається в основному з атомів вуглецю. В свою чергу атоми вуглецю з’єднані між собою в нанорозмірні кристали, які в більшості своїй з’єднані паралельно довгій осі волокна.
Сильні зв’язки між кристалами робить волокно неймовірно міцним по всій довжині. Кілька тисяч перекручених між собою вуглецевих волокон формують пряжу, яка може бути використана сама по собі або сплетена в тканину. Пряжа або або вуглецева тканина комбінується зі смолою і намотується або укладається в форму для формування різних композиційних виробів.
Вуглецева тканина класифікується за модулем пружності при розтягуванні волокна. Англійська міра вимірювання – фунти сили на квадратний дюйм поперечного перерізу або псі. Вуглецеві волокна класифікуються, як «низькомодульні», у яких пружність при розтягуванні дорівнює 34,8 мільйонів псі (240 мільйонів кПа). Інші класифікації по зростанню пружності натягу включають: “стандартно модульні,” “проміжно модульні,” “високомодульні,” і “ультра модульні”. Ультра модульні вуглецеві волокна володіють модулем пружності при розтягуванні 72,5-145,00 мільйонів псі (500 млн-1,0 мільярдів кПа).
Порівняльна таблиця по питомій міцності та модулям пружності металічних та конструкційних матеріалів
Матеріал | Густина, кг/м3 | Міцність на розтяг, МПа | Модуль Юнга, ГПа | Питома міцність е*1000,км | Питомий модуль пружності, Е*10003, км |
Вуглеволокно | 1450-1600 | 780-1800 | 120-130 | 53-112 | 9-20 |
Скловолокно | 2120 | 1920 | 69 | 91 | 3,2 |
Високоміцна сталь | 7800 | 1400 | 210 | 18 | 2,7 |
Сплав алюмінію | 2700 | 500 | 75 | 18 | 2,7 |
Титановий сплав | 4400 | 1000 | 110 | 28 | 2,5 |
Поліамід 6.6 | 1140 | 82,6 | 28 | 7,25 | 0,25 |
Поліамід 6.6 +40% мас скловолокна | 1460 | 217 | 112 | 8.87 | 0,77 |
Поліамід 6.6 +40% мас вуглеволокна | 1340 | 280 | 238 | 21 | 1,92 |
Якщо проаналізувати таблицю, видно що вуглецеве волокно за параметрами питомої міцності та модулем пружності перевершує розповсюджені металічні та конструкційні матеріали. Перевагою застосування вуглепластиків у тому, що вони дозволяють зменшити вагу конструкції на 15-45%, висока стійкість до корозії і різних деформацій, дає можливість створювати вироби високої складності
Вуглепластик широко використовується в аеронавтиці, будівельній сфері, військовій , спортивній. Такі унікальні параметри не обійшли стороною і таку галузь, як медицина, з вуглеволокна виготовляють протези, сухожилля.