カーボンファイバーの強度はどれくらいですか？

カーボンファイバーの最も価値のある特性は、その強度、剛性、軽量です。カーボンファイバーは、何千もの個々のフィラメントを含む「トウ」状の非常に細い炭素の結晶性フィラメントでできています。これらの糸状のストランドを一緒に織り込んで、さまざまな織りの布を作ります。炭素繊維クロスの層を接着して炭素繊維プレートまたはシートを形成すると、炭素繊維積層体は非常に強力になります。では、どれくらい強いのでしょうか？

カーボンファイバーの強さ

カーボンファイバーはスチールよりも 2 倍の剛性と 5 倍の強度を持っています。カーボンファイバーはステンレス鋼よりも強度と剛性が高く、軽量であるため、理想的な製造材料となります。

カーボンファイバーの剛性と強度の分類

引張弾性率は、「軸に沿った応力（単位面積当たりの力）とその軸に沿ったひずみ（初期長さに対する変形の比）の比」として定義されます。剛性としても知られる引張弾性率は、応力が材料の引張強さよりも低い限り、材料の伸びまたは圧縮を予測できます。

炭素繊維は、繊維の引張弾性率に基づいて分類されます。英語の測定単位は断面積 1 平方インチあたりの力のポンドで、psi (または千 psi を表す ksi、100 万 psi を表す MSI) と略されます。炭素繊維には、低弾性率、標準弾性率、中間弾性率、高弾性率、超高弾性率の 5 つの分類があります。

積層炭素繊維エポキシ シートまたはプレートの剛性と強度は、次によって決定されます。

カーボンファイバー素材の特性

繊維のレイアップ スケジュール (繊維の配向、織りの種類、積層プライの厚さ)

繊維と樹脂の比率

バランスのとれた対称的な 0/90 度のレイアップ スケジュールの引張弾性率の適切な推定値は、10 MSi (70 GPA) です。同じレイアップの引張強度の適切な推定値は 87 KSI (600 MPA) です。

比較すると、鋼の引張弾性率は約 29 MSI (200 GPa)、引張強さは 61 KSI (420 MPA ) です。アルミニウムの引張弾性率は約 10 MSI (69 GPa)、引張強度は 40 KSI (276 MPA) です。

下の表からわかるように、炭素繊維ラミネートは最も高い比引張強度と最も高い比剛性を持っています。

超高弾性カーボンファイバーは標準弾性よりも約 3 倍硬いですが、強度はそれほど高くありません。さらに、カーボンファイバーはスチールやアルミニウムと比較して優れた耐疲労特性を備えています。また、カーボンファイバーは、適切な樹脂と組み合わせることで、市場で最も耐食性の高い材料の 1 つとなります。