ท่อคอมโพสิต

เหตุผลหลักว่าทำไมใครๆ ก็พิจารณาใช้คาร์บอนไฟเบอร์ก็คืออัตราส่วนความแข็งต่อน้ำหนักสูง คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงมาก แข็งมาก และค่อนข้างเบา
ความแข็งของวัสดุวัดจากโมดูลัสความยืดหยุ่น โมดูลัสของคาร์บอนไฟเบอร์โดยทั่วไปคือ 34 MSI (234 Gpa) ความต้านทานแรงดึงสูงสุดของคาร์บอนไฟเบอร์โดยทั่วไปคือ 600-700 KSI (4-4.8 Gpa) เปรียบเทียบกับ 2024-T3 Aluminium ซึ่งมีโมดูลัสเพียง 10 MSI และความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่ 65 KSI หรือกับเหล็กกล้า 4130 ซึ่งมีโมดูลัสที่ 30 MSI และความต้านทานแรงดึงสูงสุดที่ 125 KSI
คาร์บอนไฟเบอร์โมดูลัสสูงและสูงพิเศษหรือคาร์บอนไฟเบอร์ความแข็งแรงสูงยังมีอยู่เนื่องจากการปรับแต่งวัสดุและการแปรรูปคาร์บอนไฟเบอร์
ชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิตคือส่วนผสมของคาร์บอนไฟเบอร์และเรซิน ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นอีพอกซี ความแข็งแรงและความแข็งของชิ้นส่วนคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จะเป็นผลมาจากความแข็งแรงและความแข็งรวมของทั้งเส้นใยและเรซิน ขนาดและทิศทางของความแข็งแรงและความแข็งเฉพาะจุดของชิ้นส่วนคอมโพสิตจะถูกควบคุมโดยความหนาแน่นและการวางแนวของเส้นใยเฉพาะจุดในลามิเนต
เป็นเรื่องปกติในทางวิศวกรรมที่จะหาปริมาณประโยชน์ของวัสดุโครงสร้างในแง่ของอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก (ความแข็งแรงเฉพาะ) และอัตราส่วนความแข็งต่อน้ำหนัก (ความแข็งเฉพาะ) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อน้ำหนักที่ลดลงเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพที่ดีขึ้นหรือต้นทุนวงจรชีวิตที่ลดลง
แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ที่ประดิษฐ์จากคาร์บอนไฟเบอร์แบบสานธรรมดาโมดูลัสมาตรฐานในเลย์อัพ 0/90 ที่สมดุลและสมมาตร มีโมดูลัสการโค้งงอแบบยืดหยุ่นประมาณ 10 เอ็มไอ. มีความหนาแน่นเชิงปริมาตรประมาณ .050 ปอนด์/นิ้ว3 ดังนั้นอัตราส่วนความแข็งต่อน้ำหนักหรือความแข็งเฉพาะของวัสดุนี้คือ 200 MSI ความแข็งแกร่งของเพลตนี้อยู่ที่ประมาณ 90 KSI ดังนั้นความแข็งแกร่งเฉพาะของวัสดุนี้คือ 1800 KSI
จากการเปรียบเทียบ โมดูลัสการดัดงอของอะลูมิเนียม 6061 คือ 10 MSI ความแข็งแกร่งคือ 35 KSI และปริมาตรความหนาแน่นคือ 0.10 ปอนด์ ซึ่งให้ค่าความแข็งจำเพาะ 100 MSI และความแข็งแกร่งจำเพาะ 350 KSI เหล็ก 4130 มีความแข็ง 30 MSI ความแข็งแกร่ง 125 KSI และความหนาแน่น .3 ปอนด์/in3 ซึ่งให้ค่าความแข็งเฉพาะ 100 MSI และความแข็งแกร่งเฉพาะ 417 KSI
ดังนั้นแม้แต่แผงคาร์บอนไฟเบอร์แบบธรรมดาก็มีความแข็งจำเพาะมากกว่าอลูมิเนียมหรือเหล็กกล้าถึง 2 เท่า มีความแข็งแรงจำเพาะมากกว่าอะลูมิเนียม 5 เท่า และมากกว่าเหล็ก 4 เท่า

ประโยชน์ที่สำคัญประการหนึ่งของการเลือกคาร์บอนไฟเบอร์คือความเสถียรของขนาดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ คาร์บอนไฟเบอร์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนน้อยกว่าหนึ่งในล้านนิ้วต่อองศา F เทียบกับ 7 ในล้านนิ้วต่อนิ้วต่อองศา F สำหรับเหล็ก หรือ 13 ในล้านนิ้วต่อองศา F สำหรับอะลูมิเนียม

เมื่อออกแบบชิ้นส่วนคอมโพสิต เราไม่สามารถเปรียบเทียบคุณสมบัติของคาร์บอนไฟเบอร์กับเหล็ก อลูมิเนียม หรือพลาสติกเพียงอย่างเดียวได้ วัสดุเหล่านี้มีคุณสมบัติเป็นเนื้อเดียวกัน (คุณสมบัติเหมือนกันทุกจุด) และไอโซโทรปิก (คุณสมบัติเหมือนกันทุกแกน) จากการเปรียบเทียบ ชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์ไม่เป็นเนื้อเดียวกันหรือไอโซโทรปิก ในชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์ ความแข็งแรงจะอยู่ตามแนวแกนของเส้นใย ดังนั้นความหนาแน่นและการวางแนวของเส้นใยจึงส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกล ซึ่งจะช่วยให้เทย์เลอร์มีคุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วนตามแกนใดก็ได้