Hmotnost

Uhlíkové kompozity jsou obecně považovány za 4× lehčí než většina ocelí.

  • Hustota oceli je 7,8 kg/m3.
  • Hustota uhlíkového tlumicího kompozitu je mezi 1,4 a 1,8 kg/m3 v závislosti na složení.

Tlumení

Pokud se do kompozitu přidá tlumicí materiál, je jeho tlumicí charakteristika až 20× lepší než u oceli. Přidáním tlumicího materiálu se sice sníží modul pružnosti kompozitu, ale výsledný modul je i tak podobný modulu standardních ocelí. Důležitým prvkem procesu konstruování prvku je také pozice či umístění tlumicího materiálu v komponentu.

Tuhost

Modul pružnosti grafitové vrstvy ve směru vláken může při použití vlákna s modulem 760 GPa přesáhnout i 400 GPa. Kvazi-isotropní, kompletně laminátový „ocelový ekvivalent“ má modul pružnosti 150 GPa, a to jak ve směru X, tak i Y. Pro zachování ocelového ekvivalentu s hodnotou 210 GPa bude tedy třeba použít 1,3 násobek tloušťky. Běžnou součástí návrhového procesu je optimalizace tuhosti v jednotlivých směrech nebo optimalizace mezi ohybovou a smykovou tuhostí, což u oceli není možné.

Pevnost

Maximální pevnost kompozitu – „ocelového ekvivalentu“ je přibližně stejná jako mez kluzu standardní oceli, a to přibližně 385 MPa. Mnoho strojních součástí ale víc než pevnost potřebuje tuhost a schopnost tlumit vibrace, vyšší objem materiálu samozřejmě znamená, že napětí v něm je mnohem nižší.

stress-strain-comparison

Porušení, lom

Kompozity nemají mez kluzu. Při zatížení přibližně 75 % mezního (výpočtového) zatížení se v jeho struktuře mohou začít tvořit mikro-trhlinky. To se dá u kompozitů považovat za ekvivalent meze kluzu. Na rozdíl od oceli se přitom ale nemění modul pružnosti a křivka napětí při zvyšujícím se namáhání má tvar přímky až do okamžiku porušení. Kompozity se porušují v tlaku nebo na tlakové straně ohybu při přibližně polovičním zatížení než při tahovém namáhání.

Stárnutí

S-N křivka (pevnost versus cykly) je u kompozitů z uhlíkového vlákna poměrně plochá a výrazně lepší než u oceli.

fatigue-comparison

Roztažnost

Vlákno PAN má kladný součinitel tepelné roztažnosti, grafitové vlákno ho má záporný. Při jejich zapracování do kompozitu je možné prvek zkonstruovat tak, aby měl v daném směru nulovou roztažnost – samozřejmě pokud to není v konfliktu s ostatními požadovanými vlastnostmi.

Obrábění a přesnost

V kompozitech není dobré přerušovat vlákna, která se v něm starají o tuhost a pevnost. Proto se běžně k některým materiálům přidává přídavná vrstva, v níž se pak obráběním tvaruje výsledný povrch. Uhlíkové kompozity se obrábějí dobře, vyžadují však speciální vybavení pro bezpečnou likvidaci prachu nebo brusného kalu. Přesnost dílu je určována přesností nástrojů. Velmi užitečné je vytvořit vnitřní rozměry už v takové podobě, aby žádné další obrábění nevyžadovaly. To může představovat významné úspory.

Tuhost a tvrdost

Karbon-grafitový kompozit nemá tuhost ani tvrdost oceli. V případě nebezpečí ničivého kontaktu je pro něho nutné navrhnout vhodnou ochranu. Většina strojů má stejně vnější kryty, takže to nebývá problém. Pro konstantní tlak je možné vytvořit lokální povrchovou úpravu, která zvýší tvrdost povrchu.

Stabilita

Experimentální měření ukazují, že pro přesnou pozici nosníku je kompozit firmy CompoTech lepší než kompozity s předem impregnovaným vláknem, tzv. „prepreg“. Nosníky z „prepreg“ kompozitu v průběhu mikročasů dopružují a ztrácejí svou polohovou stabilitu. Důvodem jsou zbytková napětí vnesená do nich v průběhu tvrdnutí. Výrobní proces firmy CompoTech tento problém nemá a nosníky CompoTech splňují kritéria stability.

drift-comparison

Koroze v prostředí

Epoxidové kompozity nekorodují.

Kapaliny

Epoxid je pro kapaliny nepropustný a dobrý kompozit má minimum dutin. Pokud se ale následně obrábí, může docházet k poškození povrchu pryskyřice, případného plniva i vláken. Pro zajištění dobrých těsnicích vlastností je proto třeba každé opracované místo znovu opatřit vhodnou povrchovou vrstvou.

Teplota

Pojivo z epoxidové pryskyřice se volí částečně kvůli svým tepelným vlastnostem. Všude v rozsahu -40˚C až +200˚C se chová normálně. Zvládnutelné mohou být i vyšší teploty.

Ultrafialové záření

UV je pro epoxidové pryskyřice problém. Existuje mnoho aditiv, která degradaci materiálu zpomalují, jedná se ale jen o povrchový problém, který se dá v případě nebezpečí UV záření snadno překonat správně zvoleným nátěrem nebo jinou povrchovou úpravou.

Bezpečnost a ochrana zdraví

Jakmile je kompozit vyrobený, jediné zdravotní riziko vzniká z prachu při jeho obrábění, broušení nebo pískování. Tomu se dá zabránit použitím kapaliny nebo silného odsávání vzduchu, které všechny volné částice odstraní.

Recyklace

Nepotřebný kompozit se dá nasekat a jeho pojivo vypálit, aby se získala energie uložená v jeho chemickém složení. Krátká vlákna se používají jako výztuž při vstřikování do formy nebo jako výztuž do betonu. Další možné způsoby recyklace přetvářejí materiál zpět na jeho základní složky.