Koolstofvezel kan composietmaterialen vormen met verschillende materialen zoals harsen, kunststoffen, keramiek, glas en metalen. Koolstofvezelcomposieten worden gekenmerkt door hoge sterkte, lichtgewicht, goede stijfheid en goede weerstand tegen vermoeidheid. Ze worden voornamelijk gebruikt als gewichtsverminderende structurele materialen- en voor ablatie-warmteafvoer.
Met koolstofvezel versterkte harsmatrixcomposieten
Met koolstofvezel versterkte harsmatrixcomposieten (CFRP) hebben een lage dichtheid en een hogere specifieke sterkte en specifieke modulus dan glasvezel. Hun specifieke sterkte is 5-6 keer die van hoogwaardig staal en titaniumlegeringen, tweemaal die van glasvezel, en hun specifieke modulus is 3-4 keer die van deze materialen. Daarom wordt CFRP gebruikt als het belangrijkste structurele materiaal in de lucht- en ruimtevaartindustrie. De deuren van de lading, de rolroeren, de verticale staart, de deuren van het hoofdlandingsgestel en de interne drukvaten van de Space Shuttle maken bijvoorbeeld allemaal gebruik van CFRP, wat resulteert in een gewichtsvermindering van maximaal 2 ton voor de Space Shuttle.
Koolstof/koolstofcomposieten
Koolstof/koolstofcomposieten (C/C) zijn op koolstof-gebaseerde composietmaterialen versterkt met koolstofvezels en hun producten (koolstofvilt, koolstofdoek, enz.). Koolstofvezel (C/C) bestaat uit slechts één element-koolstof-en bezit de voordelen die uniek zijn voor koolstof- en grafietmaterialen, zoals een lage dichtheid en uitstekende thermische eigenschappen, waaronder ablatieweerstand, thermische schokbestendigheid, hoge thermische geleidbaarheid en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Het vertoont ook de hoge sterkte en hoge modulus van composietmaterialen. Een andere belangrijke eigenschap van C/C zijn de uitstekende tribologische eigenschappen. C/C heeft ook een goede biocompatibiliteit met het menselijk lichaam.
Met koolstofvezel versterkte metalen matrixcomposieten
Met koolstofvezel versterkte metaalmatrixcomposieten (CFRM's) bezitten een reeks uitstekende eigenschappen, waaronder een hoge specifieke sterkte, hoge specifieke modulus, hoge temperatuurbestendigheid, lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge thermische geleidbaarheid en sterke weerstand tegen thermische vervorming. Met koolstofvezel versterkt aluminium heeft niet alleen een hogere sterkte dan aluminiumlegeringen, maar biedt ook een aanzienlijk hogere gebruikstemperatuur, waarbij ongeveer 90% van de treksterkte behouden blijft, zelfs bij ongeveer 500K. Vezel{4}}versterkt aluminium vertoont een uitstekende vermoeiingssterkte, waarbij 63%–84% van zijn vermoeiingssterkte behouden blijft, zelfs na 10 vermoeiingscycli.
Met koolstofvezel versterkte keramische matrixcomposieten
De fatale zwakte van keramiek is hun broosheid. Het versterken van keramiek met koolstofvezel verbetert effectief de taaiheid, verandert de breukmorfologie en verhoogt de taaiheid. De vezels voorkomen ook een snelle scheurvoortplanting. Vezel-versterkte keramische matrixcomposieten vertonen een hogere sterkte, verbeterde mechanische en thermische schokeigenschappen en een aanzienlijk verbeterde breuktaaiheid. Vergeleken met gewone keramiek is hun buigsterkte ongeveer vijf keer groter en hun breuktaaiheid honderden keren.
Met koolstofvezel versterkte rubbercomposieten
Onder dezelfde buigomstandigheden vertonen met koolstofvezel versterkte rubbercomposieten een aanzienlijk langere levensduur vergeleken met gewoon rubber. De thermische geleidbaarheid van rubber is twee ordes van grootte lager dan die van koolstofvezel. Wanneer rubber wordt versterkt met vezels, vormen de koolstofvezels een warmteoverdrachtsnetwerk binnen het composiet, waardoor wrijvingswarmte kan worden afgevoerd en zo de thermische eigenschappen worden verbeterd, met name de weerstand tegen thermische vermoeidheid.
