جهت پیش بینی خواص کامپوزیت های پلیمری تئوری ها و فرمول هایی موجود می باشد که با کمک آن می توان بدون تست محصول کامپوزیت نهایی، خواص نهایی کامپوزیت ها را پیش بینی نمود که جهت پیش بینی خواص مواد مرکب کامپوزیتی داشتن اطلاعات فنی در مورد الیاف و رزین تشکیل دهنده مواد مرکب کافی می باشد که در ادامه فرمول های محاسبات کامپوزیت ها با مثال عددی شرح داده می شود.

محاسبه چگالی کامپوزیت ها

مهمترین عامل تعیین کننده خواص نهایی کامپوزیت ها، مقدار اجزای تشکیل دهنده و نوع هر یک از مواد می باشد و به منظور تعیین خواص کامپوزیت ها دو مبنای کسر وزنی و کسر حجمی مورد بررسی قرار می گیرد:

لازم به ذکر می باشد که محاسبه مقدار کسر وزنی روش آسان تری می باشد که می توان کسر وزنی اجزای  تشکیل دهنده کامپوزیت ها را  با روش های تجربی محاسبه نمود. جهت بدست آورن درصد وزنی الیاف در یک قطعه کامپوزیتی، استاندارد ASTM D2584 متداول می باشد که با سوراندن و تخریب کامل ماتریس (رزین) و توزین وزن الیاف و وزن قطعه کامپوزیتی کسر وزنی الیاف محاسبه می گردد.

کسر حجمی بیشتر در تحلیل های تئوری و نظری کاربرد دارد و داشتن رابطه میان کسر حجمی و وزنی بسیار مهم و کاربردی می باشد.

بدین صورت برای محاسبه دانسیته کامپوزیت ها با روش کسر حجمی و کسر وزنی از فرمول های زیر استفاده می شود:

در پروسه تولید مواد مرکب، میزانی که در عمل برای چگالی کامپوزیت ها بدست می آید با چگالی که از طریق تئوری و محاسبات چگالی الیاف و رزین بدست می آید، کمتر می باشد که علت این امر وجود حباب در قطعه کامپوزیت نهایی می باشد که هر چه کسر حجمی حباب کمتر باشد می توان نتیجه گرفت که محصول کامپوزیت نهایی ایده ال تر و میزان آغشتگی الیاف و رزین بیشتر است. جهت محاسبه کسر حجمی حباب (حفره) استاندارد 2734 ASTM D و فرمول زیر کاربرد دارد:

همچنین در فرمول فوق جهت محاسبه چگالی کامپوزیت ها در حالت عملی از روش غوطه وری (استاندارد ASTM D792) استفاده می شود.

روش دوم جهت محاسبه درصدحجمی حباب  تجزیه و تحلیل تصویر میکرو توموگرافی کامپیوتری میکرو می باشد.

محاسبه خواص مکانیکی کامپوزیت ها

جهت پیش بینی خواص کامپوزیت های پلیمری از تئوری قانون مخلوط ها استفاده می شود که در این تئوری جهت پیش بینی خواص کامپوزیت نهایی خواص الیاف، رزین، و درصد مواد تشکیل دهنده لازم می باشد

قانون مخلوط ها

در این تئوری فرض می شود که الیاف بلند، پیوسته، یکنواخت (قطر و خواص یکسان) و موازی می باشند و پیوند کاملی میان الیاف و پلیمر ماتریس برقرار است و تحت تنش های اعمال شده، ماتریس و الیاف هر دو کرنش های برابری دارند:

مثال عددی محاسبات کامپوزیت ها

جهت تفهیم موضوع، خواص پروفیل کامپوزیتی تولید شده از رزین پلی استر و الیاف شیشه در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد:

خواص رزین پلی استر غیر اشباع

دانسیته: 1.22 گرم بر سانتی متر مکعب

استحکام کششی در نقطه شکست: 80 MPa

استحکام خمشی در نقطه شکست: 130 MPa

مدول کششی: 3800 MPa

مدول خمشی: 3650 MPa

ازدیاد طول در نقطه شکست: 3%

خواص الیاف شیشه

دانسیته: 2.5 گرم بر سانتی متر مکعب

استحکام کششی در نقطه شکست: 2500 MPa

مدول کششی: 82000 MPa

ازدیاد طول در نقطه شکست: 5%

درصد اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت

اعداد زیر به طور تجربی در یک قطعه کامپوزیت پالتروژن بدست آمده است که برای هر محصول کامپوزیت با توجه به شکل سطح مقطع و روش تولید اعداد مختلفی گزارش می شود:

قطعه پروفیل تولید شده که وزن نهایی قطعه 1000 گرم می باشد:

وزن الیاف شیشه جهت تولید: 600 گرم

وزن رزین به همراه سایر افزودنی ها جهت تولید: 400 گرم (جهت تسهیل در محاسبات وزن سایر افزودنی ها همانند اسیدپروکسی، پودر کربنات و… در محاسبات به طور جداگانه مورد بررسی قرار نگرفته و در اصل به این صورت فرض شده است که قطعه نهایی از دو جزء الیاف و رزین تشکیل شده است)

مهم: خواص مکانیکی در عمل همواره عددی بین خواص طولی و عرضی می باشد.