Kohlefaser-Gewebestruktur

Die Struktur der kohlefasergewebe kommt nicht natürlich vor, sondern wird durch den kritischen Prozess des "Webens" erzeugt. Die Rohstoffe sind Kohlefasern mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern (etwa 1/10 eines Haares), die zunächst einer Vorbehandlung (z. B. Verkleben und Formen) unterzogen und dann von professionellen Webmaschinen gemäß einem bestimmten Muster miteinander verflochten werden, wodurch letztendlich Gewebe mit unterschiedlichen Strukturen entstehen.
Hinsichtlich der Webprinzipien wird die Struktur von Kohlefaserstoffen hauptsächlich durch die Art und Weise bestimmt, wie die Kettgarnen (Filamentbündel in Längsrichtung) und die Schussgarnen (Filamentbündel in Querrichtung) miteinander verwebt sind. Unterschiedliche Webparameter – wie die Dicke der Filamentbündel, die Dichte von Kett- und Schussgarnen sowie der Winkel und die Häufigkeit der Verflechtung – beeinflussen direkt die Morphologie der Struktur. Wenn beispielsweise Kett- und Schussgarnen im Verhältnis 1:1 senkrecht miteinander verwebt werden, entsteht die grundlegendste „Plain“-Struktur; wenn mehrere Kett- oder Schussgarnen gruppenweise miteinander verwebt werden, ergibt sich eine komplexere „Twill“- oder „Satin“-Struktur. Diese Weblogik erhält die hochfesten Eigenschaften des Kohlefasergarns selbst bei, während sie gleichzeitig die Gesamtleistung des Gewebes durch seine strukturierte Anordnung optimiert.

Plain: „ausgeglichen und robust“

Plain-Textur ist die gebräuchlichste und grundlegendste Texturstruktur von Kohlefaserstoffen, gekennzeichnet durch das Wechselspiel von Kett- und Schussgarnen, bei dem jedes Garn abwechselnd übereinander verläuft und ein regelmäßiges Muster ähnlich einem „Feldgitter“ bildet. Optisch gesehen ist die Plain-Textur gleichmäßig und fein, fast ohne Unterschied zwischen Vorder- und Rückseite, was ein einfaches und klares visuelles Erlebnis vermittelt; aus Sicht der Leistung zeichnet sich die Plain-Webart durch dichte Verflechtungspunkte von Schuss- und Kettgarnen aus, wodurch die strukturelle Stabilität sehr hoch ist, sie sich kaum verformt, und die Last gleichmäßig auf die einzelnen Faserbündel verteilt werden kann. Daher wird dieser Stoff in Anwendungen mit hohen Anforderungen an die strukturelle Festigkeit breit eingesetzt – wie beispielsweise bei Rumpfverkleidungen in der Luft- und Raumfahrt oder Stentkomponenten in medizinischen Geräten. Dies ist der Grund, warum sie in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet wird, bei denen strukturelle Festigkeit wichtig ist – etwa bei Rumpfverkleidungen in der Luftfahrtindustrie und Stentbauteilen in medizinischen Geräten.
Einfache Strukturen haben jedoch auch ihre Grenzen: dicht verwobene Punkte können zu etwas weniger flexiblen Stoffen führen, die beim Biegen dazu neigen, "Falten" zu bilden, wodurch sie weniger geeignet sind für produkte die häufiges Biegen erfordern.

Schrägbindung: "Ausgewogene Funktionalität"

Schrägbindungsstrukturen sind flexibler als ebene Strukturen: Kettgarn wird über zwei oder mehr Schussfäden gewebt und dann mit den Schussgarnen verflochten, um ein kontinuierliches "Schrägbindungs"-Muster (üblicherweise 30°, 45°, 60° usw.) zu bilden. Das anschaulichste Merkmal dieser Struktur ist die optisch deutliche Richtung. Das Schrägbindungs-Muster verleiht dem Stoff ein fließendes Gefühl, das designorientierter ist als eine einfache Struktur – beispielsweise die Carbonfaser-Karosserie eines hochwertigen Sportwagens oder die Dekorplatten eines Luxusgepäcks; viele davon wählen eine Schrägbindungsstruktur, um das Erscheinungsbild der Textur zu verbessern.
Hinsichtlich der Leistung liegt der Vorteil von Köpergeweben in der „Balance“: Im Vergleich zum Leinwandbindung gibt es weniger Bindungsstellen und mehr Freiheit in den Faserbündeln, wodurch die Flexibilität erheblich verbessert wird und das Material beim Biegen nicht so leicht bricht; gleichzeitig gewährleistet die Köperstruktur die Festigkeit des Gewebes in vielen Richtungen, insbesondere bei der Dehnungs- und Schlagfestigkeit, was es besser geeignet macht für Anwendungen, bei denen sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit berücksichtigt werden müssen. Dies macht es gegenüber Leinwandgeweben besser geeignet für Szenarien, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit erfordern, wie beispielsweise Fahrradrahmen und Skier in Sportgeräten.

Satin-Gewebe: „Hohe Intensitätspie“

Satin ist der komplexeste Prozess und die wertvollste Texturart bei Kohlefaserstoffen. Die Weblogik besteht darin, dass die Kett- oder Schussgarne mehrere andere Garne (üblicherweise 3–5) überqueren, bevor sie sich verflechten, wodurch spärliche, aber regelmäßige Verflechtungspunkte entstehen. Dadurch ergibt sich eine glatte Oberfläche, die „Satin“ ähnelt, bei der im Gewebe nahezu keine sichtbaren Verflechtungsspuren erkennbar sind und lediglich subtile Glanzunterschiede beobachtet werden können.
Hinsichtlich des Erscheinungsbildes weisen Satin-Gewebe einen hohen Grad an Oberflächenflachheit und einen sanften, matten Glanz bei Lichteinfall auf, wodurch sie ein hochwertiges Aussehen und Gefühl erhalten. Daher werden sie häufig bei anspruchsvollen Produkten mit hohen Anforderungen an das Design eingesetzt – beispielsweise bei Innenausstattungen von Luxusyachten, Gehäusen von High-End-Uhren oder maßgeschneiderten Carbonfaser-Kunstinstallationen. Aus Sicht der Leistungsfähigkeit befinden sich die Satin-Gewebefasern aufgrund der sehr geringen Anzahl an Bindungsstellen nahezu in einem „parallelen Anordnungszustand“, wodurch die hochfesten Eigenschaften der Carbonfasern selbst, insbesondere die Zugfestigkeit in einer einzigen Richtung, optimal ausgenutzt werden können – hierbei sind sie dem Leinwand- und Köperbindung überlegen. Gleichzeitig verringert die glatte Oberfläche auch die Reibung zwischen dem Gewebe und anderen Bauteilen, was sie besonders als Deckschicht für bewegliche Teile von Präzisionsmaschinen geeignet macht.
Die Nachteile von Satinstoffen sind jedoch ebenfalls offensichtlich: spärliche Verflechtungspunkte führen zu geringerer struktureller Stabilität, geringerer Festigkeit in der senkrechten Richtung zur Faserbündelrichtung, außerdem ist der Herstellungsprozess komplex und die Kosten sind deutlich höher als bei Leinwandbindung und Köperbindung.

Unidirektionales Tuch (UD): „Richtungsstarke Hochleistungs-Scheibe“

Unidirektionale Gewebe werden auf eine völlig andere Weise hergestellt als Köpergewebe mit deren „Kette-und-Schuss“-Struktur. Ihr Kern liegt in einer „klaren unidirektionalen Anordnung": Mehr als 90 % der Kohlenstofffasern werden parallel zueinander in einer einzigen 0°-Richtung angeordnet, während nur eine geringe Anzahl dünnerer Fasern leicht in Schussrichtung verankert ist, um ein Lösen zu verhindern, ohne jedoch die Hauptfestigkeit zu übernehmen. Diese Struktur basiert nicht auf traditionellem Verweben, sondern ähnelt eher einem „Bündelarray mit einfacher Befestigung“.
Die Textur ist sehr regelmäßig, die Oberfläche zeigt klare einseitige parallele Körner und die Geflechtrichtung der Filamentbündel ist sehr fein und schwer zu erkennen, die allgemeine visuelle Einfachheit ist scharf, reich an industrieller Textur. In Bezug auf die Leistung konzentrieren sich die Vorteile von einrichtunglichen Stoffen auf das "direktionale Extrem" - voll konzentrierte Zugfestigkeit in der 0°-Richtung, die 1,5-2 Mal höher sein kann als die von Twill-Täuben und axiale Spannungen ohne Verlust übertragen kann. Gleichzeitig ist es wegen weniger Verflechtungsstellen um 15-20% leichter und dünner als Twill derselben Festigkeit.
Diese Eigenschaft macht sie besonders geeignet für Strukturen, die einrichtungsbedingten Kräften ausgesetzt sind, wie z. B. den Hauptstrahl von Windturbinenblättern, die Verstärkung von Raketenpfeilen oder die Rahmen unbemannter Luftfahrzeuge, wo sie Richtlast widerstehen und gleichzeitig erhebliche

Mehrachsige Gewebe mit Wendelflechtung (NCF): „Mehrachsige Ausgleichsglieder“

Mehrachsige Gewebe sind weitaus komplexer als Köperbindung, deren Kernprinzip ist die „mehrachsige Ablage + durchgängiges Vernähen“: Zunächst werden die Kohlefasern in Richtungen wie 0°, +45°, -45°, 90° (üblicherweise 3–5 Richtungen) parallel geschichtet, wobei die einzelnen Fasern jeder Richtung unabhängig voneinander angeordnet sind und sich nicht miteinander verflechten. Anschließend werden alle Schichten mit hochfesten Nähfäden miteinander vernäht und fixiert. So entsteht ein zusammenhängendes Gewebe, das die Beschränkung des Köpers – das „Verweben in zwei Richtungen“ – vollständig überwindet.
Die visuellen Eigenschaften dieses Stoffes sind charakteristisch: Die Oberfläche weist nicht die diagonale Struktur von Köper auf, sondern präsentiert eine feine, geschichtete Textur, bei der sich Seidenbündel in unterschiedlichen Richtungen leicht überlappen, was einen zwar etwas rauen, aber regelmäßigen Eindruck hinterlässt. Die Nähtfäden sind flächig in Form eines feinen Netzes verteilt, was einen eindeutigen Identifikationsmerkmal darstellt.
Hinsichtlich der Leistung bietet Multi-Axial den Vorteil der „mehrachsigen Balance“: Es weist in den Richtungen 0°, 90°, ±45° usw. eine hervorragende Festigkeit auf. Insbesondere liegt seine Scherfestigkeit um 30 % bis 50 % höher als die von Köpergewebe, und es kann gleichzeitig verschiedenen komplexen Belastungen wie Zug, Biegung und Scherung standhalten. Zudem ermöglicht es die Anpassung des Verhältnisses der Filamentbündel in jeder Richtung nach Bedarf, was es für Strukturen mit komplexen mehraxialen Kräften geeignet macht, wie beispielsweise Automobilchassis, Schiffsrümpfe, Skibindungen und Fahrradrahmen. Es passt nicht nur gut an komplexe gekrümmte Oberflächen an, sondern weist auch hervorragende mehrachsige mechanische Eigenschaften auf.

Fußball-Tattoos: Ästhetik

Das Fußballmuster verwendet eine einzigartige „geometrisch-bionische Webart“, bei der Kohlefasern in kontinuierlichen sechseckigen oder fünfeckigen Kombinationen zu Wabenstrukturen durch spezielle Ausrüstung verwoben werden, wobei die Einheiten ineinander greifen – völlig anders als das Prinzip des Köpermusters mit „Kette und Schuss-Verflechtung“. Die visuelle Erkennbarkeit ist äußerst hoch: Die Oberfläche ist mit regelmäßigen Sechsecken bedeckt, scharfe Kanten, stark dreidimensionaler Eindruck; bei Lichteinfall sind die Winkel klar definiert und erzeugen einen starken Kontrast zwischen Licht und Schatten, was mehr Gestaltungsspannung und Technikgefühl vermittelt als der Köper.
Hinsichtlich der Leistung kombiniert das Fußballmuster sowohl Wert als auch grundlegende Performance: Die sechseckige Struktur kann mechanische Spannungen gleichmäßig verteilen, und die Verformungsbeständigkeit ist besser als bei glatten Mustern; die hohe Webdichte führt zu geringen Zwischenräumen zwischen den Fadenbündeln, wodurch die Abriebfestigkeit höher ist als bei Köperbindung, und es ist widerstandsfähig gegen leichte Kratzer. Daher eignet es sich besonders für Produkte, bei denen das Erscheinungsbild im Vordergrund steht und gleichzeitig tägliche Haltbarkeit erforderlich ist, wie hochwertige Handyhüllen, Sportgeräte, Luxustaschenoberflächen und Gehäuse für Smart-Home-Geräte. Es steigert nicht nur die Ästhetik, sondern erfüllt auch die Anforderungen an strapazierfähige Verbraucherprodukte.