Koolstofvezelweefselstructuur

De structuur van koolstofvezel stoffen komt niet van nature voor, maar wordt aangebracht via het cruciale proces van "weven". De grondstoffen zijn koolstofvezel tows met een diameter van slechts enkele micrometer (ongeveer 1\/10 van een haar), die eerst voorbehandeld worden (bijvoorbeeld verlijmen en vormgeven) en vervolgens door professionele weefapparatuur volgens een specifiek patroon worden dooreengeweven, waardoor uiteindelijk stoffen met verschillende structuren ontstaan.
Wat betreft de weefprincipes wordt de textuur van koolstofvezelstoffen voornamelijk bepaald door de manier waarop de 'kettingdraden' (filamentbundels in longitudinale richting) en de 'inslagdraden' (filamentbundels in transversale richting) met elkaar worden verweven. Verschillende weefparameters — zoals de dikte van de filamentbundels, de dichtheid van de ketting- en inslagdraden, en de hoek en frequentie van de verweving — beïnvloeden rechtstreeks de morfologie van de textuur. Wanneer bijvoorbeeld ketting- en inslagdraden loodrecht op elkaar worden geweven in een verhouding van 1:1, ontstaat de meest basale 'doekbinding'-textuur; wanneer meerdere ketting- of inslagdraden als groep worden verweven, ontstaan complexere texturen zoals 'scheerbinding' of 'satijnbinding'. Deze weeflogica behoudt de hoge sterkte-eigenschappen van de koolstofvezelbundel zelf, terwijl de algehele prestaties van de stof worden geoptimaliseerd via de gestructureerde textuur.

Doekbinding: "gebalaanceerd en robuust"

Gladde textuur is de meest voorkomende en basisstructuur van koolstofvezelweefsels, gekenmerkt door het afwisselend over en onder elkaar weven van oog- en scheringdraden, waardoor een regelmatig patroon ontstaat dat lijkt op een 'veldraster'. Uiterlijk gezien is de gladde textuur uniform en fijn, met bijna geen verschil tussen de voor- en achterkant, wat een eenvoudige en strakke visuele indruk geeft. Vanuit prestatieoogpunt is de structurele stabiliteit van dit weefsel zeer groot vanwege de dichte kruispunten van de schering- en oogdraden; het vervormt moeilijk en kan belasting gelijkmatig verdelen over de individuele vezelbundels. Daarom wordt deze textuur veel gebruikt in toepassingen met hoge eisen aan structurele sterkte, zoals rompskins in de lucht- en ruimtevaart en steunbalkcomponenten in medische apparatuur. Dit verklaart waarom ze breed worden ingezet in toepassingen waar structurele sterkte belangrijk is.
Echter, effen structuren hebben ook hun beperkingen: dichte, dooreengevlochten punten kunnen leiden tot iets minder flexibele stoffen die bij buigen de neiging hebben te "kreukelen", waardoor ze minder geschikt zijn voor producten die vaak moeten worden gebogen.

Twill: "Gebalanceerde functionaliteit"

Twill-structuren zijn flexibeler dan effen structuren: omslagdraden worden over twee of meer inslagdraden geweven en daarna met de inslagdraden verweven om een continue "twill"-patroon te vormen (vaak 30°, 45°, 60°, etc.). Het meest opvallende kenmerk van deze structuur is de visueel duidelijke richting. Het twill-patroon geeft de stof een gevoel van stroomlijning, wat meer designgericht is dan een effen structuur – bijvoorbeeld de koolstofvezelcarrosserie van een hoogwaardige sportwagen of de decoratieve panelen van een luxe koffer, waarvan velen een twill-structuur kiezen om het uiterlijk van de textuur te verbeteren.
Wat betreft prestaties ligt het voordeel van twillweefsels in "balans": in vergelijking met een plat weefsel zijn er minder in elkaar gevlochten punten en meer vrijheid in de filamentbundels, waardoor de flexibiliteit sterk verbetert en het bij buigen niet gemakkelijk breekt; tegelijkertijd zorgt de twillstructuur voor de sterkte van de stof in vele richtingen, met name qua weerstand tegen uitrekken en slagvastheid, wat het geschikter maakt voor situaties waarin zowel sterkte als taaiheid belangrijk zijn. Dit maakt het geschikter dan platte stoffen voor toepassingen die een balans vereisen tussen sterkte en veerkracht, zoals fietsframes en ski's in sportuitrusting.

Satijnstoffen: "Hoge Intensiteit Taart"

Satijn is het meest complexe proces en de hoogste waarde textuurtype van koolstofvezelweefsels. De weeflogica is als volgt: de omslag- of inslaggarens kruisen meer garens (meestal 3-5) en verstrengelen zich daarna, waardoor er spaarzame maar regelmatige verstrengelingspunten ontstaan, die uiteindelijk een glad oppervlak vormen dat op "satijn" lijkt, met bijna geen zichtbare verstrengelingspuntjes in de textuur, en slechts subtiele glansverschillen waarneembaar zijn.
Wat betreft het uiterlijk hebben satijnweefsels een hoge mate van oppervlaktevlakheid en een zachte, matglanzende schittering bij belichting, waardoor ze er luxe uitzien en aanvoelen. Daarom worden ze vaak gebruikt in hoogwaardige producten met strenge eisen aan het uiterlijk, zoals interieurpanelen van luxe jachten, behuizingen van high-end horloges en op maat gemaakte kunstwerken van koolstofvezel. Vanuit prestatieoogpunt zijn de draden van satijnweefsel door de zeer beperkte aantal in elkaar gevlochten punten bijna in een 'parallelle opstelling', wat de inherent hoge sterkte-eigenschappen van de koolstofvezeldraden maximaal benut, met name de treksterkte in één richting, wat gunstiger is dan bij vlak- of scheerbindweefsel; tegelijkertijd vermindert het gladde oppervlak ook de wrijving tussen het weefsel en andere onderdelen, wat het geschikt maakt als buitenlaag van bewegende delen in precisie-apparatuur.
De nadelen van satijnweefsels zijn echter ook duidelijk: de verspreide in elkaar gevlochten punten leiden tot een zwakkere structurele stabiliteit, lagere sterkte in de richting loodrecht op de filamentbundels, en het productieproces is complex, waardoor de kosten veel hoger zijn dan die van een plat weefsel of twill.

Unidirectioneel doek (UD): "Richtingsgebonden hoge intensiteit taart"

Unidirectionele stoffen worden op een heel andere manier geweven dan de "kabel en inslag"-structuur van twill; hun kern ligt in een "duidelijke unidirectionele ordening": meer dan 90% van de koolstofvezel tows is parallel aan elkaar in één enkele 0°-richting geordend, met slechts een klein aantal fijnere tows licht bevestigd in de inslagrichting om loslating te voorkomen, zonder de hoofdsterkte te leveren. Deze constructie is niet traditioneel geweven, maar lijkt eerder op een "opstelling van tows met eenvoudige binding".
De textuur is zeer regelmatig, het oppervlak toont duidelijke eenduidige parallelle lijnen, en de weft-richting van de filamentbundels is zeer fijn en moeilijk te detecteren; de algehele visuele eenvoud is scherp, rijk aan industriële textuur. Wat betreft prestatie, liggen de voordelen van eenduidige stoffen op het gebied van de "gerichte extreme" – volledig geconcentreerde treksterkte in de 0° richting, die 1,5 tot 2 keer hoger kan zijn dan die van een scheve binding, en die axiale spanningen zonder verlies kan overbrengen. Tegelijkertijd is het 15-20% lichter en dunner dan een scheve binding met dezelfde sterkte, vanwege minder in elkaar gevlochten punten.
Deze eigenschap maakt het bijzonder geschikt voor structuren die onderhevig zijn aan krachten in één richting, zoals de hoofdsteunbalk van windturbinebladen, de versterking van raketpijlen of de frames van onbemande luchtvaartuigen, waarbij het gerichte belastingen kan weerstaan terwijl aanzienlijke gewichtsreductie wordt gerealiseerd.

Meerassige warpbrei stoffen (NCF): "Multidirectionele equalizers"

Meerassige stof is veel complexer dan twill, waarvan de kern bestaat uit "multidirectionele opbouw + geheel naden": eerst worden de koolstofvezel tows parallel gelegd volgens 0°, +45°, -45°, 90° en andere richtingen (meestal 3-5 richtingen), en de tows in elke richting worden onafhankelijk geordend zonder met elkaar te verstrengelen; vervolgens worden alle lagen met hoge-resistentie stiksels vastgenaaid. Daarna worden alle lagen met een stevige naden draad aan elkaar genaaid tot een complete stof, waarmee de beperking van twill "in beide richtingen dooreengevlochten" volledig wordt doorbroken.
De visuele kenmerken van deze stof zijn kenmerkend: het oppervlak heeft niet de diagonale lijntekstuur van een scheer, maar vertoont eerder een fijne gelaagde textuur, waarbij zijdeboedels in verschillende richtingen licht overlappen, enigszins ruw maar regelmatig, en de stikdraad is verdeeld over het oppervlak in de vorm van een fijn netwerk, wat een uniek herkenningspunt is.
Op het gebied van prestaties heeft Multi-Axiale de voordelen van "multidirectionele balans": het beschikt over uitstekende sterkte in de richtingen van 0°, 90°, ±45°, enz. Met name is de schuifweerstand 30%-50% hoger dan die van twill, en kan het tegelijkertijd bestand zijn tegen diverse complexe belastingen zoals trek-, buig- en schuifkrachten. Het ondersteunt ook de aanpassing van de verhouding van filamentbundels in elke richting op maat, wat geschikt is voor structuren met complexe multidirectionele krachten, zoals autochassis, scheepsrompen, ski-bindingen en fietsframes. Het past niet alleen goed op complexe gekromde oppervlakken, maar heeft ook uitstekende multidirectionele mechanische eigenschappen.

Voetbaltatoeages: Esthetiek

Het voetbalspons-patroon maakt gebruik van een unieke "geometrische bionische weefstructuur", waarbij koolstofvezel tows via speciale apparatuur worden geweven tot een continue combinatie van zeshoekige of vijfhoekige honingraatstructuren, die in elkaar grijpen. Dit verschilt volledig van de logica van de scheerweefsel-structuur met haar "kabel en inslag die in elkaar verweven zijn". De visuele herkenbaarheid is uitermate hoog: het oppervlak is bedekt met regelmatige zeshoeken, scherpe randen en een sterk driedimensionaal effect. Wanneer het licht erop valt, zijn de hoeken duidelijk afgebakend en ontstaat er een sterk contrast tussen licht en donker, wat meer designspanning en een groter technologisch gevoel oplevert dan bij scheerweefsel.
Wat betreft prestaties combineert het voetbalpatroon zowel waarde als basisprestaties: de zeshoekige structuur kan spanning gelijkmatig verdelen, en de vervormingsweerstand is beter dan die van het effen patroon; de hoge weefdichtheid zorgt voor kleine openingen tussen de filamentbundels, en de slijtvastheid is beter dan die van een twillstructuur, en het is bestand tegen lichte krassen. Daarom is het bijzonder geschikt voor producten waarbij uiterlijk voorrang heeft en dagelijkse duurzaamheid vereist is, zoals hoogwaardige telefoonhoesjes, sportapparatuur, panelen van luxe tassen en behuizingen van slimme huistechniek, enzovoort. Het versterkt niet alleen de mode, maar voldoet ook aan de eisen voor consumentenniveau sterkte.