Carbonfaser 101: Gewebe und Stoffe verstehen

Kohlenstofffasern werden normalerweise nach der Herstellung und Größenbestimmung zu Stoffen verwebt. Der Herstellungsprozess beginnt mit der Herstellung von Bündeln aus Kohlenstofffasern, den sogenannten Strängen. Diese Stränge werden dann anhand der Anzahl der Fasern oder Filamente, die sie enthalten, klassifiziert. Diese Stränge werden häufig als 3k, 6k, 12k und 48k bezeichnet. Das „k“ steht für „Tausend“, was bedeutet, dass ein 3k-Strang 3.000 Kohlenstofffilamente enthält. Jeder Strang Kohlenstofffasern ist nur etwa 7 Mikrometer dick, aber die große Menge an starken Kohlenstofffasern auf so kompaktem Raum verleiht dem Material eine unglaubliche Festigkeit.

 

Kohlefasergewebe
Spulen aus Kohlefasern werden auf einem Webstuhl zu Stoff gewebt. Die gängigsten Webarten sind Leinwandbindung, Köperbindung und Litzenbindung.

Leinwandbindung
Kohlefasergewebe mit Leinwandbindung oder 1x1-Bindung ist symmetrisch und ähnelt einem Schachbrettmuster. Die Kabel sind in einem Über-/Untermuster gewebt, wodurch äußerst stabile, eng miteinander verwobene Fasern entstehen. Unter Stoffstabilität versteht man die Fähigkeit eines Materials, seine Faserorientierung und seinen Webwinkel beizubehalten. Aufgrund der hohen Gewebestabilität ist glattes Carbonfasergewebe für komplexe Konturen weniger geeignet, da es nicht besonders flexibel ist. Es ist jedoch einfacher zu handhaben und verursacht keine Verformung des Stoffes. Daher ist es ideal für flache Bleche, Rohre und 2D-Kurven.

Kräuselung ist die Krümmung der einzelnen Fasern im Gewebe, und glatte Kohlefaserstoffe weisen aufgrund der engen Verflechtung der Filamentstränge eine grobe Kräuselung auf. Mit der Zeit entstehen durch diese starke Kräuselung Spannungspunkte, die zu Schwachstellen führen.

Köperbindung

Köperbindung, bestehend aus einem 2x2- oder 4x4-Muster, ist die häufigste Art von Kohlefasergewebe. Bei einem 2x2-Geflecht wird jeder Strang über zwei Stränge und dann unter beide Stränge geführt. Es liegt also auf der Hand, dass ein 4x4-Geflecht daraus besteht, dass jedes Kabel durch vier Kabel und dann durch vier weitere Kabel verläuft. Dieses Über-/Untergewebe erzeugt ein deutliches diagonales Muster. Der Abstand zwischen den verflochtenen Strängen ist bei einer Köperbindung länger als bei einer Leinwandbindung. Dadurch kommt es weniger zu Kräuselungen, wodurch die Gefahr der Entstehung von Spannungspunkten verringert wird.

Das Köpergewebe ist flexibel und kann komplexe Konturen bilden, behält aber dennoch eine gute Stabilität bei. Es muss vorsichtiger gehandhabt werden als Leinwandbindung, um eine stärkere Gewebeverformung zu vermeiden. Das 4x4-Gewebe ist leichter zu formen als das 2x2-Gewebe, aber der Stoff ist auch weniger stabil.

Pferdegeschirr aus Satingewebe

Satingewebe wird seit Tausenden von Jahren verwendet, um Seidenstoffen einen schönen Fall zu verleihen und sie gleichzeitig glatt und nahtlos zu machen. Bei Verwendung in Kohlenstofffaserverbundstoffen können Satingewebe leicht komplexe Konturen bilden. Dies bedeutet natürlich, dass die Stabilität des Satingewebes auch geringer ist als bei anderen Geweben.

Die gebräuchlichsten Satinbindungen sind Satin mit vier Litzen (4HS), Satin mit fünf Litzen (5HS) und Satin mit acht Litzen (8HS). Diese Zahl stellt die Gesamtzahl der durchlaufenen und dann passierten Schleppseile dar. Bei 4HS-Gewebe verlaufen beispielsweise drei Filamentstränge und dann ein Filamentstrang. Beim 5HS werden vier Stränge gekreuzt und dann einer darunter, während beim 8HS sieben Stränge gekreuzt werden und dann einer darunter. Je höher die Satinbindungszahl, desto besser ist die Formbarkeit, desto schlechter ist jedoch die Stabilität.

Andere Gewebe
Es gibt viele andere Webmethoden zur Herstellung von Kohlefasergeweben. Dazu gehören Fischgeflecht, Schleppgeflecht, Geflecht, unidirektionales Geflecht und kundenspezifisches Geflecht. Jedes Gewebe verfügt über einzigartige Eigenschaften, die es für die Verwendung in einigen Designs ideal, für andere jedoch nicht zu einer guten Wahl machen. Bei der Entscheidung, welches Kohlefasergeflecht zur Erfüllung einer bestimmten Funktion verwendet werden soll, müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Zu diesen Faktoren gehören Festigkeit, Formbarkeit, Stabilität und Lockenbildung. Carbonfaserhersteller sind Experten darin, zu wissen, welcher Stoff für welches Design verwendet werden sollte.