Unidirektionale Kohlenstofffasergewebe

Vorteile unidirektionaler Kohlenstofffasergewebe
Unidirektionales Kohlenstofffasergewebe ist eine Art der Kohlenstoffverstärkung, die nicht gewebt ist und bei der alle Fasern in einer einzigen, parallelen Richtung verlaufen. Bei dieser Gewebeart gibt es keine Zwischenräume zwischen den Fasern, und diese liegen flach aneinander. Es existiert kein kreuzweise verlaufendes Gewebe, das die Faserfestigkeit durch eine weitere Richtung halbieren würde. Dadurch entsteht eine hohe Faserdichte, die ein maximales longitudinales Zugvermögen ermöglicht – höher als bei jedem anderen Gewebe. Zum Vergleich: Dies entspricht dem Dreifachen der longitudinalen Zugfestigkeit von Baustahl bei einem Fünftel der spezifischen Dichte.

Ebenso weisen Verbundbauteile aus Kohlenstofffasern ihre höchste Festigkeit in Richtung der Faserorientierung auf. Daher bieten Verbundbauteile, die ein unidirektionales Kohlenstofffasergewebe als alleinige Verstärkung verwenden, in genau diesen beiden Richtungen – also entlang der Faserrichtung – die maximal mögliche Festigkeit und sind äußerst steif. Diese richtungsabhängige Festigkeitseigenschaft macht sie zu einem anisotropen Werkstoff, ähnlich wie Holz. Beim Aufbau eines Bauteils können die unidirektionalen Gewebe in unterschiedlichen Winkelstellungen überlappt werden, um eine Festigkeit in mehreren Richtungen zu erreichen, ohne dabei die Steifigkeit zu beeinträchtigen. Zudem lassen sich beim Aufbau unidirektionale Gewebe mit anderen Gewebearten aus Kohlenstofffasern kombinieren, um verschiedene richtungsabhängige Festigkeitseigenschaften oder optische Effekte zu erzielen.

Unidirektionale Gewebe sind auch in sehr geringen Flächengewichten erhältlich – sogar leichter als ihre gewebten Gegenstücke. Dies ermöglicht eine präzisere Konstruktion von Präzisionsteilen sowie eine exakte Auslegung der Schichtaufbauten.

Zudem ist unidirektionale Kohlefaser im Vergleich zu gewebter Kohlefaser auch wirtschaftlicher. Dies liegt an ihrem geringeren Gesamtfasergehalt und einem weniger aufwändigen Webverfahren. Dadurch lassen sich die Produktionskosten für ansonsten als sehr kostspielig empfundene, jedoch hochleistungsfähige Bauteile senken.

Nachteile von unidirektionalen Kohlenstofffasergeweben
Der größte Vorteil von unidirektionalen Kohlenstofffaserverstärkungen ist zugleich ihr größter Nachteil. Sie eignen sich nicht für Bauteile, die eine hohe anisotrope Festigkeit – also Festigkeit in alle Richtungen – erfordern. Kompositbauteile, die in Automobilen und anderen multidimensionalen Anwendungen eingesetzt werden und eine gleichmäßige Festigkeit in allen Raumrichtungen benötigen, sollten stattdessen mit einer anderen Gewebeart gefertigt werden, etwa einem Leinwand-, Köper- oder Satin-Gewebe. Diese weiteren Gewebearten finden Sie ebenfalls auf unserer Website.

Als weiterer möglicher Nachteil weisen Verbundbauteile aus unidirektionaler Kohlefaser eine sehr schlichte, einfarbige Oberfläche auf. Möchte der Hersteller den charakteristischen, hochwertigen Kohlefaser‑Look erzielen, verwendet er häufig eine einzige Lage gewebten Stoffs als äußerste Schicht seines Laminats. Fahrradrahmen beispielsweise werden üblicherweise mit mehreren Lagen unidirektionaler Gewebe in unterschiedlichen Faserrichtungen aufgebaut, um maximale Festigkeit und Steifigkeit zu erreichen, und anschließend mit einem 3K‑Twill‑Gewebe aus Kohlefaser versehen, um das typische „Signature“‑Erscheinungsbild der Kohlefaser zu erzeugen.