Das Geheimnis der Verbundstoffe

Verbundstoffe sind feste Stoffe, die entstehen, wenn zwei oder mehr Substanzen zusammengefügt werden, damit sie eine neue Substanz bilden, deren Eigenschaften die der Ausgangsstoffe übertreffen. Das kann an Hand des Verbundwerkstoffs Fiberglas veranschaulicht werden, der allgemein zur Herstellung von Schiffsrümpfen, Angelruten, Bogen, Pfeilen und anderen Sportartikeln verwendet wird.a Fiberglas wird hergestellt, indem man dünne Glasfasern in eine flüssige oder gelartige Kunststoffmatrix einbettet (in ein Polymer). Nach dem Aushärten des Polymers entsteht ein leichter Verbundwerkstoff, der stabil und biegsam ist. Durch Veränderung der Fasern und der Matrix kann eine beachtliche Vielzahl verschiedener Werkstoffe hergestellt werden. Natürlich sind diese künstlichen Verbundstoffe, verglichen mit denen beim Menschen sowie bei Tieren und Pflanzen, noch sehr unausgereift.

Bei Menschen und Tieren bildet an Stelle der Glasfasern ein fasriges Protein, das Kollagen, die Grundlage der Verbundstoffe, die der Haut, dem Darm, dem Knorpelgewebe, den Sehnen, den Knochen und den Zähnen (außer dem Zahnschmelz) die Festigkeit verleihen.b Gemäß einem Nachschlagewerk gehören die Verbundstoffe auf Kollagenbasis „zu den fortschrittlichsten Verbundwerkstoffen, die bekannt sind“.

Betrachten wir beispielsweise die Sehnen, welche die Muskeln mit den Knochen verbinden. Bei den Sehnen ist nicht nur die Reißfestigkeit ihrer Kollagenfasern bemerkenswert, sondern auch die hervorragende Verflechtung dieser Fasern. In dem Buch Biomimicry schreibt Janine Benyus, daß sich die entflochtene Sehne „durch eine fast unglaublich vielschichtige Präzision auszeichnet. Die Unterarmsehne gleicht einem verdrillten vieladrigen Seil, das Drahtseilen einer Hängebrücke ähnelt. Jeder einzelne Draht wiederum besteht aus miteinander verflochtenen dünneren Drähtchen. Jedes dieser dünnen Drähtchen ist wiederum ein verwundenes Molekülbündel, das seinerseits, wie zu erwarten, ein spiralförmiges Bündel von Atomsträngen ist. Immer wieder kommt mathematische Schönheit zum Vorschein.“ Die Sehne ist, wie die Autorin sagt, „genial konstruiert“. Überrascht es daher, wenn Wissenschaftler davon reden, daß der Aufbau in der Natur sie inspiriert? (Vergleiche Hiob 40:15, 17.)

Wie bereits erwähnt, verblassen künstliche Verbundstoffe neben den Werkstoffen in der Natur. Dennoch sind Kunststoffe bemerkenswert. Sie werden sogar unter die zehn herausragendsten technischen Errungenschaften der letzten 25 Jahre eingereiht. Verbundwerkstoffe auf Graphit- oder Kohlefaserbasis haben zum Beispiel neuartige Flugzeug- und Raumfahrzeugbauteile ermöglicht, neue Sportartikel, Formel-1-Rennwagen, Jachten und leichte künstliche Gliedmaßen, um nur einige wenige Artikel aus der schnell wachsenden Produktliste zu nennen.