Werkstoffliche Aspekte - Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe - page 42

Glasfasern für deren Herstellung ein hoher Energieeinsatz durch das Aufschmelzen der Kom-
ponenten bei ca. 1500°C erforderlich ist.
Bild 30 Knochen sind biogene Verbundwerkstoffe mit Kollagen als Faser und Calciumhydroxylapatit als
Matrix. Auch beim Verbundwerkstoff Knochen zeigt sich eine strukturelle Hierarchie, die man bei vielen
Biopolymeren wie Kollagen, Wolle und Chitin findet. Die Skala der Strukturebenen reicht von Nanome-
tern bis Millimeter, umfasst demnach einen Dimensionsbereich von 10 6 . Mit freundlicher Genehmigung
von Prof. Dr. P. Fratzl, MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung [39], [40].
Die Idee der Verbundwerkstoffe ist nicht neu. Bereits 2700 vor Beginn unserer Zeitrechnung,
in der Epoche des Pharaos Djoser, verwendete der Baumeister Imhotep Nilschlammziegel, die
aus Nilschlamm, Sand und in Wasser gequollenem Stroh gefertigt wurden [1]. Diese wurden in
Formen verfestigt und zur endgültigen Aushärtung an der Luft getrocknet. Mit diesem Baustoff
konnten größere Bauwerke errichtet werden als mit unverstärkten Ziegeln. Die Inca und Maya
verwendeten Pflanzenfasern in Töpferware, um höhere Zähigkeit und geringere Rissfortpflan-
zung zu erreichen. Die Inuit setzen Moos ein, um die werkstofflichen Eigenschaften von Eis zu
verbessern. Eis ist zweifellos ein sehr harter aber spröder „Werkstoff“ - Moos besitzt offen-
sichtlich genau die gegensätzlichen Eigenschaften. Die Kombination beider Stoffe führt zu
einem Verbundwerkstoff, der wesentlich bessere Eigenschaften bezüglich Zähigkeit und Riss-
ausbreitung besitzt als Eis ohne Moos als „Verstärkungsfaser“. Das eindrucksvolle Experiment,
je einen Eisblock ohne Moosverstärkung und einen Eisblock mit Moosverstärkung mit einem
Hammer zu zertrümmern sei jedem Verbundwerkstoff-Interessierten empfohlen.
Auch bei den Verbundwerkstoffen hat die Natur als Vorbild gedient. Knochen sind aus dem
Protein Kollagen und Calciumhydroxylapatit mit der Summenformel Ca 5 [OH(PO 4 ) 3 ] aufgebaut
und zeigen eine strukturelle Hierarchie, die sich bei vielen komplexen biogenen Stoffen wie
Wolle, Kollagen, Seide usw. findet (siehe Bild 30) [39]. Auch das Dentin der Zähne besteht