Verbundwerkstoffe

Michael sucht sich ein neues Zelt aus. Dieses hat Stangen aus Aluminium, und dieses hat Stangen aus Fiberglas. Hmm … Michael weiß, dass Aluminium ein Leichtmetall ist, aber was ist Fiberglas? Fiberglas ist ein Material aus extrem dünnen Glasfäden – Glasfasern, kombiniert mit einem Polymer. Diese beiden Materialien haben sehr unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften.

Glasfasern sind steif und stark, aber sehr spröde, während Polymere normalerweise schwach, aber flexibel sind. Wenn Glasfasern und das Polymer kombiniert werden, bindet das Polymer die Glasfasern zusammen. Es fügt auch Flexibilität hinzu und macht das Material leicht und biegbar. Die Glasfasern verstärken das Polymer, machen das Material steifer und fester. Das resultierende neue Material – Glasfaser – hat wünschenswerte Eigenschaften wie Festigkeit, Steifheit, Elastizität und geringes Gewicht, während unerwünschte Eigenschaften wie Sprödigkeit eliminiert werden.

Deshalb wird Glasfaser nicht nur für die Herstellung von Zeltstangen verwendet, sondern auch für Teile von Autos, Flugzeugen und vielem mehr! Glasfaser ist ein Beispiel für ein Verbundmaterial. Verbundwerkstoffe oder einfach Verbundwerkstoffe, bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien. Mindestens eines dieser Materialien liegt in Form von dünnen Fasern oder Fragmenten vor. Diese sind in ein anderes Material – eine Matrix – eingebettet.

Die Matrix bindet die Fasern zusammen, und die Fasern wirken als Verstärkung für die Matrix. Die Materialien lösen sich nicht ineinander auf oder kombinieren sich chemisch. Sie bleiben getrennt und behalten ihre ursprünglichen Eigenschaften. Neben Glasfaser sind auch stahlverstärkter Beton kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder Sperrholz gängige Verbundwerkstoffe. Obwohl einige Verbundwerkstoffe technologisch ziemlich fortgeschritten sind, sind sie keine Erfindung der Neuzeit.

Menschen haben sie schon in der Antike erschaffen! Archäologen haben alte Ziegel aus Schlamm und Ton verstärkt mit Pflanzenmaterial, wie Gras oder Stroh, gefunden. Dank der in die Lehmmatrix eingebetteten Pflanzenfasern könnten diese Ziegel viel größere Lasten tragen. Das machte sie stärker als andere Steine nur aus Ton. Viele Verbundmaterialien werden entwickelt und von Menschen hergestellt, aber nicht alle.

Dein eigenes Skelett ist ein Beispiel für ein natürliches Komposit! Deine Knochen bestehen aus langen Proteinfasern – Kollagen, eingebettet in eine Matrix aus harten Kristallen aus kalziumhaltigen Mineralien. Die Mineralkristalle machen deine Knochen hart, steif und spröde, während Kollagen Elastizität und Zähigkeit hinzufügt. Zusammen machen sie dein Knochen steif genug, um deinen Körper aufrecht zu halten, und elastisch genug, um nicht zu leicht zu reißen. Verbundwerkstoffe sind Kombinationen aus zwei oder mehr Materialien, die miteinander verbunden sind.

Jedes der Materialien behält seine ursprünglichen Eigenschaften. Zusammengefasst bedeuten diese Eigenschaften, dass das Verbundmaterial seine Aufgabe besser erfüllt, als seine Bestandteile allein es würden.