Die Faser-Fibel

Vorbei die Zeiten, da man sich zum Skifahren einfach einen dicken Rolli angezogen hat. Heute ist Skibekleidung hochfunktional und technisch – und genau so hören sich die Produktbeschreibungen an. Für Otto-Normal-Skifahrer ist es oft schwierig, das alles zu bewerten und einzuordnen. Darum schlagen wir hier die Faser-Fibel auf und erklären die Grundlagen

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Baumwollfasern als mikroskopische Aufnahme: Sie saugen Feuchtigkeit im Inneren auf und können aufgrund der Faserverdrehungen nur langsam wieder trocknen.
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Der Begriff Laminat steht für ein mehrschichtiges Material, das fest miteinander verbunden ist. Hier ein 3-lagiges Laminat, bestehend aus einem Oberstoff, Membrane und Futterstoff

Text Ulrike Luckmann Bild Hohenstein Institute, Schoeller Switzerland, Verband Chemiefasern

Skibekleidung bringt in jedem Moment Höchstleistung. Ihre Aufgabe: Sie soll Körperwärme festhalten, vor äußeren Einflüssen wie Kälte, Nässe, Wind und Schnee schützen, aber gleichzeitig den Körper während der sportlichen Bewegung beim Abkühlen unterstützen. Was aussieht wie ein paradoxer Widerspruch, entpuppt sich beim genauen Hinsehen als geniales Funktionssystem.

Unterschiedliche Temperaturen innen und außen

Wie funktioniert das Zusammenspiel von Körper, Klima, Kleidung, das, was Experten „Bekleidungsphysiologie“ nennen? Jeder Mensch hat ein individuelles Temperaturempfinden. Das bedeutet, die Reaktion auf Kälte oder Hitze von außen ist je nach Typ unterschiedlich. Doch egal wie die Reaktion nach außen ist, die innere Körperkerntemperatur von 37 Grad ist bei jedem Menschen gleich. Und sie muss konstant gehalten werden, denn bei zu viel Hitze verändern körpereigene Eiweiße ihre Struktur; bei Unterkühlung kann Sauerstoff nicht mehr ausreichend transportiert werden.

So gesehen ist das ein relativ kleiner Spielraum für den Körper, sein eigenes System am Laufen zu halten.

Betrachtet man, wie viel Wärme (nichts als reine Energie) man beim Sport produziert, wird es interessant: Ein Tour-de-France-Fahrer erzeugt leicht 15.000 Watt pro Wettkampftag, ein Hochleistungssportler etwa 1.000 Watt pro Stunde, ein sportlicher Skifahrer bis zu 600 Watt pro Stunde. Das macht deutlich, dass nicht die äußeren Temperaturen zum Problem werden können, sondern der Wärmeabtransport selbst. Ein Sportler schwankt nämlich ständig zwischen Überhitzung und Auskühlung. Solange man in Bewegung ist, kann man das abschätzen. Aber kommt man plötzlich zur Ruhe, am oder im Lift etwa, ist von einer Minute auf die andere der Wärmeverlust des Körpers größer als die Wärmeproduktion, weil ja keine Bewegung mehr da ist. Die Auskühlung setzt relativ schnell ein. Wind, der durch die Kleidung eindringt (der so genannte Windchill-Effekt), beschleunigt das überproportional.

Schweiß, die körpereigene Klimaanlage

Was passiert mit der ganzen Wärmeenergie, die wir produzieren? Nur etwa ein Drittel geht in die Versorgung der beanspruchten Muskulatur. Den Rest brauchen wir nicht. Sie muss vom Körper weg, aus der Kleidung raus, sonst kommt es zur Überhitzung, im schlimmsten Fall sogar zu einem Hitzschlag, sozusagen die Notbremse des Körpers. Die Wärmeableitung erfolgt zu 10 Prozent über die Atmung und zu 90 Prozent über die Haut. Auf unserer Hautoberfläche, die je nach Körpergröße und Körpervolumen 1,5 bis 2 Quadratmeter groß ist, sind zwei bis vier Millionen Schweißdrüsen verteilt. Sobald es einem warm wird, fangen die Poren an, je nach sportlicher Intensität, bis zu vier Liter Schweiß pro Stunde zu produzieren. Der tritt aus, legt sich wie ein Film auf die warme Hautoberfläche und verdunstet sofort. Das bringt Verdunstungskühlung. Der entstehende Wasserdampf reichert die feine Luftschicht direkt über der Haut an. Da die Verdunstung ein anhaltender Prozess ist, muss schnell wieder Platz für nachkommenden Schweiß geschaffen werden, sonst „steht man im eigenen Saft“ und die Verdunstung klappt nicht mehr. Das bedeutet, die mit Wasserdampfmolekülen angereicherte oder schon gesättigte Luft muss schnellstens raus gebracht werden.

Wie geht das? Ski- und Funktionsbekleidung unterstützt diesen Prozess, indem sie die feuchte, warme Luft durch Ventilationsöffnungen wie Kragen, offene Reißverschlüsse, verstellbare Bündchen, Netzeinsätze und Unterarmzipper entweichen lässt. Das kennt jeder: Man reißt den Reißverschluss auf, und sofort kommt frische, kühle Luft in die Kleidung. Der einfachste Weg. Aber auch der Pumpeffekt, der durch die Bewegung in der Kleidung entsteht, bringt viel Luft nach außen. Ein anderer Weg ist der durch die einzelnen Textilschichten. Moderne Funktionsstoffe bestehen aus synthetisch hergestellten Fasern wie beispielsweise Polyester (PES) oder Polyamid (PA), die auf den Faseroberflächen Wasserdampfmoleküle „transportieren“ können. Die Wanderrichtung der Feuchtigkeit ist durch das Temperaturgefälle von „innen warm“ zu „außen kalt“ vorgegeben. Wäre es außen wärmer als innen, würde es anders herum funktionieren.

Schicht für Schicht im Zusammenspiel

Es ist unschwer zu erkennen, dass natürlich alle textilen Schichten übereinander zusammenarbeiten müssten, damit der Feuchtigkeitstransport von innen nach außen bis in die Umgebungsluft lückenlos funktioniert. Das bedeutet, dass eine Schicht (Lage) im so genannten Bekleidungssystem den Wasserdampf an die nächste Schicht „weiterreicht“, so lange bis er draußen ist. Funktioniert das nicht, würde die Feuchtigkeit irgendwo „hängen“-bleiben und man fühlt sich in den nassen Sachen unwohl. Eine Lage aus Baumwolle hätte beispielsweise diese Wirkung.

Die einzelnen Schichten im Bekleidungssystem können aus beliebig vielen Lagen bestehen und je nach eigenem Wärmebedürfnis miteinander kombiniert werden. Ein funktionelles Bekleidungssystem setzt sich zusammen aus der

• ersten Lage (auch: First Layer, Baselayer): Die Funktionswäsche auf der Haut, die Feuchtigkeit sofort aufnimmt und ein trockenes Gefühl vermittelt

• zweiten Lage (auch: Second Layer, Midlayer): Die wärmenden Schichten, die Körperwärme isolieren, also Skishirt, Fleece, Weste, Pulli

• dritten Lage (auch: Shell): Die Wetterschutzschicht, also Skijacke und Skihose.

Anorak oder Hardshell?

In der klassischen Variante der Skibekleidung steht der Anorak, eine Jacke mit innen eingearbeitetem Wärmevlies oder mit Daunenfüllung. Sie isoliert die Körperwärme und hält warm. Wind und Feuchtigkeit kann dank außen aufgetragener, wasserabweisender Beschichtungen, eingearbeiteter Membranen oder dicht gewebter Stoffkonstruktionen so gut wie gar nicht eindringen.

Aus dem Outdoor-Bergsport inspiriert sind andererseits sogenannte Hardshells und Softshells.

Hardshells sind sehr dünne, leichtgewichtige Wetterschutzjacken ohne eingearbeitete, isolierende Wattierung. Sie bestehen aus einem Laminat, was soviel wie ein mehrschichtiges textiles Flächengebilde bedeutet, bei dem alle Schichten fest miteinander verbunden (verklebt) sind. Eine der Schichten ist eine Membrane. Laut lateinischem Ursprung des Wortes membrana ist das ein „Häutchen“ oder ein „Pergament“. Man kann sich darunter eine empfindliche, dünne Folie vorstellen. Hier gibt es grundsätzlich zwei Konstruktionen: poröse Membranen wie Gore Tex sind schwammähnlich strukturiert. Die mikrokleinen Poren sind so groß, dass Wasserdampfmoleküle leicht durchtreten, die fast 700 Mal größeren Wassertropfen aber nicht eindringen können.

Porenlose, geschlossene Membranen wie Sympatex transportieren Wasserdampfmoleküle im Innern: das kann man sich – vereinfacht ausgedrückt – so vorstellen, als ob die einzelnen Wasserdampfmoleküle „entlang der Membran-Molekülketten“ von innen nach außen weitergereicht werden. Übrigens sind Sympatex-Membranen recyclebar.

Die Membrane „C_Change“ von Schoeller Textil ist so konstruiert, dass sie aktiv auf wechselnde Temperaturen und die steigende Körpertemperatur reagiert und entsprechend der Situation dabei die Atmungsaktivität (Wasserdampfdurchlässigkeit) und die Isolationswerte erhöht oder reduziert.

Wie gesagt, ist die Membran bei den Hardshells Teil eines Laminats. Und für Ski- und Sportfunktionsbekleidung gibt bei diesen grundsätzlich drei Varianten: das 2-Lagen-Laminat („Lage“ hat hier nichts mit dem oben beschriebenen Bekleidungskonzept zu tun) besteht aus einer Membran, verbunden mit einem sehr dünnen, extrem leichten Außenstoff. Hier stehen Leichtigkeit, geringes Packmass und sehr hohe Atmungsaktivität im Vordergrund. Allerdings ist das 2-Lagen-Laminat empfindlich gegen mechanische Belastung.

Kräftiger sind 2,5-Lagen-Laminate mit einem Außenstoff und einer zusätzlichen leichten Innenlage zum Schutz der Membran. Sie sind die Allrounder und geben eine gute Ski- oder Outdoorjacke ab, die man zudem auch mal im Alltag bei Regenwetter tragen kann. Ihre Atmungsaktivität ist für viele sportliche Aktivitäten optimal.

Kompakt und robust sind 3-Lagen-Laminate, die neben einem sehr strapazierfähigen Außenstoff auch ein solches Innenfutter haben. Beide sind mit der Membrane wie ein Sandwich verbunden. Diese Jacken sind unempfindlich gegen mechanische Einflüsse von außen. Die Atmungsaktivität ist von allen drei Varianten die geringste, einfach weil der Wasserdampf durch alle drei Schichten treten muss.

Egal welche Variante man wählt, alle Laminate der Hardshells oder wattierten Skijacken sind mit schmalen Nahtbändern (Tapes) wasserdicht verschweißt. Das bedeutet, dass an gar keiner Stelle Feuchtigkeit von außen eindringt.

Komfortable Softshells

Softshell ist zu einem Überbegriff für Jacken geworden, die in erster Linie hohen Windschutz, manchmal auch gute Wärmeisolation bieten und deren Einsatz vor allem bei trockenem Wetter empfohlen wird. Sie bestehen, je nach Konstruktion, aus zwei oder drei laminierten Materialschichten und sind in der Regel leicht dehnbar. Der Außenstoff ist ein mechanisch sehr widerstandsfähiges und strapazierfähiges Material. Darunter liegt eine Funktionsschicht, das kann eine Membrane sein, und innen ist ein Futterstoff. Je nach Einsatz ist der innenliegende Stoff entweder voluminös, flauschig und isolierend wie ein Fleece oder aus einer Jerseylage. Softshells gibt es in den unterschiedlichsten Konstruktionen, und man sollte sich vorm Kauf genau überlegen, für welchen Sport und bei welchen Außentemperaturen man es benutzen will. Innen integrierte Membranen haben aufgrund der Dehnbarkeit der Textilschichten in der Regel keine verschweißten Nähte.

Funktionswäsche hält die Haut trocken

Doch zurück zur ersten Lage Funktionswäsche auf der Haut. Sie ist verantwortlich für das direkte Wohlbefinden. Stimmt das nicht, kann niemand die Zeit im Powder und auf der Piste genießen. Es gibt verschiedene Faserarten und Wäschekonstruktionen, die aber allesamt die Aufgabe haben, den Schweiß so schnell wie möglich von der Haut zu nehmen, so dass man sich trocken und warm fühlt.

Klassisch ist Funktionswäsche aus künstlich hergestellten, also synthetischen Fasern wie Polyester (PES), Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP). Sie haben alle den Vorteil, dass sie selbst so gut wie keine Feuchtigkeit in sich aufsaugen. Sie quellen nicht auf und können Feuchtigkeit in Form von Wasserdampfmolekülen an ihrer Faseroberfläche transportieren. Das bedeutet, dass sie im Vergleich zu Naturfasern einfacher zu pflegen sind und schneller wieder trocknen. Der Nachteil synthetischer Funktionswäsche ist, dass sie, je nach Faserqualität und Ausrüstung, schnell mal unangenehm nach Schweiß riechen. Was viele nicht wissen: Es ist nicht der Schweiß, der stinkt, sondern die Ausscheidungen der Bakterien, die sich im wohlig warmen, feuchten Klima auf der Haut und in der Wäsche hemmungslos vermehren. Rüstet man beispielsweise Fasern von Funktionswäsche mit Silberionen aus, wird den Bakterien der Nährboden entzogen, und das dadurch reduzierte Wachstum vermindert automatisch die Geruchsentwicklung.

Weil synthetische Fasern in einem chemischen Spinnprozess hergestellt werden, kann man sowohl den Querschnitt als auch die Größe der Ober-fläche „konstruieren“. Je größer die Faseroberfläche, desto höher ist der Feuchtigkeitstransport. Mehrkanalfasern wie Coolmax (siehe Grafik S. 101) beispielsweise schaffen es, im gleichen Zeitraum etwa 20 Prozent mehr Feuchtigkeit nach außen zu bringen als klassisch runde Fasern.

Besonders gut eignen sich Mikrofasern für Funktionswäsche, denn jede besteht aus sehr vielen, extrem feinen Einzelfibrillen. Zusammengerechnet ergibt sich daraus eine extrem große Faseroberfläche, auf der natürlich jede Menge Wasserdampfmoleküle Platz haben. Mikrofleecewäsche eignet sich hervorragend für schweißintensiven Sport bei kalten Temperaturen, nicht nur weil sie viel Schweiß nach außen bringt, sondern weil sie in den vielen mikrofeinen Zwischenräumen der Fibrillen und Maschen winzige Luftkammern einschließt, die wiederum Körperwärme isoliert. Neue Materialien wie Breath Thermo von Mizuno nutzen die Körperfeuchtigkeit sogar noch dazu, Wärme zu erzeugen. Dabei umhüllt eine spezielle Ummantelung die Faser, die sich dadurch auch bei Feuchtigkeitsaufnahme nicht ausdehnen kann. Hierdurch entsteht Reibungsenergie, die als Wärme abgestrahlt wird.

Wolle auf der Haut?

Wer statt moderner synthetischer Fasern lieber natürliche bevorzugt, hat bei Funktionswäsche nur eine kleine Auswahl. Das ist leicht zu verstehen, wenn man das Funktionsprinzip verdeutlicht: Naturfasern wie Baumwolle oder Wolle haben alle die grundsätzliche Eigenschaft, dass sie Feuchtigkeit in die Fasern aufsaugen, anstatt sie, wie synthetische Fasern, an die Faseroberfläche zu transportieren. Die Aufnahmefähigkeit kann bis zu 40 Prozent des eigenen Gewichts betragen. Baumwolle, Viskose und alle anderen regenerierten Fasern saugen sich, ähnlich wie ein Löschblatt, voll, quellen auf und trocknen langsam. Dann schließen sich die Zwischenräume im Maschengestrick und die Luftzirkulation wird unterbrochen. Das macht sie für den Sport ungeeignet. Während der Bewegung merkt man das meist gar nicht, aber sobald die Wärmeproduktion in einer Ruhephase oder nach dem Sport nachlässt, kühlt der Stoff sofort aus und liegt feucht und klamm auf der Haut. Man mischt allerdings solche Fasern manchmal mit synthetischen oder mit Merino-, Angora- oder Cashmerefasern, um die Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit der Wäsche noch zu erhöhen.

Die Wolle, und dazu gehört auch Merino, quillt grundsätzlich nicht. Die Eiweißfaser mit hoher Aufnahmekapazität hat außerdem eine hervorragende, natürliche Temperaturregulierung, die sie fast einzigartig macht. Nur Seide kann das auch. Das bedeutet, Merino wärmt, wenn es kalt ist und kann bei warmen Temperaturen kühlend wirken. Sie fühlt sich im Gegensatz zu Baumwolle auch im feuchten Zustand nicht nass an. Leider trocknet sie nur langsam. Während Merino (deren Wirkungsweise wir ausführlich im November-Heft beschrieben haben) feine Fasern hat, die einen wunderbar weichen Griff erzeugen, verändert die „gute alte“, relativ grobe Wollfaser aus Großmamas Wollpullover ihre Schuppenstruktur und beginnt im feuchten Zustand zu kratzen.

Infos für alle, die mehr über Fasern, deren Zusammenhänge und Hintergründe wissen möchte: www.touchbuch.com

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