Warum kann eine 0,7 mm dünne Y-Warm-Schicht wärmedämmen?

Die kurze Antwort: Die Wärmedämmung einer einzelnen, etwa 0,7 mm dünnen Schicht Y-Warm YW-01 beruht vor allem auf ihrer gezielt aufgebauten, geschlossenzelligen Polymerstruktur. Sie benötigt dafür keine voluminöse Faserschicht. Ihre überwiegend geschlossenen Zellen haben Durchmesser von etwa 30–190 µm; die Polymer-Zellwände sind etwa 20–280 nm dick. Die vielen voneinander abgegrenzten Gasräume schränken großräumige Gasbewegungen im Material ein. Gleichzeitig beeinflussen der geringe Feststoffanteil und die Geometrie des Polymergerüsts die Wärmeleitung im Festkörper.

Je nach Prüfverfahren und Prüfbedingungen wurden für Y-Warm Wärmeleitfähigkeiten von etwa 0,018–0,025 W/(m·K) ermittelt. Als repräsentativer Referenzwert wird ungefähr 0,020 W/(m·K) verwendet. Diese Werte beschreiben nicht unmittelbar die Wärmeleistung eines fertigen Kleidungsstücks. Y-Warm ist ein passiver Dämmstoff: Das Material erzeugt keine Wärme, sondern verlangsamt die Wärmeübertragung von der wärmeren zur kälteren Seite.

Bedingungen und Grenzen der Angaben

• Dicke und Produktvariante: Die      Angabe 0,7 mm bezieht sich auf eine einzelne Schicht YW-01. Ein      berichteter Zugewinn von etwa +10 °C bei der empfundenen Wärme stammt aus      festgelegten Vergleichsbedingungen. Er bedeutet weder einen allgemeinen      Anstieg der Körpertemperatur noch eine garantierte Temperaturdifferenz bei      jeder Kleidung, Aktivität oder Witterung.

• Gebrauch und Verarbeitung: Der      angegebene Einsatztemperaturbereich liegt bei etwa −50 °C bis 150 °C. Daraus lässt sich kein zulässiger Verarbeitungsbereich ableiten. Verfahren, bei denen      oberhalb von etwa 100 °C gleichzeitig hoher Druck einwirkt, sollten      vermieden werden, weil die Rückstellfähigkeit der      Zellstruktur leiden kann.

• Flexibilität und Dehnung: Y-Warm      lässt sich biegen, zuschneiden und vernähen, ist aber weder bauschig noch      stark dehnbar. Die Dehnung in Kett- und Schussrichtung ist begrenzt; als      Dämm-Zwischenschicht in Bekleidung aus Geweben ist es deshalb besonders      geeignet.

• Konfektionierung: Eng gesetzte      Steppnähte können das Material steifer machen und den Griff      beeinträchtigen. Eine vollflächige Klebelaminierung kann den      Wasserdampftransport deutlich einschränken und sollte vermieden werden,      wenn Atmungsaktivität und Feuchtigkeitsmanagement erforderlich sind.

Wie wird Wärme durch eine Dämmschicht übertragen?

In einem trockenen Dämmstoff tragen vor allem Wärmeleitung im Festkörper, Wärmeübertragung in der Gasphase und Wärmestrahlung zum Wärmetransport bei. Bei faserbasierten Dämmstoffen bleibt Luft zwischen den Fasern eingeschlossen; die Fasern selbst bilden zugleich feste Wärmeleitpfade. Die gesamte Wärmeleitfähigkeit hängt unter anderem vom Anteil der Fest- und Gasphase, der Dichte, der Porenstruktur, der Strahlung und der Temperatur ab.

Warum setzen herkömmliche Faserdämmungen auf Dicke und Bauschigkeit?

Daunen, Fell, Naturfasern und synthetische Füllvliese bilden dreidimensionale, bauschige Strukturen mit vielen Lufträumen. Trockene, ruhende Luft besitzt bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 0,026 W/(m·K). Eine dickere Schicht mit eingeschlossener, relativ ruhender Luft kann deshalb einen höheren Wärmewiderstand bieten. Geht die Bauschigkeit stark zurück, wird auch die wirksame Luftschicht dünner und der Wärmewiderstand des Systems sinkt.

Y-Warm verfolgt einen anderen Aufbau: Abgegrenzte Gasräume sind unmittelbar in eine sehr dünne Polymerstruktur integriert. Dieser strukturelle Unterschied erlaubt für sich allein noch keine Aussage darüber, welche fertige Jacke wärmer hält.

Wie ist die Mikrostruktur von Y-Warm aufgebaut?

Dreidimensionale Nano-CT- und mikroskopische Analysen zeigen eine zelluläre Struktur aus flexiblem Polymer mit überwiegend voneinander abgegrenzten, geschlossenen Zellen:

Die Zellen liegen im Mikrometerbereich; die Angabe in Nanometern bezeichnet die Zellwände. Die effektive Wärmeleitfähigkeit ergibt sich nicht aus einer einzigen geometrischen Größe. Zellabmessungen, Feststoffanteil, Gaszusammensetzung, Anteil geschlossener Zellen, Materialchemie und Wärmestrahlung wirken zusammen.

Wie beeinflusst die geschlossenzellige Struktur den Wärmetransport?

Geschlossene Zellen begrenzen großräumige Gasbewegungen

Gas überträgt Wärme durch molekulare Wärmeleitung und kann unter geeigneten räumlichen und thermischen Bedingungen auch Konvektion ermöglichen. Y-Warm unterteilt die Gasphase in viele kleine, physisch voneinander getrennte Räume. Dadurch wird eine großräumige Gaszirkulation durch das Material stark eingeschränkt und der konvektive Wärmetransport unterdrückt. Die Wärmeleitung durch das eingeschlossene Gas bleibt bestehen; die Gasphase trägt weiterhin zum gesamten Wärmetransport bei.

Die Zellen mit 30–190 µm Durchmesser sind unter normalen atmosphärischen Bedingungen wesentlich größer als die mittlere freie Weglänge von Luftmolekülen. Die Dämmwirkung sollte daher nicht hauptsächlich mit dem klassischen Knudsen-Effekt nanoskaliger Poren in Aerogelen erklärt werden.

Das Polymergerüst beeinflusst die Wärmeleitung im Festkörper

Auch das feste Polymergerüst leitet Wärme. Bei Y-Warm bilden dünne Zellwände ein zelluläres Netzwerk mit geringem Feststoffanteil. Verglichen mit einer dichten Polymerschicht gleicher Gesamtdicke steht damit weniger durchgängiges Festmaterial für die Wärmeleitung zur Verfügung. Wie groß der Beitrag der Festphase ist, hängt außerdem von der Wärmeleitfähigkeit des Polymers, dem Feststoffvolumenanteil, der Wandgeometrie, den Verbindungen im Netzwerk und den tatsächlich wirksamen Wärmeleitwegen ab.

Wärmestrahlung gehört zur Gesamtbetrachtung

Y-Warm besitzt eine mikroskopisch strukturierte Oberfläche; zudem wurde eine hohe Emissivität im fernen Infrarotbereich gemessen. Die Strahlungseigenschaften hängen unter anderem von Materialzusammensetzung, Oberflächenform, Wellenlänge und Temperatur ab. Sie sind ein Bestandteil des gesamten thermischen Verhaltens, aber keine eigenständige Erklärung für die geringe Wärmeleitfähigkeit. Eine hohe Emissivität bedeutet auch nicht, dass das Material Wärme erzeugt.

Warum sind geringe Wärmeleitfähigkeit und Flexibilität vereinbar?

Die Wärmeleitfähigkeit wird wesentlich von den möglichen Wärmeleitwegen bestimmt. Die Flexibilität hängt dagegen von Chemie, Morphologie, Dicke und Verformungsverhalten des festen Gerüsts ab. Klassische Silica-Aerogele besitzen ein hochporöses anorganisches Netzwerk im Nanometerbereich; ohne Verstärkung oder Einbindung in einen Verbundwerkstoff ist ihr Silica-Gerüst typischerweise spröde.

Y-Warm verwendet ein Gerüst aus flexiblem Polymer. Das Material kann sich biegen und wieder zurückstellen sowie zugeschnitten und vernäht werden, während seine gering dichte, geschlossenzellige Struktur erhalten bleibt. Y-Warm ist kein Silica-Aerogel.

Welche technischen Angaben gelten für Y-Warm YW-01?

Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit: Y-Warm ist sehr dünn, leicht, komprimierbar und an der Oberfläche strukturiert. Die Ermittlung seiner Wärmeleitfähigkeit ist daher mit größeren Unsicherheiten verbunden als bei dicken, starren und homogenen Dämmstoffen. Prüfverfahren, Probenvorbereitung, thermischer Kontaktwiderstand, Druck, Temperatur und Gerätekonfiguration können das Ergebnis beeinflussen. Konkrete Messwerte sollten nach Möglichkeit zusammen mit Methode und Bedingungen angegeben werden.

Was zeigt der Vergleich mit Daunen und Aerogel?

Die folgenden ungefähren Wärmeleitfähigkeiten bei Raumtemperatur veranschaulichen unterschiedliche Materialstrukturen. Sie sind keine Rangliste der Wärmeleistung fertiger Kleidungsstücke.

Die Werte für Daunen und Faserstrukturen können je nach Dichte, Bauschigkeit, Feuchtegehalt, Prüfverfahren und Aufbau erheblich schwanken.

Wärmeleitfähigkeit und Wärmewiderstand bezeichnen verschiedene Eigenschaften. Für eine vereinfachte homogene Schicht gilt näherungsweise:

R ≈ d / λ

Dabei ist R der Wärmewiderstand in m²·K/W, d die Schichtdicke in Metern und λ die Wärmeleitfähigkeit in W/(m·K). Eine dicke Daunen- oder Synthetikfüllung kann daher einen deutlich höheren gesamten Wärmewiderstand bieten als eine einzelne 0,7-mm-Schicht Y-Warm, selbst wenn deren Wärmeleitfähigkeit geringer ist. Y-Warm ist vor allem für Konstruktionen interessant, in denen Dicke, Gewicht, Flexibilität und Platz eng begrenzt sind.

Warum reichen CLO und Rct allein nicht zur Beurteilung aus?

CLO und Rct sind nützliche Kenngrößen für den Wärmewiderstand von Bekleidung und textilen Systemen. Dieser Widerstand hängt jedoch stark von der Dicke ab. Für eine vereinfachte homogene Schicht und die im englischen Ausgangstext verwendete Umrechnung gilt:

R ≈ d / λ

CLO = R / 0,155

CLO ≈ d / (λ × 0,155)

Dabei wird R in m²·K/W eingesetzt. Auch bei geringer Wärmeleitfähigkeit ist der absolute Wärmewiderstand einer 0,7 mm dünnen Schicht im Vergleich zu einer wesentlich dickeren Dämmschicht begrenzt. CLO und Rct bleiben aussagekräftig, sollten bei ultradünnen Materialien aber zusammen mit Wärmeleitfähigkeit, Dicke, Schichtaufbau und anwendungsbezogenen Prüfungen betrachtet werden.

Wie hängen Feuchtigkeitsaufnahme, Trocknung und Wärmedämmung zusammen?

Y-Warm enthält hydrophile Funktionen im Polymersystem. Im englischen Ausgangstext wird unter Bezug auf GB/T 21655.1-2023 eine Wasseraufnahme von etwa 280 % vor und 279 % nach dem Waschen angegeben. In einem Vergleichstest erreichte das Material trotz einer relativ großen aufgenommenen Feuchtigkeitsmenge nach etwa 60 Minuten wieder einen trockenen Zustand.

Für Bekleidung und Schuhe ist Feuchtigkeit relevant, weil sie das Wärmeempfinden und den Tragekomfort beeinflussen kann. Wasseraufnahme, Trocknung und Wärmedämmung sind jedoch getrennte Eigenschaften. Aus den genannten Werten lässt sich keine bestimmte Dämmleistung im feuchten Zustand ableiten. Diese hängt unter anderem vom Feuchtegehalt, der Temperatur, dem Aufbau des fertigen Produkts und den Prüfbedingungen ab und muss gesondert untersucht werden.

Für welche Anwendungen kommt Y-Warm infrage?

• Bekleidung: als Zwischenschicht      zwischen Außenstoff und Futter, beispielsweise entlang der Ränder      einzelner Schnittteile befestigt.

• Schuhe: zwischen Obermaterial,      Futter oder weiteren Konstruktionsschichten, mit abgestimmter Laminierung      oder durch Nähen eingearbeitet.

• Handschuhe und Kopfbedeckungen:      wenn die Dicke der Dämmschicht und die Bewegungsfreiheit wichtig sind.

• Outdoor-Ausrüstung: wenn eine      kompakte Dämmung mit wenig zusätzlichem Volumen benötigt wird.

• Automobil- und Industrieanwendungen: als Zwischenschicht bei begrenztem Platz und Gewicht; der      konkrete Aufbau muss für die jeweilige Anwendung geprüft werden.

Neben YW-01 nennt der englische Ausgangstext die Varianten YW-02, YW-03, YW-04 und FR-02 für unterschiedliche mechanische und anwendungsbezogene Anforderungen. Die Angaben zur 0,7-mm-Schicht dürfen nicht ungeprüft auf andere Varianten übertragen werden.

Für die Verarbeitung ist zu beachten, dass eng gesetzte Steppnähte die Steifigkeit erhöhen können und eine vollflächige Klebelaminierung den Wasserdampftransport einschränken kann. Laut Ausgangstext sind Hand- oder Maschinenwäsche mit kaltem Wasser und Trocknen bei niedriger Temperatur möglich. Die Pflege des fertigen Produkts hängt jedoch auch von seinen übrigen Materialien und Verbindungen ab.

Fazit

Die Dämmwirkung einer 0,7 mm dünnen Y-Warm-Schicht entsteht durch das Zusammenspiel ihrer Materialstruktur: Mikrometergroße geschlossene Zellen begrenzen großräumige Gasbewegungen; dünne Polymer-Zellwände und ein geringer Feststoffanteil beeinflussen die Wärmeleitung im festen Gerüst. Auch Wärmeleitung im Gas und Wärmestrahlung bleiben Teil der Gesamtbetrachtung.

Y-Warm bietet damit eine flexible, sehr dünne Dämmschicht für Anwendungen mit wenig verfügbarem Raum. Wie warm ein fertiges Produkt tatsächlich hält, muss anhand seiner gesamten Konstruktion und der vorgesehenen Einsatzbedingungen beurteilt werden.

Häufige Fragen

1. Kann eine 0,7 mm dünne Schicht Y-Warm eine Daunenjacke ersetzen?

Nicht pauschal. Eine Daunenjacke erzielt ihren Wärmewiderstand vor allem durch eine dicke, bauschige Struktur mit eingeschlossener Luft. Y-Warm erreicht eine geringe Wärmeleitfähigkeit durch seine dünne, geschlossenzellige Polymerstruktur. Eine einzelne Schicht YW-01 ist deshalb nicht generell mit einem vollständigen Daunen-Dämmsystem gleichzusetzen.

2. Ist Y-Warm ein Aerogel?

Nein. Y-Warm ist ein flexibler, geschlossenzelliger Dämmstoff auf Polymerbasis. Die Zellen sind etwa 30–190 µm groß, die Zellwände etwa 20–280 nm dick. Herkömmliche Silica-Aerogele besitzen dagegen ein nanoporöses anorganisches Netzwerk. Ihre Wärmeleitfähigkeitsbereiche können sich unter bestimmten Prüfbedingungen überschneiden, ihre Strukturen und Materialeigenschaften sind aber verschieden.

3. Sind die Zellen von Y-Warm kleiner als 70 nm?

Nein. Die Zellgrößen liegen bei etwa 30–190 µm. Die Angabe 20–280 nm bezieht sich auf die Polymer-Zellwände. Daher lässt sich die geringe Wärmeleitfähigkeit von Y-Warm nicht hauptsächlich durch den klassischen Knudsen-Effekt nanoporöser Aerogele erklären.

4. Wie dämmt Y-Warm, wenn es Feuchtigkeit aufgenommen hat?

Y-Warm besitzt sowohl eine geschlossenzellige Dämmstruktur als auch eine hydrophile Funktion. Die berichtete Wasseraufnahme von etwa 280 % vor beziehungsweise 279 % nach dem Waschen beschreibt jedoch keine konkrete Dämmleistung im feuchten Zustand. Dafür sind gesonderte thermische Messungen unter definierten Feuchte- und Einsatzbedingungen nötig.

5. Welche Temperaturen sind beim Einsatz und bei der Verarbeitung zu beachten?

Der angegebene Einsatztemperaturbereich liegt bei etwa −50 °C bis 150 °C. Er ist nicht mit den Verarbeitungsbedingungen gleichzusetzen. Prozesse mit gleichzeitiger Druckeinwirkung bei Temperaturen oberhalb von etwa 100 °C sollten vermieden werden, weil sie die Rückstellfähigkeit der Zellstruktur beeinträchtigen können.

6. Warum sollte Y-Warm nicht allein nach seinem CLO-Wert beurteilt werden?

CLO beschreibt den Wärmewiderstand und hängt damit auch von der Dicke ab. Eine einzelne 0,7-mm-Schicht hat selbst bei geringer Wärmeleitfähigkeit einen begrenzten absoluten Wärmewiderstand. Für die Beurteilung sind zusätzlich Wärmeleitfähigkeit, Schichtdicke, Produktaufbau und anwendungsbezogene Prüfungen erforderlich.