Grundlagen der Faserbewertung

Vortrag  zur Bewertung von Alpakafasern,

gehalten auf der Jahreshauptversammlung der Alpaca Association eV in Gießen am 24.10.2009

Damit die Messwerte, mit denen wir die Faser bewerten, verstanden werden können, möchte ich zunächst einmal die Messmethoden vorstellen, denn hier gibt es einige entscheidende Unterschiede, die Konsequenzen für die Beurteilung haben.

Anschließend gehe ich auf die einzelnen Messparameter ein und beschreibe Sie genauer.

Den Abschluss soll eine Beurteilung bilden: was bringen mir die Messergebnisse, welche Konsequenzen hat das für die Nutzung der Faser und die Beurteilung des Zuchtwertes meiner Alpakas (verkürzt: „wofür ist die Fasermessung gut“).

Um in der Vielzahl der möglichen Messtechniken den Überblick nicht zu verlieren, empfiehlt es sich, die Auswahl zu reduzieren auf die Verfahren, die von der

IWTO = International Wool Testing Organisation und der

American Society for Testing and Materials (ASTM) sowie der Australian Wool Testing Authority Ltd. (AWTA) anerkannt sind.

Zunächst einmal beschreibe ich die nach diesen Kriterien derzeit gängigen Messverfahren.

Das älteste noch durchgeführte und anerkannte Verfahren sind das

Auflichtmikroskop und die Airflow-Messung.

Beide beruhen auf der Veränderung, die ein Lichtstrahl bzw. ein Luftstrahl erfahren, wenn sie auf feste Körper treffen. Diese Veränderungen werden einer Maßeinheit zugeordnet, die definiert ist.

An der Beschreibung erkennt man schon, dass es sich um  indirekte Verfahren handelt, die somit zwar nicht ungenau, aber aufwendig und kompliziert sind.

Weil ein Messwert wie die Curvature dadurch sogar beeinflußt werden kann (der Druck verringert die Kräuselung), sind beide Methoden nicht für alle Messparameter gleich gut geeignet.

Beide Verfahren werden seit ca. 10 Jahren in Australien kaum noch verwendet.

Dazu hat die Entwicklung des (meist Sirolan-)Laserscans beigetragen:

Die Faser wird in 2-mm-lange Stückchen geschnitten, die in eine Lösungsflüssigkeit gegeben werden (Isoproanol und Wasser). Diese wird dann in Schläuchen durch das Gerät geführt, die an einer Stelle von einem Laserstrahl durchleuchtet werden.

Die Unterbrechung des Laserstrahls ist entsprechend der Dicke der Faser und wird dann gemessen und statistisch ausgewertet.

Es ist unschwer zu erkennen, daß auch dieses Verfahren nicht einfach durchzuführen ist, es kommt noch die Brandgefahr durch den verwendeten Alkohol hinzu.

Große Labors haben aber auch heute noch die Möglichkeit, mit diesem Gerät zu messen.

Die häufigste Anwendung in Deutschland ist bekannt durch die Fa. Yocom Mc Coll.

Sie bietet dabei zwei verschiedene Systeme an für die Vorbereitung der Faser zur Messung mit dem Laserscan:

Das Guillotinieren, bei dem nur an der Schnittstelle der Faser, der Basis, die kleinen 2-mm-Stückchen abgeschnitten werden (der Rest wird verworfen) die Messung durchgeführt wird und so nur die Bewertung der letzten 2-4 Wochen vor dem Abschneiden ermöglicht

und

die Minicore-Methode, bei der die Faser in der ganzen Länge in 2-mm-Stücke zerschnitten wird und somit die Werte des gesamten Faserwachstums (üblicherweise des gesamten vergangenen Jahres seit dem letzten Scheren) gemessen werden.

Diese beiden Verfahren der Faserzerkleinerung können auch mit einer anderen, derzeit wohl anerkanntesten Methode verwendet werden, dem Optical Fibre Diameter Analyser (OFDA).

Dieses Verfahren bietet gegenüber den obigen eine große Anzahl Vorteile:

Von den in 2-mm-Stückchen geschnittenen Fasern, gleichmäßig verteilt und fixiert zwischen zwei Glasplatten,  wird ein Computerbild erstellt, das der Computer dann auswertet: an klar einzeln liegenden Fasern wird der Faserdurchmesser gemessen, die Werte gespeichert.

-          Da an Vorbereitung nur das Zerkleinern erforderlich ist, sind die Messungen schnell und unkompliziert zu machen, die Fotos können gespeichert und archiviert, somit immer wieder neu ausgewertet werden.

-          Der gesamte Prozess ist sehr schnell.

-          Eine Faser kann in jedem Stadium der Herstellung eines Produkts gemessen werden: sowohl Rohwolle als auch Garn und Kleidungsstücke können analysiert werden.

-          Auch Crimp und Medullation (Primär- und Sekundärfollikelfasern) können gemessen werden

-          Ist eichfähig, d.h. das Werte von heute direkt mit Werten vom nächsten Jahr verglichen werden können, da bei diesem Verfahren Verunreinigungen keine Verfälschung ergeben.

Voraussetzung ist die Einhaltung einer gleichmäßigen Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei jeder Messung

An dieser Stelle wurde ein Film der OFDA über das Gerät OFDA 100 gezeigt.

Das OFDA 2000 hat neben der Möglichkeit, die gleichen Messungen wie das OFDA 100 durchzuführen, noch einige andere Vorteile:

-          Es ist transportabel (Nachteil: in unterschiedlichen Umgebungen unterschiedliche Luftfeuchte und Temperatur = keine eichfähige Messung unter diesen nicht genormten Bedingungen)

-          Es ist in der Lage, die Faser in der ganzen Länge am Stück zu messen.

Das bedeutet, dass Faserpartien parallel gemessen werden können, die zur gleichen Zeit gewachsen sind. So kann der Einfluss von Nahrung, Jahreszeit, Trächtigkeit, besondere Behandlungen, Erkrankungen über das ganze Jahr verfolgt werden. Das bietet die Möglichkeit, solche Einflussfaktoren günstig für die Faserentwicklung zu beeinflussen, aber auch nach Genetik zu selektieren, die weniger anfällig ist für solche Schwankungen.

Dieses Gerät hat es ermöglicht nachzuweisen, dass alleine die Art der Ernährung bei einem Alpaka Schwankungen von 8 Micron und mehr verursachen kann.

-          Ein wesentlicher Nachteil ist, dass die Faser stärker verunreinigt ist als bei der Minicore-Methode. Deshalb wird üblicherweise ein farmtypischer Korrekturfaktor vor den eigentlichen Messungen ermittelt, mit dem dann die gemessenen Werte verrechnet werden. Das verhindert natürlich bei dieser Art der Messung die Eichfähigkeit (Ausnahme wäre: alle Fasern werden vor der Messung gereinigt und gewaschen)

An dieser Stelle wurde ein Film über die aRbeitsweise des OFDA 2000 gezeigt.

Ich komme nun zu den einzelnen Fasermesswerten und ihre Beschreibung

Zunächst der Bekannteste:  der Faserdurchmesser, der die Dicke einer Faser angibt.

Er wird gemessen in Micron oder Mikrometer = 1 Millionstel Meter oder ein Tausendstel Millimeter. Zum Abschätzen: ein menschliches Haar hat 40 bis 100 Micron.

Die gemessenen Faserdurchmesser werden innerhalb der Probe gemittelt, so ergibt sich der:

MFD: Mean Fiber Diameter: der gemittelte Wert aller in einer Probe gemessenen Faserdicken geteilt durch die Anzahl der gemessenen Fasern. Es handelt sich also um den statistischen Mittelwert aller gemessenen Fasern

Üblicherweise werden die gefundenen Werte in Klassen eingeteilt, deren Endpunkte natürlich willkürlich festgelegt wurden, aber heute allgemein anerkannt sind:

-  Royal: unter 19,0 Micron

-  Baby: unter 22,0 Micron

-  Superfine: unter 25,5 Micron

-  Fine: unter 28-30 Micron (unterschiedliche Angaben)

(die unterschiedlichen Angaben sind offensichtlich traditionell, da vor allem bei den groberen Fasern Unterschiede in der Festlegung der Micronwerte in den Quellen zwischen Australien, USA und Südamerika)

Da der Faserdurchmesser in den Proben sehr stark schwanken kann, wurden weitere Parameter festgelegt, die diese Schwankungen abbilden:

MFD Var: Die Variation des mittleren Faserdurchmessers gibt den Bereich an, in dem im Mittel alle Faser schwanken (Beispiel: Mittelwert 19 Micron, die Fasern schwanken zwischen 14 und 25 Micron)

Da dieser Wert noch nicht genau genug die Menge und damit die Bedeutung der Schwankung angibt, wird ein überschaulicherer Wert

häufiger verwendet:

SD: Die Standarddeviation wird ebenfalls in Micron angegeben und gibt unter Zugrundelegung der in der Natur beobachteten Gausschen Verteilungskurve für die Häufigkeit des Vorkommens natürlicher Anzahlen an, in welchem Rahmen um den gemessenen Mittelwert sich 68% aller Fasern befinden.

Beispiel: bei einem MFD von 20 und einem SD von 5 liegen 68% aller Fasern zwischen 15 und 25 Micron (5 Mc drüber und 5 Mc drunter)

Da feinere Tiere aber einen niedrigeren SD-Wert aufweisen als Tiere mit dickerer Faser, gibt es einen weiteren Parameter, der diesen Zusammenhang noch genauer darstellt:

CV: Der Coeffizient der Variation des Durchmessers koppelt den SD an den MFD und wird in % angegeben:

CV = SD/MFDx100/1

Er sollte im Idealfall in der Größenordnung des Micronwertes liegen, ein höherer SD führt zu höheren Werten

Da die  Fasern mit einer Dicke von mehr als 30 Micron die unangenehme Eigenschaft haben zu kratzen, bestimmt ihre Anzahl, ob das hergestellte Produkt vom Träger als angenehm empfunden wird oder nicht.

Leider kann der Kunde im subjektiven Empfinden kaum wahrnehmen, ob es sich um ein Produkt mit ca. 20 oder um eines mit ca. 25 Micron handelt. Aber schon ein geringer Anteil von Fasern über 30 Micron führt zu einer Ablehnung des Produktes, auch wenn der überwiegende Anteil der restlichen Fasern unter z.B. 20 Micron liegt.

Damit entscheidet dieser Faktor wesentlich über die wirtschaftliche Nutzungsmöglichkeit einer Faserprobe.

Um diese Eigenschaft zu beschreiben, wurden gleich 2 Parameter gebildet, die aber dasselbe beschreiben:

CF: der Comfort Faktor gibt in Prozent den Anteil der Fasern an, die einen Durchmesser unter 30 Micron aufweisen.

Er beträgt im Idealfall 100% und bedeutet damit, dass keine Fasern über 30 Micron enthalten sind und das Produkt nicht kratzen wird.

Diese Angabe ist in den englisch sprachigen Ländern die übliche.

%>30 gibt das selbe anders herum an: es wird, ebenfalls in Prozent, der Anteil der Fasern angegeben, die über 30 Micron liegen und damit die Qualität des Endproduktes und die Akzeptanz des Kunden verringern.

Sein Idealwert liegt natürlich bei 0%

Diese Angabe findet sich häufiger in der südamerikanischen und deutschen Literatur.

Die folgenden Parameter zur Beschreibung unserer Faserqualität sind in Deutschland derzeit noch wenig gebräuchlich, obwohl sie eine enorme Bedeutung bei der Weiterverarbeitung der Faser darstellen und deshalb in Ländern mit laufender Faserproduktion (egal welcher Tierart) einen großen Stellenwert besitzen:

Was ist Spinning Fineness (SF)?

Der Wert für Spinning Fineness wird abgeleitet von der Martindale-Theorie über die Feinheit von Faser, ausgearbeitet von Butler and Dolling , deren Formel so aussieht:

SF = 0,881MFD multipliziert mit der Wurzel aus [1+5(CV%/100)²]

Hier ist wieder

MFD der mittlere Faserdurchmesser,

CV der Coeffizient der Variation des Faserdurchmessers

(wir erinnern uns: CV = SD/MFD in %, setzt somit den gemessenen Faserdurchmesser ins Verhältnis zu der Faserfeinheit:

je feiner die Faser, desto geringer normalerweise die Standardabweichung und bei guten Tieren auch entsprechend niedriger der CV

Faustformel: der SF-Wert sollte im optimalen Fall nicht wesentlich höher liegen als die Micronzahl)

Was bedeutet das:

Eine Verringerung des CV um 5 % hat den gleichen Effekt auf die Spinning Fineness wie eine Verringerung des MFD um einen Micron.

Zur Veranschaulichung bringe ich für Interessierte einige Rechenbeispiele dazu:

Ein Wert von 21 Micron bei einem CV von 28% ergibt eine SF von 21,8 Micron,

ein Wert von 21 Micron bei einem CV von 18% einen SF von 19,9 Micron,

ein  Wert von 21 Micron bei einem CV von 24% ergibt eine SF von 21,0 Micron

In diesem letzten Beispiel verändert der CV-Wert nicht mehr die SF.

Jetzt wieder zu einem etwas überschaubareren Meßwert:

Was ist Curvature?

Damit wird die Krümmung einer Faser bezeichnet.

Die mittlere Krümmung ist ein gemittelter Wert aus gemessenen Krümmungen von Faserschnipseln, die mit einem OFDA-Gerät gemessen wurden.

Es existieren auch andere Meßmethoden, sie sind aber in den letzten Jahren weniger gebräuchlich geworden.

Damit kann die Crimpfrequenz und – amplitude objektiv gemessen angegeben werden.

Die Maßeinheit ist Grad/mm Faserlänge

Es gibt einen hohen Zusammenhang zwischen Crimpfrequenz und Faserkrümmung:

Eine Faser mit einer niedrigen Crimpfrequenz hat also eine geringe Curvature, bei hoher Crimpfrequenz hat die Faser einen hohen Krümmungswert.

Die Faserkrümmung kann nicht nur in der Rohfaser gemessen werden, sondern auch während der gesamten weiteren Verarbeitung, im fertigen Garn und auch im Endprodukt Stoff oder Pullover.

Dagegen können die Crimpfrequenz und die Crimpamplitude nur im vollständigen Faserstapel bestimmt werden und nicht mehr im weiteren Verarbeitungsprozeß.

Aus diesem Grund kann die Krümmung/Curvature als ein Kriterium für die genaue Präzisierung einer Faser vom Tier bis zum Endprodukt verwendet werden.

Nur noch der Faserdurchmesser ist ein weiteres Beurteilungskriterium, das vom Tier bis zum Endprodukt konstant ist und so zur Beurteilung der Qualität genutzt werden kann.

Die Variation der Curvature oder auch Standarddeviation der Curvature (SDC) kann entsprechend der Definition der Standarddeviation der Faserfeinheit (SD oder SDF) genutzt werden, um den Grad der Intensität der Crimps in einem Faserbündel anzugeben.

Bei einem bestimmten Grad der Krümmung zeigt eine hohe SDC (Standardabweichung in der Krümmung) eine Faser mit schlechterem Faserbild an, während ein niedriger SDC-Wert bedeutet, dass es sich um einen sehr guten, gleichmäßigen Crimpcharakter handelt.

Wie wird die Curvature gemessen?

Auf einem Faserschnipsel werden Linien senkrecht zur Faser gebildet, deren Winkel in Grad gemessen werden:

Die OFDA-Methode misst an jeweils 200Micron (= Mikrometer) langen Stücken, multipliziert diesen Wert mit 5 und rechnet dadurch von Grad pro 200 micron um in Grad pro mm (deg/mm).

Die Ergebnisse der Schnipselmessung werden gemittelt zu einem Mittleren Faser Krümmungswert, der MFC = Mean Fiber Curvature.

Dabei wird auch die Abweichung der Werte vom Mittelwert, die SDC (Standard Deviation Curvature) bestimmt, die Aufschluß über die Gleichmäßigkeit der Curvature in der gesamten Faser gibt (entspricht der Gleichmäßigkeit des Crimps über die gesamte Faser).

Natürlich ist hierfür eine ausreichende Menge von für das Gerät gut erkennbaren Faserstücken notwendig,

Diese Messung wird zeitgleich mit der Fasermessung auf Micron = Faserdurchmesser oder Faserdicke durchgeführt und auf dem Faserhistogramm mit angegeben.

-          Von großer Bedeutung ist, dass Cameron Holt in neueren Studien zeigen kann, dass die Curvature ein wichtiges Kriterium in der Beurteilung der Qualität eines Garnes ist

-          Nicht unbedingt einhergeht mit dem Crimp

-          Der gemessene Wert von der Messmethode abhängig ist und hier das OFDA-System zuverlässigere Werte liefert.

Zum Abschluss der Vollständigkeit halber noch 2 Parameter, die derzeit in Europa noch wenig geläufig sind:

FEM und CEM

FEM = Fine Edge Micron ist die Micronzahl, unter der 5 % aller Fasern unter dem gemessenen Mittelwert beginnen,

CEM = Coarse Edge Micron ist der Micronwert, über dem 5% .

Alpakas besitzen wie viele Faser produzierende Tiere unterschiedliche Arten von Fasern (vereinfacht Deckhaare = Grannenhaare und „Unterwolle“ genannt). Diese werden von unterschiedlichen Haarfollikeln gebildet, den Primär- und Sekundärfollikeln.

Das Haar der Alpakas ist trotz jahrtausendelanger Zucht immer noch nicht einheitlich: die früheren Grannen- oder Deckhaare sind immer noch vorhanden und sind in ihrem Verhalten deutlich anders als die meist feineren und weicheren Haare der früheren Unterwolle.

Primärfollikel bilden dickere Fasern, die oft „gefüllt“ oder hohl sind und meist auf Grund ihrer Dicke nicht stark gekräuselt sind. Die Fasern über 30 Micron stammen meist aus Primärfollikeln, sie können aber auch feiner sein als 30 Micron.

Die Sekundärfollikel können je nach Feinheit selten ebenfalls medulliert, d.h. hohl oder gefüllt sein, feine Sekundärfollikelfasern sind aber beides nicht.

I

Ich habe ein Bild von einem Histogramm, in dem die medullierten und nicht medullierten Fasern getrennt dargestellt wurden:

Dazu ein weiteres Bild, das ebenfalls bereits in der Allespaka veröffentlicht wurde, auf dem man schön die in Gruppen stehenden Fasern erkennen kann und auch sehen kann, daß sie unterschiedlich aufgebaut sind.

Zuchtziel ist natürlich ein Alpaka mit möglichst wenig Primärfollikeln, außerdem möglichst wenig „medullated fibre“ (kann von Primär- und Sekundärfollikeln ausgehen).

In Australien  gilt die Devise: wenn schon die Primärfollikel nicht ganz entfernen werden können, dann sollten sie wenigstens unter 17 Micron liegen. Dies ist das Ziel, das vor Jahrhunderten in Südamerika nach vielen tausend Zuchtjahren vielleicht schon realisiert war.

Auf das SRS-System und das ARGE-System, mit denen man in Australien jetzt die Zucht der Alpakas über strenge Bewertungen verbessern will, kann und möchte ich hier nicht eingehen. Das sprengt den Rahmen, kann aber andernorts ausführlich nachgelesen werden.

Wozu brauchen wir nun all diese Werte?

Zunächst einmal kann ich nach Erhalt der Faserprobe entscheiden, ob ein Vlies für die Weiterverwendung als Garn und ähnliches geeignet ist.

Für gute Garne sollte der FD unter 22 liegen, die Curvature über 50, besser 60 und höher und der Anteil der Fasern über 30 gegen 0 gehen.

Mit geringeren Ansprüchen bekommt man natürlich deutliche Abschläge in der Qualität der Faser.

Das muss natürlich letzten Endes jeder Besitzer selbst entscheiden.

Ich bekomme aber außerdem objektive Anhaltspunkte über die Qualität meiner Alpakas.

Damit besteht die Möglichkeit, nach den Faserparametern gezielt Zuchtpläne für Anpaarungen zusammen zu stellen:

z.B. Feinheit erhöhen oder Curvature, Gleichmäßigkeit verbessern usw.

Die Konsequenz ist also:

Für eine effektive Zucht sind regelmäßige und verwertbare Faseranalysen unumgänglich, bevorzugt mit anerkannten und validen, eichfähigen Meßmethoden, damit sich die Ergebnisse verschiedener Jahre immer wieder miteinander vergleichen lassen.

Damit kann  ich mein Zuchtziel immer wieder überprüfen: nicht nur feine Tiere zu züchten, sondern im Idealfall Alpakas zu züchten, die auch in hohem Alter noch Babyfaser tragen, die aber außerdem die Erfordernisse einer industriellen Verarbeitung erfüllt.

Wie schön die Faser bei optimaler Zucht werden kann, zeigt ein wunderbares Foto von sehr guter Merino-Faser aus Australien: hier müssen wir hingelangen!