Статья по мембранам

[Dekzzz]

Хардшелы. Часть 1

gruppa99
March 7th, 17:01
Разбираем мембранные ткани

Изделия из мембранных тканей активно используют туристы, спортсмены, военные и простые обыватели. Насколько широк круг пользователей, настолько многообразен народный фольклор, приписывающий мембранам чудодейственные свойства. “Купил бундес мембрану за 1500 руб, ношу круглый год, постоянно сухо и комфортно”. “Стоял по пояс в море, только колени чуть влажные”, “Хожу зимой в мембране на тонкий термик и не мерзну”. Подобными высказываниями пестрят страницы различных форумов, внося сумятицу в головы читателей. Производители снаряжения, со своей стороны, довольно свободно обращаются с результатами тестов, удивляя потребителей невиданными показателями. Всё это усложняет выбор качественной экипировки, от которой, зачастую, зависит жизнь. Мы надеемся внести некоторую ясность в данный вопрос. На всякий случай, все сказанное далее является исключительно субъективной точкой зрения авторов и не претендует на научность.

Ключевые понятия

Паропроницаемость
Паропроницаемость (water vapor transmission rate, WVTR) означает способность материала обеспечивать перемещение молекул водяного пара через свою структуру. Единица измерения - гр/м2/сут. Проще говоря, чем выше паропроницаемость, тем быстрее водяной пар будет выводиться наружу и тем меньше влага будет накапливаться под одеждой во время физических нагрузок.

Воздухопроницаемость
Воздухопроницаемость (air permeability) означает способность материала пропускать воздух при определённом давлении. Единица измерения – куб. фут/м2/мин (cubic feet per square foot per minute, CFM, 1 CFM = 4 л/м2). Очень важный показатель, особенно актуальный при высоких физических нагрузках. Чем ниже значение данного показателя, тем больше материал защищает от ветра. В мембранной одежде этот показатель очень низкий, что является дополнительной причиной накопления влаги внутри одежды, особенно в сравнении с софтшелами.

Водонепроницаемость
Водонепроницаемость означает способность материала задерживать воду на внешней поверхности. Измеряется в миллиметрах водяного столба. Чем выше показатель, тем более водостоек материал. В качестве примера, показатель водонепроницаемости для Gore-Tex PacLite составляет в среднем 20 000 мм.

Теплоизоляция
В общих чертах, теплоизолирующие свойства материала означают его способность препятствовать потере тепловой энергии. При испытаниях и производстве одежды теплоизолирующие свойства материалов измеряют в единицах clo. В принципе любая одежда обладает этими свойствами, у мембранных же тканей они довольно низкие.

Принцип действия
Необходимым условием для работы мембраны по выводу влаги, является более высокое давление пара внутри, чем снаружи. В свою очередь давление пара зависит от влажности и температуры. Таким образом, идеальными условиями для работы мембраны будут низкая температура и влажность окружающего воздуха и интенсивная работа пользователя. Но так как главная задача мембранных тканей защита от сильного дождя, то и характеристики работоспособности в подобных условиях будут хуже.

Типы мембран

Гидрофобные микропористые мембраны
Это водоотталкивающие мембраны с открытыми порами, позволяющими воде проходить через неё в газообразном состоянии, т.е. в виде пара. Водопроницаемость зависит от водоотталкивающих свойств материала мембраны и капиллярного давления в порах, а не от их размера. Характеризуются высокой паропроницаемостью.

Гидрофильные монолитные мембраны
Это водопоглащающие беспоровые мембраны из тонких слоёв полимерных тканей. Принцип отвода влаги основан на поглощении воды с внутренней стороны, последующей диффузии через материал мембраны и испарении с внешней поверхности.

Основные образцы мембранных тканей

Gore-Tex
Родоначальником всех мембран принято считать изобретение компании Gore 1978 года. Полимер политетрафторэтилен (“Тефлон” или ePTFE) механическим способом растягивался до состояния микропористой мембраны. Наличие пор препятствовало прохождению воды, но позволяло проникать сквозь них пару.

Маркетинговый миф гласит, что размер пор не позволяет каплям воды проникать внутрь, но свободно пропускает молекулы водяного пара наружу. Но это не совсем так. Расстояния между волокнами ПТФЭ вполне достаточно для проникновения воды. Водонепроницаемость же обуславливается двумя факторами - гидрофобностью самого материала ПТФЭ и высоким капиллярным давлением воды в порах. Как правило, давления воды даже во время сильного дождя недостаточно для преодоления этого силового барьера. Но с другой стороны, если вода “продавится” через поры под дополнительной нагрузкой, например под лямками рюкзака, то её уже ничего не остановит и мембрана начнёт активно протекать из-за капиллярного затекания. Аналогичная проблема возникнет, если полностью погрузить мембрану в воду, например при преодолении водной преграды. Так было устроено первое поколение мембранных тканей Gore-Tex.

При эксплуатации первого поколения выявились существенные недостатки такой мембраны. Жировая составляющая пота, грязь, моющие средства приводили к загрязнению мембраны, что в свою очередь снижало водоотталкивающие свойства и паропроницаемость. Для защиты мембраны ПТФЭ специалисты компании Gore стали покрывать её другой мембраной из полиуретана (ПУ). Но изначально полиуретан не имеет пор достаточного размера для пропускания через себя воды даже в виде пара. Поэтому ПУ был химически модифицирован для возможности пропускать воду. Вода в жидком или газообразном состоянии поглощается внутренним слоем ПУ мембраны, затем отдельные молекулы воды за счёт диффузии перемещаются на внешнюю поверхность. В свою очередь вода с внешней поверхности ПУ мембраны может испариться наружу через мембрану ПТФЭ.
Казалось бы, проблема решена, мембрана ПТФЭ надёжно защищена от загрязнений, но тут возникает другая. Скорость передачи влаги в ПУ мембране значительно меньше, чем в ПТФЭ, что негативно сказывается на паропроницаемости ткани. Для получения приемлемых характеристик, мембраны делаются как можно тоньше, что в свою очередь снижает их механическую прочность. Пакет из двух мембран ПУ-ПТФЭ часто называют вторым поколением мембран Gore-Tex.

Для защиты довольно нежных мембран ПУ и ПТФЭ применяются дополнительные текстильные слои. Компания Gore производит 2-х, 3-х и 2,5-й слойные ткани. Основное их отличие в наличии защитного внутреннего слоя, в виде сетки у 3-х слойной или текстурированного покрытия у 2,5-й слойной ткани. В настоящее время “топовыми” мембранными тканями компании Gore являются XCR, Paclite и ProShell. Так же стоит отметить, что мембранные ткани Gore-Tex требовательны к уходу. Стирать изделия из них рекомендуется только с применением специальных довольно дорогих моющих средств.

eVENT
Если кратко, то мембрана eVENT это Gore-Tex без недостатков. Это практически оригинальная ПТФЭ мембрана без ухудшающего паропроницаемость слоя ПУ и при этом олеофобная, т.е. способная отталкивать жиросодержащие соединения. По паропроницаемости мембрана eVENT приближается к тканям софтшел. Однако по воздухопроницаемости eVENT, как впрочем, и любая другая мембрана, безнадёжно проигрывает софтшелам. Ещё одним положительным отличием eVENT является способность проводить влагу независимо от уровня влажности окружающей среды, превосходя Gore-Tex XCR на 30%-200%.

Основным преимуществом мембраны eVENT является скорость отвода влаги от тела, что особенно важно в условиях низких температур. Она с одинаковой эффективность работает независимо от степени вашей физической нагрузки, в отличие от мембран ПУ, для которых разница во внешней и внутренней влажности являются важным моментом. Ещё одним преимуществом изделий из eVENT является простота ухода за ними. Их можно стирать в стиральной машине при 40 градусах с жидким моющим средством, без заметных ухудшений характеристик.

К недостаткам eVENT можно отнести деликатность мембраны, требующей наличие дополнительных слоёв аналогичных Gore-Tex, высокую стоимость изделий и относительно небольшую распространённость.

Полиуретановые мембраны
Наравне с Gore-Tex происходило развитие полиуретановых (ПУ) мембран. На начальном этапе основной проблемой было то, что для покрытия мембраны ПТФЭ требуется мембрана ПУ в три раза более тонкая, чем для ламинирования текстильных тканей, например нейлона. А так как паропроницаемость ПУ мембран напрямую зависит от её толщины, ткани Gore-Tex были вне конкуренции. Но прогресс не стоит на месте и в настоящее время ткани с ПУ мембраной значительно улучшили свои характеристики. Достойны внимания одни из последних разработок японской фирмы Toray - микропористые полиуретановые мембраны и ткани на их основе. Наличие в мембране пор позволяет увеличить влагостойкость и паропроницаемость до уровня некоторых образцов Gore-Tex. А при различных уровнях влажности внешней среды ткань Entrant G2 от Toray, ведёт себя, скорее как eVENT, чем как гидрофильная мембрана.

К преимуществам ПУ мембран перед ПТФЭ можно отнести следующее. ПУ мембраны более прочные и могут использоваться без дополнительной подкладки, что сказывается на весе и компактности изделий из них. Технология производства дешевле, чем у Gore-Tex и eVENT, что в несколько раз снижает цену на конечный продукт. И последнее, из-за эластичности ПУ мембраны её можно использовать в производстве тянущихся вещей, чего лишены изделия из Gore-Tex и eVENT.

На рынке существуют и другие интересные решения, например 3M Propore по паропроницаемости близок к eVENT, а по цене ниже в несколько раз, но мы коснулись наиболее распространённых образцов мембран. Во второй части статьи мы рассмотрим способы лабораторного тестирования мембранных тканей и особенности применения изделий из них.

Источник:
http://gruppa99.livejournal.com/1186.html#cutid1