+3

Физика современной одежды. Часть 2

george Лента автора 23 Апреля 2015 (16:03) Просмотров: 1716 6
В настоящее время существует четыре основных типа водонепроницаемой дышащей ткани, которые регулярно применяются для производства одежды, предназначенной для активности на открытом воздухе
 
Тип 1 – Ткани с плотным плетением

Ventile является самым известным материалом такого типа. Он был на Эвересте, на обоих полюсах, и продолжает использоваться уже около семидесяти лет. Это египетский хлопок, сотканный настолько плотно, что его поры очень малы. Это делает его структуру очень труднодоступной  для воды. Когда он все же намокает, то волокна набухают, благодаря чему размер пор уменьшается до 3 микрон.

Плотно тканые материалы воздухопроницаемы, что значительно повышает их способность транспортировать пары влаги. Однако одежда из такой ткани может промокнуть при длительной влажной погоде, а после этого потребуется очень много времени для ее полного высыхания. Именно Ventile, похоже, и является прародителем Softshell.

Необходимо особо отметить конструкции типа Buffalo. Хотя технически они не являются водонепроницаемыми, плотная внешняя ткань Pertex в сочетании со специальным волоконным утеплителем внутри обеспечивает вывод влаги за счет капиллярности - подробнее об этом далее.

Тип 2 - ткани или мембраны с микропористыми покрытиями

ПТФЭ (непатентованное название вещества — «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В России традиционное техническое название этого материала — фторопласт, запатентованное компанией DuPont название - тефлон) и ПУ (полиуретан) являются полимерами, наиболее часто используемыми при изготовлении микропористых материалов для водонепроницаемой дышащей ткани. Каждый квадратный сантиметр этих микропористых материалов содержит миллиарды пор, которые вместе образуют каналы сложной формы, действующие как фильтр. Они используют поверхностное натяжение, чтобы остановить проникновение воды, и если мембрана или покрытие загрязяются, то могут начать пропускать воду. Дело в том, что вода - это жидкость с высоким поверхностным натяжением, поэтому на определенных поверхностях (например - промасленных) она образует шарики. А грязь может обладать низким поверхностным натяжением. Это означает, что микро-капель грязи не образуется, ее частицы проникают в поры структуры. Оказавшись внутри, они влияют на то, как вода взаимодействует с микропорами, и потенциально могут вызвать протечки.

Первое поколение Оригинальная мембрана Gore-Tex - микропористая ПТФЭ мембрана, которая была чрезвычайно дышащей, но быстро загрязнялась. По этой причине сейчас мембрана Gore-Tex защищена покрытием, которое снижает ее способность пропускать водяной пар, но увеличивает прочность и долговечность.

eVent – еще один вариант микропористой мембраны ПТФЭ. Его структура защищена от загрязнения пор подкладкой с гидрофобной (водо-отталкивающей) и олеофобной (масло- отталкивающей) химической обработкой. Благодаря такому решению eVent остается паропроницаемым даже в случае загрязнений, хотя не слишком хорошо пропускает воздух.

NeoShell сделан совершенно иначе, чем eVent или Gore-Tex, и из полиуретана, а не из ПТФЭ. При производстве NeoShell используется технология electrospinning - пластик растворяется в растворителе и этим раствором покрывают наэлектризованную поверхность ткани, так создается тонкая пленка. Polartec официально заявляет, что рабочие свойства мембраны NeoShell со временем ухудшаются, хотя никогда не опускаются ниже 5000 мм водяного столба. В отличие от других методов, используемых для создания микропористых мембран, electrospinning обладает огромным потенциалом для создания превосходных материалов, поскольку у процесса очень много переменных, которые можно регулировать и менять – например, концентрация и температура раствора.

Размер пор ПТФЭ или ПУ - 0,1 - 10 мкм. А молекула водяного пара имеет диаметр 0,0004 мкм. Капли воды имеют диаметр, по меньшей мере, 100 мкм. Поэтому, в случае eVent и Neoshell, справедливо утверждение о том, что их воздухопроницаемость в значительной степени зависит от относительных размеров молекул водяных паров, пор и капелек дождя.

Тип 3 - ткани с беспоровым гидрофильным покрытием или мембраной

Они сделаны с использованием плотных гидрофильных (смачиваемых водой) пленок или покрытий, не имеющих пор. Такие покрытия непроницаемы для воздуха. Обычно их изготавливают из смеси ПУ и ПЭО (полиэтиленоксид). Перенос паров влаги происходит благодаря капиллярности, которая может рассматриваться как подъем молекул воды по своего рода ступенькам: сначала молекулы воды притягиваются к молекулам поверхности гидрофильного материала, а затем перемещаются к следующей молекуле, которая расположена глубже. Этот процесс продолжается по всей толщине гидрофильного материала. Гидрофильные материалы не обязательно одинаковые с обеих сторон, с одной из сторон их прочность и устойчивость к загрязнению может быть выше.

Гидрофильные покрытия растягиваются намного легче, чем ПТФЭ мембраны, так что беспоровые стрейч-материалы для одежды с использованием таких мембран намного дешевле в изготовлении. Их паропроницаемость немного ниже, чем в лабораторных испытаниях показывают материалы Gore-Tex или eVent с мембранами из ПТФЭ. Помимо этого, их паропроницаемость сильно зависит от температуры: гидрофильные материалы разработаны, чтобы максимально эффективно работать при температуре чуть выше нуля, поэтому некоторые из них показывают низкие результаты в лабораторных условиях - при температуре тела.

Примеры ПУ покрытий или мембран - North Face Hyvent, Marmot Precip и MemBrain Strata.

Sympatеx также представляет собой гидрофильное покрытие, но на основе полиэстера. Одно из его основных преимуществ заключается в том, что он может быть легко переработан, в основном благодаря свойствам полиэстера.

Тип 4 - Двухкомпонентные микропористые гидрофильные мебраны

Это современный гортекс. Мембрана Gore-Tex - это все тот же ПТФЭ, но его микропоры заполнены гидрофильным полиуретаном. Такое решение обеспечивает большую долговечность одежды, и в таком варианте может быть использован очень гидрофильный полиуретан, который при других условиях легко повреждается. Существует ряд доказательств того, что воздушный слой, находящийся между ПТФЭ и ПУ, обеспечивает дополнительную теплоизоляцию, увеличивая перепад температур воздуха на внутренней и наружной воерхности ткани, а это может уменьшить конденсацию.

Современные ткани Gore-Tex непроницаемы для воздуха. Active Shell тоже является непроницаемой для воздуха, но отличается отличной паропроницаемостью благодаря очень малой толщине, потому что молекулы воды быстро проходят через тонкую мембрану.

Другие варианты…

Продолжение

Первая часть статьи

По материалам Matt Fuller и Dr. Mark Taylor (сокращенный вариант).
 
Серьезно интересующихся вопросом отошлю к своеобразному «писанию», на которое так или иначе ссылаются все современные исследования свойств и характеристик хай-тек тканей: Influence of Hydration State on Permeation Testing and Vapor Transport Properties of Protective Clothing Layers. Phillip W. Gibson, Ph.D, and Heidi L. Schreuder-Gibson, Ph.D.
+3
0  
Alex2015    24 Апреля 2015 (23:23)   #
А что понимается под молекулой воды и водяного пара? Всегда думал, что это H20 ("аш2о"), в обоих случаях.
0  
Gosha    25 Апреля 2015 (08:43)   #
А ещё есть лед. Ну если размеры разные. :)
0  
Gosha    25 Апреля 2015 (08:44)   #
Дубль.
0  
Фёдор С    25 Апреля 2015 (13:35)   #
Вроде речь шла о сравнительных размерах молекулы пара и капли влаги, нет?
0  
Фёдор С    25 Апреля 2015 (13:51)   #
А по физике явления - лично мне удалось осмыслить только тип 1. Все остальное выше моего разумения. Кто поумнее, объясните, КАК можно понять это - "является непроницаемой для воздуха, но отличается отличной паропроницаемостью"? Или вот.... по типу 3 - вот если эти молеклы воды притягиваются друг к другу по капиллярам, так они же и туда и сюда притягиваются и  она в обе стороны или течет или не течет? И вот ещё.... почему-то при описании одного типа ткани оперирует сравнение прохода водяных капель и молекул пара, а в другом случае - все то же притяжение молекул, но уже в случае воды?
 
  • 146
  • 46
  • 30
0  
george    27 Апреля 2015 (10:57)   #
Федору - прочтите и первую часть статьи. Там именно об этих вещах.

Alex2015 - конечно же, речь идет о молекулах воды.