Статья, в первую очередь, адресуется тем, кто только недавно узнал о существовании одежды и обуви с мембранами и хочет понять что это, зачем и как работает. Для более опытных людей, статья, возможно, тоже окажется интересной и в чем-то полезной.
Статья написана исключительно по порыву души, а не по заказу каких-либо лиц или фирм. Статья содержит как сведения и факты, почерпнутые из открытых источников, так и мои личные рассуждения, выводы и домыслы. В статье делается акцент на общих характеристиках и свойствах мембран, физических принципах их работы, существующих типах мембран, преимуществах и недостатках, критериях выбора и т.п. В статье не ставятся цели систематически перечислить все существующие мембраны, их характеристики, показать их логотипы, устроить "соревнование" кто лучше и т.п. Поэтому, конкретные цифры в последнем разделе, являясь реальными, носят иллюстративный характер.
Надеюсь, что более общая, если хотите "фундаментальная" информация, позволит вам увереннее ориентироваться в различных мембранах, более объективно оценивать рекламу и делать осознанный выбор.
Все торговые марки, названия продуктов и компаний, а также их логотипы являются собственностью их законных владельцев.
Формальности выполнены - поехали.
Зачем
Основная цель применения мембран - изготовление непромокаемых и, в то же время, паропроницаемых ("дышащих") одежды, обуви, снаряжения. Необходимость в непромокаемой одежде не вызывает сомнений. Но чем не устраивают, например, прорезиненные ткани или непромокаемые ткани со спецобработкой?
При любых условиях с кожи человека (через поры) испаряется влага. При высоких физических нагрузках начинается потоотделение с целью терморегуляции (отведения избыточного тепла). Этот процесс происходит, даже если вы, например, плаваете в воде. Поэтому одежда, через которую пары (пота) не могут пройти, очень некомфортна - вы тонете в собственном поту. Для устранения этого недостатка, вместо непроницаемых для паров воды покрытий, используются паропроницаемые мембраны. Их функция - не дать воде снаружи (осадки) попасть внутрь одежды, и одновременно, дать возможность поту и парам, которые выделяются через кожу, испариться и уйти в окружающую атмосферу. Тем самым, под одеждой, поддерживается более благоприятный, по сравнению с прорезиненной тканью, микроклимат.
Важно!
Ни одна мембрана, в принципе, не спасает от потоотделения - она не может его как-то искусственно снизить в сравнении с обычными текстильными тканями. По паропроницаемости (см. ниже) одежда с мембранами занимает промежуточное положение между одеждой из простых необработанных тканей и одеждой из полностью непроницаемых, для паров воды, тканей (например прорезиненной).
В сравнении с обычной текстильной тканью, вы получаете практически 100% непромокаемость в ущерб "дышимости".
Отсюда следует, что при одинаковых внешних условиях и нагрузке, в одежде с мембраной, вы можете (а по факту - будете) потеть сильнее, чем в аналогичной одежде без мембраны.
Учтите это и не "ведитесь" на рекламу.
"Побочный" эффект мембраны - 100% непродуваемость ветром. Это очень значительно снижает конвективные потери тепла из под одежды (унос нагретого воздуха и замена его холодным в результате конвекции или из-за ветра), что является положительным свойством при низких температурах и/или ветре. Но это же свойство, практически сводит на нет эффект охлаждение ветром в жаркую погоду.
Встречаются вопросы типа: "Правда ли, что, надев куртку с Gore-Tex на футболку и в -30°С мерзнуть не будешь?".
Или есть люди, убеждающие вас, что "мембрана греет" или даже что "мембрана поддерживает температуру тела +37°С". Строго говоря, это полный бред. Полимерная пленка (т.е. мембрана), толщиной в десятые и сотые миллиметра, не обладает сколь-нибудь значимой теплоизоляцией. Поэтому, несмотря на то, что мембрана препятствует уносу нагретого воздуха из-под одежды, воздух будет быстро охлажадаться теплопроводностью через мембрану, что не позволяет рассматривать мембраны как значимый теплоизолятор. И уж тем более, в ней нет никаких механизмов поддержания температуры воздуха или вашего тела.
Механизм терморегуляции встроен в наше тело.
Водостойкость, паропроницаемость, факторы комфорта
Основными потребительскими характеристиками мембран являются способность не пропускать через себя воду (осадки) и способность пропускать через себя водяные пары. Первая количественно характеризуется понятием "водостойкость". Способность мембраны пропускать водяные пары количественно характеризуется понятиями "паропроницаемость" или "сопротивление проникновению паров", в зависимости от применяемого метода измерения.
Водостойкость (или водонепроницаемость), waterproofness (миллиметры водного столба, мм вод. ст., mm H20) - высота столба воды, который мембрана (ткань) выдерживает не промокая. Фактически этот параметр указывает давление воды, выдерживаемое без промокания. Чем выше водостойкость мембраны, том более интенсивные осадки он может выдержать, не пропустив через себя воду.Конечно, здесь не имеется в виду механическая прочность мембраны на разрыв. Мембрана сама по себе, без усиливающей ткани, "не обязана" механически выдерживать это давление. Её задача - не пропустить воду, а порваться ей не дает ткань или кожа, к которой она крепится.
Измерения водостойкости регламентируются стандартами JIS (Japanese Industrial Standards) L 1092 A/ISO 811 для измерения водостойкости до 2000 мм,
JIS L 1092 B - от 2000 мм до 30000 мм. и другими
Западные производители часто указывают водостойкость в фунтах на квадратный дюйм (PSI - pounds per square inch).
Паропроницаемость (г/м2, g/m2) - количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны (ткани). Применяются и другие термины: Moisture Vapour Transfer Rate(MVTR), moisture permeability. Чаще всего указывается усредненная, за длительный промежуток времени, величина g/(m2•24h) - количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны (ткани) за 24 часа. Чем она выше, тем комфортнее одежда.
Наиболее распространенными методами измерения паропроницаемости являются методы
JIS L 1099 A1 (upright cup, calcium chloride method),
JIS L 1099 B1 (inverted cup, potassium acetate method) и
ISO 11092:1993 (The Sweating Hot Plate Test).
Паропроницаемость, измеренная по методу A1 более адекватно отражает уровень комфорта при низкой физической активности (низком потоотделении). Паропроницаемость, измеренная по методу B1 более адекватно отражает уровень комфорта при высокой физической активности (высоком уровне потоотделения).
По тестам Toray, чем выше паропроницаемость по методу A1, тем ниже абсолютная влажность кожи, в условиях низкой физической активности при средних и высоких температурах (+10°С и выше). Чем выше паропроницаемость по методу B1, тем ниже конденсация (на внутренней стороне мембраны).
Сопротивление проникновению паров (RET - Resistance Evaporative Thermique, moisture permeability resistance) (m2•Pa/W). Фактически это сопротивление квадратного метра мембраны и по сути, является обратным понятию "паропроницаемость".
Вычисляется эта величина косвенно и её суть объясняется ниже.
Величина RET измеряется по стандарту ISO 11092:1993 и чем она меньше, тем лучше.
Считается, что стандарт ISO 11092:1993 более адекватно отражает уровень комфорта в реальных условиях и в этом смысле ISO 11092:1993 и JIS L 1099 B1 близки.
Теперь о соответствии величин разных систем и методов.
С водостойкостью все ясно - прямое соответствие есть.
Берем соотношение ед. СИ: 1 PSI (6895 Па) и 1000 мм вод. ст. (9807 Па).
Получаем 1 PSI=703,07 мм вод. ст., 20 PSI = 14000 мм вод. ст., 40 PSI = 28000 мм вод. ст.
Однако это не всегда совпадает с приводимыми на некоторых сайтах значениями 20 PSI = 10000 мм вод. ст. и 40 PSI 20000 мм вод. ст. Не знаю почему. Исходя из этих цифр, вы можете соотнести эти величины самостоятельно. Сути это не меняет.
С паропроницаемостью и cопротивлением проникновению паров все гораздо хуже. Давайте рассмотрим, как производятся измерения по методам A1, B1 и ISO.
JIS L 1099 A1 ("вертикально стоящая чашка")
Абсорбент (хлорид кальция) помещается в сосуд в форме цилиндра с открытым верхом. Исследуемым образцом плотно закрывают емкость (тканью к сосуду, мембраной наружу). Вся конструкция помещается в контролируемые условия (+40°С, отн. влаж. 90%). Под действием разницы концентрации (давления) водяных паров снаружи и внутри сосуда происходит диффузия паров через мембрану внутрь сосуда, где они абсорбируются осушителем. Через некоторое время осушитель взвешивают и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняют, сколько водяных паров прошло через мембрану и соответственно поглощено абсорбентом. Результат экстраполируют до величины g/(m2•24h). Данный метод ничего не говорит о конденсации, и показывают поведение мембраны при низких физических нагрузках с низким потоотделением.
JIS L 1099 A2
Модифицированный вариант A1. Оказывается, я сам того не зная, осуществил его (примерно) в данном любительском опыте "Как я измерял паропроницаемость Sofitex 2000". В данном методе в сосуд наливается вода (+40°С), сосуд плотно закрывается исследуемым образцом (мембрана к сосуду). Конструкция помещается в контролируемые условия (+40°С, отн. влаж. 50%). Под действием разницы концентрации (давления) водяных паров внутри сосуда и снаружи происходит диффузия паров через мембрану из сосуда в окружающее пространство. Через некоторое время сосуд взвешивают и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняют, сколько водяных паров прошло через мембрану. Данный метод ничего не говорит о конденсации, и характеризует поведение мембраны при низких физических нагрузках с низким потоотделением.
JIS L 1099 B1 ("перевернутая чашка")
Абсорбент (раствор ацетата калия) помещается в перевернутый сосуд (дно вверху) закрытый пленкой ePTFE (политетрафторэтилен). ePTFE водонепроницаем и настолько хорошо "дышит" что не оказывает влияния на измерения (и почему его не используют вместо всего остального?). Исследуемым образцом плотно закрывают сосуд поверх ePTFE (тканью к ePTFE и мембраной наружу). Вся эта конструкция частично погружается в бОльшую емкость с водой. Под действием абсорбционных сил жидкого раствора ацетата калия, который непосредственно прилегает к ePTFE, происходит диффузия воды через мембрану внутрь абсорбента. Через некоторое время осушитель взвешивают и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняют, сколько водяных паров прошло через мембрану. Измерения по данному методу коррелируют с конденсацией (чем больше, тем меньше конденсация) и показывают поведение мембраны в условиях высоких физических нагрузок с высоким потоотделением.
JIS L 1099 B2 ("перевернутая чашка без непосредственного контакта с водой")
В отличии от метода B1, исследуемый образец закрывается еще одним слоем ePTFE. Тем самым, исключается контакт мембраны с водой в которую она погружена.
ISO 11092:1993 ("потеющая тёплая пластина")
Этот метод считается наиболее реалистичным и отражающим условия комфорта в реальных условиях, так как в нем лабораторные данные сопоставляются с ощущением комфорта людей, выполняющих упражнения или бегущих по беговой дорожке. Исследуемый образец (мембрана) размещается на металлизированной пористой тарелке. Тарелка подогревается и через мелкие отверстия в тарелке подается вода (+35°С, отн. влаж. 100%), симулируя тем самым процесс потоотделения. Снаружи конструкция обдувается потоком воздуха с контролируемыми параметрами. В процессе измерений температура тарелки поддерживается на постоянном уровне. По мере того, как вода проходит через мембрану, она испаряется. На испарение воды тратится энергия и для поддержания постоянной температуры пластины надо ее дополнительно подогревать. Так вот RET подсчитывается исходя из того, сколько энергии надо затрачивать, на поддержание постоянной температуры пластины. Чем больше на это затрачивается энергии, тем большее испарение через мембрану имеет место быть, а значит ткань оказывает меньшее сопротивление парам воды. Меньше сопротивление = больше паропроницаемость. Т.е. чем меньше RET, тем лучше.
Как видите, методы различаются существенно. A1 и B1 никак не коррелируются - цифра по A1 ничего не говорит о том, что показывает метод B1. Методы B1 и ISO 11092 по сути близки, но о каких-то конкретных пропорциях говорить трудно - они не вычислимы по какой-либо формуле. Из таблиц ниже можно будет составить некоторое представление об этом соотношении.
Теперь о конкретных цифрах.
Водостойкость.
По стандартам, ткань считается водостойкой, если она выдерживает минимум 1500 мм. Однако этого недостаточно в большинстве реальных ситуаций. Чем больше интенсивность осадков, тем больший размер имеют капли дождя. Капли при падении разгоняются до определенной скорости и, ударяясь о поверхность одежды, создают некое гидростатическое давление. К действию силы тяжести прибавляется скорость ветра, которая при штормах и ураганах достигает 30 м/с (100 км/ч) и выше. Кроме того, в процессе движения, одежда сминается и в определенных участках ткани происходит сжатие-растяжение, что так же может увеличить давление воды. Еще один фактор - внешнее давление предметов и тел на ткань, например: лямки рюкзаков, участки тела человека, на которые происходит опора в положении сидя (брюки) или лежа (дно палаток) и т.п.
Для оценки необходимой водостойкости можно использовать следующую таблицу.
| Тип дождя | Интенсивность осадков, (мм/ч) | Размер капель, мм | Требуемая расчетная водостойкость, мм H2O |
| Морось | <= 1 | 0,1 | 300 |
| Легкий | 1...2 | 0,5 | 1800 |
| Средней силы | 3...10 | 2 | 7500 |
| Сильный | 10...30 | 3 | 11200 |
| Шторм | 100...200 | 8 | 20000 |
Минимальная водостойкость, необходимая, чтобы мембрана выдерживала давление сидящего человека - 8000-10000 мм. Для давления, оказываемого локтями или коленями, например на дно палатки, еще больше - около 20000 мм.
Паропроницаемость.
Исходя из вышесказанного, очевидно, что одних цифр недостаточно. Надо еще знать по какому методу проводились измерения.
Для оценки необходимой паропроницаемости можно использовать следующие две таблицы.
| Физическая активность | MVTR (B1), g/(m2•24h) | RET |
| Высокая (бег (на лыжах) по пересеченной местности,горный байкинг, альпинизм) | рекомендуется 20000 и выше | менее 6 |
| Средняя (ПВД, скалолазание, спуск на лыжах) | можно ограничиться от 10000 до 20000 | от 6 до 13 |
| Низкая (город) | можно ограничиться менее 10000 | более 13 |
Хотя, конечно чем больше паропроницаемость, тем лучше.
| RET | Качественная характеристика |
| от 0 до 6 | Очень хорошо или "превосходно дышащая" |
| от 6 до 13 | Хорошо или "очень дышащая" |
| от 13 до 20 | Удовлетворительно или "(просто) дышащая" |
| от 20 до 30 | Неудовлетворительно или "немного дышащая" |
| более 30 | Неудовлетворительно или "не дышащая" |
RET=0 соответсвует случаю, когда на вас нет одежды.
"Взгляд снаружи" - из чего и как
Для изготовления мембран используются синтетические полимеры, например: полиуретан - PU (Toray), политетрафторэтилен - ePTFE (Gore-Tex, eVENT),
сополимеры полиэстера и простых полиэфиров (Sympatex).
Мембрана Sympatex (с сайта Wikipedia)
Мембрана, как таковая, самостоятельно, не используется (я таких конструкций не знаю). Хотя бы по причине механических ограничений - из пленки толщиной порядка десятых и сотых миллиметра прочную одежду не сошьешь, и небольшие механические усилия легко повредят её. Посему, мембрана каким-либо образом плотно (без пустот) крепится (наносится) на изнаночную сторону ткани и выполняет функцию водонепроницаемого слоя.
С моей точки зрения, неправильно (нелогично) называть такую конструкцию словом "мембрана". Breathable fabrics ("дышащие ткани") тоже неудачно отражает суть. Англоязычный термин, который чаще всего используется - "waterproof breathable fabrics" - "водонепроницаемые дышащие ткани" (ВДТ). Такой "бутерброд" (ткань-мембрана(-ткань)), как единое целое, в дальнейшем и используется в качестве верхней ткани при изготовлении изделия. Тканый слой при этом при этом "смотрит" наружу, мембрана "смотрит" внутрь изделия.
Мембрана - только часть (элемент) такой конструкции. Поэтому, как вы понимаете, окончательные свойства конструкции ткань-мембрана(-ткань) будут зависеть и от свойств тканей. Поэтому, используя одну и ту же мембрану, в сочетании с различными тканями, получают водонепроницаемые конструкции с некоторым диапазоном свойств. Наружная ткань, в первую очередь, определяет прочность, толщину, жесткость, внешний вид ВДТ. Ткань так же уменьшает, в какой-то степени, паропроницаемость результирующей конструкции, так как волокна ткани перекрывают часть площади мембраны.
Мембрана может крепиться к ткани двумя способами:
Сoating - состав (в жидком виде) наносится тонким слоем на изнаночную сторону ткани, где он и полимеризуется с образованием пор.
Lamination - готовая мембранная пленка крепится к изнаночной стороне ткани посредством нагрева и давления (примерно как полиэтилен прилипает к ткани, если аккуратно прогладить утюгом через бумагу).
Итак, конструкции могут быть следующими.
2L (2-Layer) - конструкция представляет собой двухслойный сэндвич - наружная (обычно нейлоновая) ткань (1), к которой ламинируется (на которую наносится) собственно мембрана (2). При изготовлении изделий (куртки, брюки и т.д.) из 2L тканей, для защиты мембраны от механических повреждений, обычно используют дополнительную подкладку (сетка, подкладочная ткань).
2.5L (2.5-Layer) - конструкция представляет собой двухслойный сэндвич - наружная (обычно нейлоновая) ткань (1), к которой ламинируется (на которую наносится) собственно мембрана (2). В данном варианте, дополнительно, на мембране, c изнаночной стороны, делается объемное тиснение ("рифление", "вдавленный рисунок") или полиуретановые "пупырышки". Это уменьшает зону контакта мембраны с другими слоями одежды и предметами - т.е. косвенно защищает мембрану от повреждений. Отсюда и это "0.5". Но реальных слоя два!
3L (3-Layer) - конструкция представляет собой трехслойный сэндвич - наружная (обычно нейлоновая) ткань (1), к которой ламинируется (на которую наносится) собственно мембрана (2). К мембране ламинируется мелкая защитная сетка (3), изолирующая мембрану от контакта с предметами, деталями одежды и телом.
"Взгляд изнутри" - как это устроено и работает
Первый важный момент.
Пусть, далее по тексту, сторона мембраны, обращенная к телу человека, называется "внутренней", а сторона, обращенная в атмосферу - "внешней". Так вот, мембраны, используемы в одежде и обуви, не обладают свойствами однонаправленной паропроницаемости и водонепроницаемости. Т.е. исходя из первого впечатления, можно сделать ошибочный вывод, что мембрана не пропускает воду "снаружи" "внутрь" и пропускает её в обратном направлении. Это совершенно не так. Пары воды мембрана пропускает в обе стороны (и жидкую воду тоже!). Практически всё зависит от разности условий по обе стороны мембраны и времени. Дальнейшие рассуждения опираются на школьную термодинамику, молекулярную физику и то, что называется "здравым смыслом".
В нашем случае, приближенно, имеет место быть диффузия водяных паров через полупроницаемую мембрану. По большому счету, мембрану тут можно было и убрать из рассуждений. Количество продиффундировавшего вещества через единицу площади мембраны за единицу времени будет зависеть от свойств вещества, свойств мембраны и градиента концентрации. Свойства паров воды и свойства мембраны остаются постоянными, а вот градиент концентрации - это то, что нам надо. Итак, градиент концентрации в нашем случае - разница в концентрации (давлении) водяных паров, находящихся по разные стороны мембраны. Чем больше разница концентраций, тем больше (сильнее) поток молекул воды в область с меньшей концентрацией.
Рассмотрим некоторые случаи.
Пусть снаружи мембраны у нас абсолютно сухой воздух. С внутренней стороны - воздух 100% влажности (человек получил физическую нагрузку и хорошенько вспотел). Очевидно, что концентрация водяных паров под одеждой выше, чем в атмосферном воздухе - молекулы воды будут стремиться рассеяться наружу. Мембрана будет только замедлять этот процесс, но в целом почти все молекулы воды "найдут путь" через лабиринт пор в мембране и уйдут в атмосферу. С ростом влажности атмосферного воздуха интенсивность потока паров изнутри наружу будет падать. Вроде бы очевидно, что если по обе стороны мембраны (под одеждой и в атмосфере) будет 100% влажность, никакого переноса паров из-под одежды уже не будет. Однако это не совсем так, потому что, до сих пор мы рассуждали в понятиях относительной влажности. Относительная же влажность указывает отношение содержания паров воды в воздухе к максимально возможному при данных условиях (давлении и температуре). Очевидно, что давление под одеждой равно атмосферному. Остается температура. Так вот, только при одинаковой температуре и одинаковой влажности внутри и снаружи, диффузионный поток изнутри наружу и снаружи внутрь будет одинаковым и количество паров (и пота) под одеждой будет постоянным ("пот не будет уходить наружу"). Другими словами испарение "остановится" только при равных абсолютных влажностях (масса водяных паров в единице объема, г/м3) снаружи и внутри. При комнатных температурах, давление насыщенного водяного пара, выраженное в миллиметрах ртутного столба, численно примерно равно абсолютной влажности в г/м3. По таблицам давления насыщенного водяного пара получаем.
| Температура,°С | Давление, мм. рт. столба |
| +30 | 31.8 |
| +20 | 17.5 |
| 0 | 4.6 |
| -5 | 3.2 |
Т.е. при +30°С и 100% влажности под одеждой и 0°С и 100% влажности в атмосфере, водяные пары под одеждой будут давить с силой 31.8/4.6=6.9 раза большей, чем водяные пары снаружи одежды.
А что произойдет, если влажность атмосферного воздуха будет выше влажности воздуха, находящегося под одеждой? Естественно, поток диффузии будет направлен из атмосферы под одежду (как бы "наоборот") и молекулы воды из атмосферы начнут проходить через мембрану до тех пор, пока абсолютная влажность (концентрация) по обе стороны не выровняется. Как видите, в данных процессах, мембрана никак не ограничивает направленность процесса. Куда будут перемещаться водяные пары, зависит только от условий по разные стороны мембраны.
Второй важный момент - 100% водонепроницаемость.
Это тоже некоторое преувеличение. Фразы типа "Мембрана Gore-Tex никогда не промокает" не соответствуют действительности. Забегая вперед, скажу, что Gore-Tex - пористая мембрана и в первом приближении она представляет собой пленку с большим количеством очень маленьких отверстий: "настолько маленьких, что они пропускают только молекулы воды и не пропускают капли воды". Все верно, только это не дает 100% водонепроницаемость. При длительном (десятки и сотни часов - цифры пока примерные) непрерывном воздействии воды на мембрану вода постепенно всё ж будет просачиваться через эти поры - это очевидно. Конечно, если воду просто налить на мембрану, то она быстрее испарится, чем просочится через поры. А вот если давление воды будет достаточно высокое (несколько дней ливней, многочасовая ходьба в мембранной обуви по воде), то с течением времени она просочится - никуда не денется.
Только не надо путать эффект конденсата с промоканием мембраны! Часто, многие, замечая изнутри одежды большое количество влаги, думают, что мембрана промокла. Чаще всего это просто влага, сконденсировавшаяся на внутренней поверхности мембраны, из воздуха под одеждой.
Итого, на примере вышесказанного, достаточно очевидно, что мембраны пропускают пары в обе стороны и в той или иной степени пропускают воду, опять же в обе стороны.
Делайте, как говорится, выводы.
Полимеры делятся на гидрофобные, гидрофильные и переходные. Принято, что полимеры, впитывающие не более 1-2% влаги (по весу) считаются гидрофобными, 10% и более - гидрофильными.
Гидрофобные полимеры и мебраны из них
Гидрофобныё полимеры по определению не впитывают и соответственно не пропускают воду. Значит тонкие пленки из них непромокаемы. Но из этого так же следует, что такие пленки не пропускают водяные пары. Чтобы совместить непромокаемость и паропроницаемость, гидрофобные пленки делают пористыми. Для данных полимеров просто нет другого способа сделать их паропроницаемыми. Поры, конечно, не представляют собой систему, аккуратных круглых отверстий, проходящих через толщу пленки (я года 4 назад так представлял это). "Тонкая" структура мембраны может быть похожа на губку, на срез буханки хлеба или, например, хаотическое или упорядоченное в какой-то степени, объемное переплетение нитей, что хорошо видно на примере этих снимков, сделанных электронным микроскопом:
 Gore-Tex |  Sofitex |
 Gore-Tex |
Поры имеют малый размер - примерно от 0.1 мкм до 1 мкм (микрометр=10-6 метра), поэтому капли воды через такие поры не проходят. Водяные пары механически проходят через поры мембраны, практически не взаимодействуя с веществом мембраны. Кстати, по смыслу, правильно говорить "пористая" мембрана (но не "поровая"). Кто не верит - http://slovari.yandex.ru/.
Начнем с самой известной марки мембран из гидрофобных полимеров - Gore-Tex. Мембрана изготовляется из растянутого политетрафторэтилена (ePTFE). Т.е. пленку PTFE с добавлением веществ для порообразования при определенных условиях механически растягивают. Получают пленки со структурой, как на фото выше. Далее, к этой пленке добавляют жироотталкивающий PU слой (может напыление) для защиты пор от кожных жиров, кремов и т.п.
Если вы помните, то при измерении паропроницаемости по методу B1 ePTFE используется в качестве прокладки между абсорбентом и мембраной, потому что ePTFE обладает настолько высокой паропроницаемостью, что она заведомо выше ПП исследуемой мембраны. Почему же тогда все не используют ePTFE для изготовления мембран, если он так хорошо "дышит"?
Ниже идут только размышления - фактов у меня нет на данный момент.
Думаю, тут возможен только один ответ - патент. W. L. Gore запатентовала мембраны из ePTFE, что не позволяет другим делать мембраны тем же способом и из того же.
Поэтому другим компаниям приходится как-то выкручиваться и изобретать что-то другое из чего-то другого и добиваться схожих характеристик.
Вот и весь "секрет" Gore-Tex!
Хотя, похоже, BHA Group со своей мембраной eVENT удалось разработать технологию (или купить лицензию) изготовления мембран из ePTFE.
Конец размышлений
Причем, чтобы добиться большей ПП, чем у Gore-Tex (3-layer eVENT RET = 4.5, 3-layer Gore XCR RET = 5.1) из eVENT "упразднили" защитный PU слой. Но по заявлениям производителя "защита встроена в саму мембрану". Как это - не разъясняется. Другими словами eVENT - клон Gore-Tex.
Вот и весь "секрет" eVENT!
Toray - "секретов" особых нет. По сравнению с другими все достаточно открыто. Есть спецификации на все мембраны, ничто не скрывается. "Обычные" микропористые и беспористые PU мембраны. Есть и уникальная двухслойная мембрана ENTRANT HB: микропористый PU слой+ультратонкий беспористый слой.
Гидрофильные полимеры и мебраны из них
Гидрофильность данных полимеров объясняется тем, что их молекулы полярны и поэтому "охотно" вступают в химические связи с молекулами воды (водородная связь). Из таких полимеров можно делать паропроницаемые пленки без пор. Несмотря, на то, что пор в таких мембранах нет, водяные пары (т.е. молекулы воды) связываются с гидрофильными молекулами мембраны. Далее молекулы воды продвигаются через толщу мембраны последовательно (как эстафетная палочка) связываясь с молекулами полимера, "переходя", таким образом, на другую сторону. Мембрана при этом остается твердой (не разбавляется водой). Как видно, гидрофильная мембрана принимает активное участие в транспорте молекул. Т.е. с одной стороны в ней вообще нет пор и поэтому она должна хуже пропускать водяные поры, но с другой стороны - в ней, в отличии от гидрофобных, появляются дополнительные химические силы. Ясно, что градиент концентрации играет для них такую же определяющую роль, как и для гидрофобных мембран. Однако более точное описание данных процессов и будет предметом последующих моих изысканий.
Sympatex - самая известная беспористая (не "беспоровая" и не "беспорная"!) мембрана. Она представляет сополимер ("смесь") из 70% гидрофобного полиэстера и 30% гидрофильного полиэфира. Вот эти 30% гидрофильного вещества в составе мембраны и выполняют роль "передающей среды" для водяных паров. Sympatex представляет собой очень тонкую (5 мкм) и эластичную (растяжение до 300%) пленку. К сожалению, на официальном сайте, RET явно указано только для Phaseable 2.5-Layer. Да еще "мутно" сказано, что Sympatex higH2Out "дышит на 120% лучше, чем стандартные (их? какие? 3-x слойные?) ламинаты".
У Toray тоже есть беспористая гидрофильная PU мембрана: Dermizax-EV.
"Финиш!" или немного о цифрах
Итак, наконец, "главный вопрос": "Кто кого? Пористые или беспористые? Gore-Tex или Sympatex?". Доказательств (надежных) вы не найдете. Всяк кулик хвалит свое болото. Это, в первую очередь, бизнес. Поэтому все говорят, кто во что горазд и никто не заинтересован в объективности.
Остается одно - цифры, предоставляемые производителями и собственный опыт. Получить информацию о независимых измерениях для рядового потребителя не представляется возможным. На сайте тех же Gore-Tex или eVENT вы не найдете никаких цифр относительно паропроницаемости или водостойкости, кроме маркетинговых лозунгов типа "Guaranteed to Keep You Dry™" или "let the sweat out" или "крутых" и звучных названий "технологий", призванных вызвать благоговейный трепет у потребителя, типа "Direct Venting™ Technology".
Sympatex тоже не блещет "прозрачностью" характеристик своих материалов. Т.е. потребителю как бы не надо это знать (даже если он хочет) - "Верьте нашим обещаниям и покупайте наше".
Вы нигде не найдете официального или авторитетного и однозначного подтверждения нижеследующей информации.
Общими недостатками пористых мембран считаются:
1. Относительно высокая уязвимость для различных загрязняющих агентов, забивающих поры: различные жиры и соли, содержащиеся в поту, остатки моющих средств, "грязь" в общем смысле этого слова. Я считаю что пыль, в бытовом понимании, не может забить такие мелкие поры. Хотя в воздухе современных городов масса очень мелких частиц продуктов сгорания - вот такого размера частицы забивать эти поры. Как следствие - быстрое снижение паропроницаемости в процессе эксплуатации.
2. Потенциальная возможность протекания, что обусловлено пористой конструкцией мембраны.
Общими недостатками беспористых мембран считаются:
1. Относительно низкая паропроницаемость.
2. "Тормознутость" - значительная задержка времени достижения максимальной ПП.
Преимущество беспористых мембран, которое вроде как не оспаривается - устойчивость таких мембран к загрязнениям ввиду отсутствия пор.
Как следствие - долговечность: т.е. сохранение (постоянство) свойств в течении всего срока эксплуатации.
Итак посмотрим что нам обещают производители.
| Мембрана | Водостойкость, mm H20 | RET, m2•Pa/W | MVTR (B1), g/(m2•24h) |
| Gore-Tex (данные НЕ от Gore) | |||
| Gore-Tex 3-Layer | не менее 28000 | не более 13 | |
| Gore-Tex 2-layer | не менее 28000 | не более 11 | |
| Gore-Tex XCR 3-Layer | не менее 28000 | не более 6 | |
| Gore-Tex XCR 2-Layer | не менее 28000 | не более 4.5 | |
| Gore-Tex Paclite | не менее 28000 | 4 | |
| Sympatex (данные с официального сайта) | |||
| Sympatex (мембрана*) | до 250000** | не более 1.5 | |
| Phaseable 2.5-Layer | до 100000** | не более 5 | |
| Тoray (данные с официального сайта) | |||
| ENTRANT HB | не менее 20000 | не менее 20000 | |
| Dermizax-EV 3-Layer | не менее 20000 | не менее 16000 | |
| Dermizax-EV 2-Layer | не менее 20000 | не менее 20000 | |
| Dermizax 3-Layer | не менее 20000 | не менее 8000 | |
| Dermizax 2-Layer | не менее 20000 | не менее 10000 | |
Замечание по Sympatex.
* - Как я понимаю, на сайте дано RET именно мембраны, а не, например, 2-layer ткани.
** - На сайте есть диаграмма водостойкости, которую можно интерпретировать неоднозначно.
Я эту диаграмму трактую так:
10000 - мембрана без ткани (по механическим ограничениям - разрыв);
50000 - если мембрана просто "вставлена" слоем в изделие без ламинирования;
100000 - 2-Layer;
250000 - 3-Layer;
Как следует из этого, формально - по параметрам и учитывая, её устойчивость к загрязнениям, Sympatex "всех победила".
"Окончательные" выводы впереди. За 4 года общения с этой темой ясность так и не наступила. Ну "A почему не Sympatex?" - это вопрос уже сегодняшнего дня.
gapsf, сентябрь 2007
Оставшиеся вопросы:
1. Смысл (физический) паскалей в RET.
2. Конденсация и почему она коррелируется с измерениями по B2.
В том ли смысл, что конденсат ТУТ ЖЕ практически "впитывается" мембраной?
3. Динамические характеристики мембран.
4. Подтверждение или опровержение осмоса в пористых мембранах (как следствие "подсос" из атмосферы).
Источники:
http://en.wikipedia.org/wiki/Sympatex
http://www.patentstorm.us/patents/6348422-description.html
http://www.alpine-trade.ru/technology.php?art=110
http://www.planetfear.com/article_detail.asp?a_id=982
http://www.planetfear.com/article_detail.asp?a_id=983
http://www.asfgroup.com/pages/components.html
http://www.spruce.ru/symptoms/hyperhidros/02.html
http://www.alhimik.ru/read/tour2.html
http://www.sympatex.com/index.php?id=48&L=2
http://www.biology.duke.edu/sem/
http://faqs.cs.uu.nl/na-dir/sci/chem-faq/part6.html
gy.duke.edu/sem/
© gapsf, http://www.bask.ru/info/papers/technology/membrane2.html
