Разумно о мембранах

Разумно о мембранах

Зачем нужны мембраны?

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 поверхности кожи человека испаряется влага. При высоких физических нагрузках начинается потоотделение, цель которого терморегуляция – отведения избыточного тепла. Этот процесс происходит даже если вы, например, плаваете в воде. Поэтому одежда для туризма, через которую водяные пары не могут пройти, очень некомфортна – вы тонете в собственном поту. Для устранения этого недостатка, вместо непроницаемых для паров воды покрытий, используют паропроницаемые мембраны. Их функция – не дать воде снаружи 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 одежда из мембраны 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!

Побочный эффект мембраны – 100% непродуваемость ветром. Что значительно снижает конвективные потери тепла из под одежды – унос нагретого воздуха и замена его холодным в результате конвекции или из-за ветра. Это является положительным свойством при низких температурах и/или ветре. Но это же свойство практически сводит на нет эффект от охлаждения ветром в жаркую погоду.

Встречаются вопросы, правда ли, надев куртку с gore-tex на футболку и в -30°С, мерзнуть не будешь. Есть люди утверждающие, что «мембрана греет» или даже, что «мембрана поддерживает температуру тела +37°С». Строго говоря, это полный бред.

Полимерная пленка – мембрана, толщиной в десятые и сотые миллиметра, не обладает сколь-нибудь значимой теплоизоляцией. И несмотря на то, что мембрана препятствует уносу нагретого воздуха из-под одежды, воздух будет быстро охлажадаться за счёт отводу тепла через мембрану. Этот факт не позволяет рассматривать мембраны как значимый теплоизолятор. И уж тем более, в ней нет никаких механизмов поддержания комфортной температуры. Механизм терморегуляции встроен в наше тело.

Характеристики мембран

Основными потребительскими характеристиками мембран являются:

– способность не пропускать через себя воду (осадки),

– способность пропускать через себя водяные пары.

1-3. gore-tex 2. sofitex

Первая количественно характеризуется понятием водостойкости. Способность мембраны пропускать водяные пары количественно характеризуется понятиями паропроницаемость или сопротивление проникновению паров, в зависимости от применяемого метода измерения.

Водостойкость

Водостойкость или водонепроницаемость, waterproofness (мм вод. ст., mm h₂0) – высота столба воды, который мембрана не пропускает сквозь себя. Фактически этот параметр определяет давление воды, которое держит мембрана. Чем выше водостойкость мембраны, тем более интенсивные осадки она может выдержать.

Здесь не имеется в виду механическая прочность мембраны на разрыв. Мембрана сама по себе, без усиливающей ткани, не должна 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):

– JIS l 1092 a/iso 811 – для измерения водостойкости до 2000 мм,

– JIS l 1092 b – от 2000 мм до 30 000 мм.

Западные производители часто указывают водостойкость в фунтах на квадратный дюйм (psi – pounds per square inch).

В единицах СИ:

1 psi = 6895 Па

1000 мм вод. ст = 9807 Па.

1 psi = 703,07 мм вод. ст., 20 psi = 14 000 мм вод. ст., 40 psi = 28 000 мм вод. ст.

Ткань считается водостойкой, если она выдерживает давление 1500 мм.вод.ст и выше. Однако этого недостаточно в большинстве ситуаций. Чем больше интенсивность осадков, тем большего размера капли дождя. Капли при падении разгоняются до определенной скорости и, ударяясь о поверхность одежды, создают гидростатическое давление. К действию силы тяжести прибавим скорость ветра, которая при штормах и ураганах достигает 30 м/с (100 км/ч) и выше и практически вбивает осадки в поверхность. Кроме того, в процессе движения, одежда сминается и в определенных участках ткани происходит сжатие-растяжение, что так же может увеличить давление воды. Плюс внешнее давление предметов и тел на ткань, например: лямок рюкзака, участков тела человека, на которые происходит опора в положении сидя или лежа.

Для оценки необходимой водостойкости можно использовать следующую таблицу.

данные с www.torayentrant.com

И ориентироваться на минимальную водостойкость, необходимую, чтобы мембрана выдерживала давление сидящего человека – 8000-10 000 мм. Для давления, оказываемого локтями или коленями, например на дно палатки, ещё больше – около 20 000 мм.

Паропроницаемость

Паропроницаемость (г/м², g/m²) – количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны. Применяются и другие термины: moisture vapour transfer rate (mvtr), moisture permeability. Чаще всего указывают усреднённую величину g/(m ²24h) – количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны за 24 часа. Чем она выше, тем комфортнее одежда.

Наиболее распространенными методами измерения паропроницаемости являются:

– JIS l 1099 a1 (upright cup, calcium chloride method). Более адекватно отражает уровень комфорта при низкой физической активности – низком потоотделении.

– JIS l 1099 b1 (inverted cup, potassium acetate method). Отражает уровень комфорта при высокой физической активности – высоком уровне потоотделения.

– ISO 11092:1993 (the sweating hot plate test).

По результатам тестов 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.

Ret – сопротивление проникновению паров

Сопротивление проникновению паров (ret – resistance evaporative thermique, moisture permeability resistance), m²pa/w. Фактически это сопротивление квадратного метра мембраны, оно является обратным понятием паропроницаемости.

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.

«Финиш!» или немного о цифрах

Итак главный вопрос: кто кого, пористые или беспористые, gore-tex или Sympatex. Надёжных доказательств вы не найдете, всяк кулик хвалит свое болото. Это, в первую очередь, бизнес и поэтому никто не заинтересован в объективности. Остается одно – цифры, предоставляемые производителями и собственный опыт. Получить информацию о независимых измерениях рядовому потребителю не возможно. На сайте gore-tex или Event вы не найдете значений паропроницаемости или водостойкости, ничего кроме маркетинговых лозунгов типа «guaranteed to keep you dry™»или «let the sweat out», или крутых и звучных названий технологий, призванных вызвать священный трепет у потребителя.

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 найдёте официального или авторитетного и однозначного подтверждения нижеследующей информации.

Общими недостатками пористых мембран считаются:

– относительно высокая уязвимость для различных загрязняющих агентов, забивающих поры: жиров и солей, содержащихся в поту; остатков моющих средств; грязи в общем смысле этого слова. Я считаю что пыль, в бытовом понимании, не может забить такие мелкие поры. Хотя в воздухе современных городов летает масса очень мелких частиц продуктов сгорания – вот такого размера частицы забивать эти поры. Как следствие быстрое снижение паропроницаемости в процессе эксплуатации.

– потенциальная возможность протекания, что обусловлено пористой конструкцией мембраны.

Общими недостатками беспористых мембран считаются:

– относительно низкая паропроницаемость .

– тормознутость – значительная задержка времени достижения максимальной паропроницаемости.

Преимущество беспористых мембран, которое вроде как не оспаривается – устойчивость таких мембран к загрязнениям из-за отсутствия пор. И как следствие долговечность, постоянство свойств в течении всего срока эксплуатации.

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 таблицу трактую так:

10 000 – мембрана без ткани (по механическим ограничениям - разрыв);

50 000 – если мембрана просто «вставлена» слоем в изделие без ламинирования;

100 000 – 2-layer;

250 000 – 3-layer.

Из этого следует, формально – по параметрам и учитывая, её устойчивость к загрязнениям, sympatex всех победила.