Современные мембранные материалы, применяемые в одежде и снаряжении для активного отдыха, — высокотехнологичный продукт многолетних исследований и испытаний. О том, какими способами можно добиться одновременно защиты от воды и ветра и сохранить дышащие свойства ткани — подробно в нашем материале.
Коротко о предназначении мембран
Мембрана — барьер, который пропускает одни вещества и не пропускает другие. Мембранные технологии используются в промышленности повсеместно, в том числе в производстве одежды, обуви и снаряжения для аутдор-активностей.
Так называемые климатические мембраны созданы с целью защитить пользователя от внешних воздействий — дождя, снега, ветра, низких температур — и сохранить при этом комфортные ощущения. В условиях интенсивных нагрузок, хотя это, конечно, справедливо и для организма в состоянии покоя, это означает отведение наружу избыточной влаги, которая образуется в качестве продукта терморегуляции организма.
Следует понимать, что ни одна мембрана не способна обеспечить работу лишь в одном направлении. Корректная работа мембраны, то есть отведение избыточной влаги изнутри на внешнюю поверхность ткани, обеспечивается при соблюдении необходимых условий — как правило, это означает наличие градиента температуры и влажности между условиями на внутренней и внешней поверхностях материала. В большинстве случаев при использовании мембранных тканей на природе такие условия создаются автоматически, и мембрана действительно «работает».
Способы нанесения мембраны
Мембрана — тончайший слой вещества, обеспечивающего барьерный эффект. Толщина мембраны Gore-Tex, например, составляет всего 0.01 мм. При такой толщине мембрана не может самостоятельно обладать необходимой прочностью, она, как правило, подстилает изнутри внешний слой ткани.
Какой бы ни была по свойствам мембрана, изначальная нагрузка ложится на внешний слой ткани. Внешний слой должен в идеале обладать гидрофобными, то есть влагоотталкивающими свойствами. Его задача — допустить к мембране, находящейся за ним, как можно меньшее количество жидкой воды. Этому способствуют и свойства внешней ткани и — во многом — водоотталкивающая пропитка (DWR), благодаря которой вода скатывается по поверхности внешнего слоя, не проникая внутрь.
Статья по теме
По типу присоединения мембраны к внешней ткани выделяют:
- Покрытия (coating) — жидкие растворы, которые наносятся на внутреннюю поверхность ткани. Это наиболее простой и гораздо менее дорогой способ нанесения мембраны по сравнению с ламинатами. При этом, мембранные покрытия часто обладают меньшим весом, так как не требуют внутреннего защитного слоя-подкладки, а только защитного покрытия (подобно 2.5-слойной конструкции ламинатов).
- Ламинаты (laminate) — слоистые конструкции, в которых цельный слой мембраны приклеивается изнутри к внешнему слою ткани. Сегодня это основной принцип создания мембранных материалов для использования в сложных погодных условиях — ламинаты обладают значительно большей прочностью и долговечностью по сравнению с мембранными покрытиями. Мембранные ламинаты также демонстрируют более высокие показатели паропроницаемости по сравнению со схожими по химическим свойствам покрытиями. Так, говоря о мембранах практически всех самых известных производителей, мы подразумеваем именно мембранные ламинаты.
Типы строения мембранных материалов
В самом общем случае мембрана находится между внешним слоем, который обеспечивает первичную защиту от внешних воздействий, и внутренним, который находится на контакте с телом. Конструктивно, однако, эта задача может быть решена разными способами. При этом одни и те же типы конструкций могут использовать мембраны разного типа. О типах мембран — ниже.
Двухслойная конструкция мембранной ткани
Двухслойная конструкция (2-layer, 2L) — классическая конструкция, существующая с 1970-х годов и во многом по-прежнему актуальная. При двухслойной конструкции мембранная плёнка приклеивается изнутри к внешнему слою ткани. То есть собственно внешняя ткань состоит из двух слоёв. При этом внутренняя сторона мембраны, находясь на контакте с телом, требует защиты — как уже говорилось, сама плёнка очень тонкая и уязвимая, а также не слишком приятная на ощупь. Для этого используется подкладка из сплошного или сетчатого слоя ткани.
При создании неутеплённой одежды подобная конструкция обладает рядом недостатков — в частности, большим весом. В утеплённой одежде это по-прежнему основной стандарт: со внутренней стороны двухслойной мембранной ткани располагается утеплитель — пух или любой из синтетических утеплителей и затем подкладка.
2.5-слойная конструкция мембранной ткани
2.5-слойная конструкция (2.5-layer, 2.5L) — двухслойная конструкция, при которой на внутреннюю поверхность ткани наносится дополнительное защитное покрытие. Это покрытие часто является не сплошным, а наносится в виде отдельных точек или узорных элементов. Таким образом появляется возможность использовать летние вещи из 2.5-слойной ткани непосредственно на контакте с кожей. В 2.5-слойной конструкции пропадает необходимость внутреннего слоя ткани-подкладки — такая конструкция оказывается наиболее лёгкой и используется в одежде для треккинга, бега по пересечённой местности, езды на велосипеде и других видов аэробной активности.
Трёхслойная конструкция мембранной ткани
Трёхслойная конструкция (3-layer, 3L) — тип конструкции, при которой мембрана вклеивается между внешним и внутренним слоями ткани. Таким образом получается единый трёхслойный ламинат, в котором все три слоя объединены в один. Это наиболее прочная и долговечная конструкция. Как правило, именно она используется для производства верхней одежды, используемой в горах и суровых погодных условиях. Классическим примером трёхслойной мембраны является Gore-Tex Pro.
Существуют и другие варианты строения — например, конструкция Z-liner от Gore, при которой мембрана склеивается со специальным слоем лёгкой ткани, и этот двойной слой остаётся несвязанным между внешним слоем ткани и подкладкой. Подобная конструкция даёт возможность использования самых разных материалов в качестве внешнего слоя и улучшенное сохранение тепла за счёт большего числа воздушных прослоек.
Gore-Tex C-Knit
Типы мембран
По принципу работы мембраны, используемые при производстве аутдор-одежды, обуви и снаряжения, можно разделить на:
Поровые мембраны
Основной принцип работы поровых мембран заключается в различных свойствах водяного пара и жидкой воды: в водяном паре расстояния между отдельными молекулами воды велики и каждая из молекул существует «сама по себе»; в жидкой воде расстояния между молекулами значительно меньше — здесь начинают превалировать силы поверхностного натяжения. Именно они удерживают жидкую воду в виде отдельных капель.
Поровые мембраны, как правило, состоят из тончайшей плёнки гидрофобного, то есть отталкивающего влагу, вещества с регулярной сетью мельчайших отверстий. Размер этих пор подобран таким образом, чтобы они пропускали молекулы водяного пара, но препятствовали проникновению водяных капель.
Наиболее известным примером поровых мембран является первое поколение знаменитой мембраны Gore-Tex от компании W.L. Gore and Associates. Gore-Tex — тончайшая микропористая мембрана, состоящая из вспененного политетрафторэтилена (ePTFE). На каждый квадратный сантиметр мембраны Gore-Tex приходится свыше 1.4 миллиона микроскопических пор, размер которых подобран специальным образом. Эти поры в 20 000 раз меньше водяных капель, что делает мембрану полностью водонепроницаемой. Однако они в 700 раз больше молекулы водяного пара и легко пропускают испарения наружу. Политетрафторэтилен (или тефлон) — крайне гидрофобное вещество — достаточно вспомнить поведение капли воды на сковородке с тефлоновым покрытием. Это позволяет мембране дополнительно — после внешнего слоя ткани — отталкивать воду.
Фрагмент увеличенного изображения поровой мембраны на основе ПТФЭ
Одним из наиболее технологичных и современных примеров поровой мембраны является новая версия материала Gore-Tex Pro — мембранного материала для наиболее экстремальных погодных условий. Существовавшая до 2013 года версия Gore-Tex Pro Shell имела защитный олеофобный полиуретановый слой, то есть была мембраной комбинированного типа (см. ниже). Новая мембрана Gore-Tex Pro вместо этого состоит из сэндвича — нескольких слоёв ПТФЭ. Это позволило добиться значительного увеличения показателей паропроницаемости при традиционно высоком для тканей Gore-Tex уровне влагозащиты.
Старая версия Gore-Tex Pro Shell (слева) и новая версия Gore-Tex Pro (справа). В старой версии заметен защитный внутренний слой гидрофильного полиуретана (отмечен белым цветом). Вместо него справа заметно несколько отдельных слоёв ПТФЭ (серым цветом)
Статья по теме
Другим примером используемой в настоящее время чистой, то есть незащищённой поровой мембраны, является мембрана eVent. eVent — единственная в мире гидрофобная поровая мембрана на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) с интегрированной олеофобной защитой.
Главным преимуществом мембраны eVent являются непревзойдённые дышащие свойства при необходимо высоком уровне влагозащиты. В производстве мембраны eVent используется технология Direct Venting, прямой вентиляции. Благодаря этому необходимость защищать мембрану от выделений с поверхности кожи (масел, соли и прочего) с помощью дополнительного полиуретанового покрытия волокон отпадает, в отличие от комбинированных мембран, таких, как современные версии Gore-Tex. Благодаря олеофобной обработке волокон, слагающих мембрану, поры мембраны остаются открытыми постоянно. Мембраны eVent — единственные в мире на данный момент, обладающие не только гидрофобными, но и олеофобными качествами.
Статья по теме
Одним из наиболее интересных примеров поровых мембран на сегодняшний день является мембрана NeoShell от компании Polartec. В отличие от классических поровых мембран, которые производятся при помощи многократного растяжения нагретого политетрафторэтилена (ПТФЭ) или гидрофильного полиуретана (PU), NeoShell — электроспиннинговая мембрана, которая создаётся из тончайших полиуретановых волокон, формирующихся в единый массив с помощью электромагнитного поля. Такая технология позволяет добиться большего, а главное — контролируемого расстояния между волокнами мембраны, что позволяет обеспечить двусторонний воздухообмен. Как следствие — лучшая паропроницаемость, особенно ощутимая в условиях нагрузок высокой интенсивности и помогающая избежать перегрева организма пользователя.
Результаты теста MVTR b1 до 33 000 г/м²/24ч превышают значения почти всех мембранных материалов на рынке. При этом NeoShell обладает относительно невысокими показателями водостойкости (10 000 мм водяного столба) — по заверению Polartec, этого достаточно, чтобы считать ткань водонепроницаемой. NeoShell можно считать первым удачным синтезом HardShell- и SoftShell-концепций и в целом одним из наиболее универсальных внешних материалов.
Статья по теме
Беспоровые мембраны
Беспоровые мембраны работают по совершенно другому принципу. Они представляют собой сплошную непористую плёнку гидрофильного, то есть притягивающего влагу, вещества, в подавляющем большинстве случаев — гидрофильного полиуретана.
В отличие от пористых мембран выведение водяного пара здесь осуществляется благодаря перемещению в теле мембраны частиц на молекулярном уровне (диффузии). То есть, молекулы воды захватываются и ступенчато передаются от одной гидрофильной молекуле к другой и в итоге выводятся на внешнюю поверхность. При этом капли воды, обладающие средним диаметром от 1 до 200 мкм, являются слишком большими, чтобы проникнуть через гидрофильную мембрану.
Один из самых успешных способов применения мембран на основе гидрофильного полиуретана — мембраны Dermizax японской компании Toray. Материалы Dermizax в течение многих лет применяются многими ведущими производителями одежды для альпинизма, треккинга, зимних видов спорта. Сейчас Dermizax — это целая линейка материалов. Последняя разработка — Dermizax NX — обеспечивает беспрецедентные показатели паропроницаемости — от 30 000 до 40 000 г/м²/24 часа с минимальной конденсацией влаги на внутренней поверхности при водонепроницаемости 20 000 мм водяного столба или выше.
Статья по теме
Помимо Dermizax собственные беспоровые мембраны на основе гидрофильного полиуретана производят многие производители экипировки — The North Face, Patagonia, Marmot и другие. Одним из преимуществ полиуретановых мембран является относительно невысокая стоимость их производства. Беспоровые мембраны в целом долговечны и неприхотливы в использовании.
Неоспоримым преимуществом мембранных материалов подобного типа является эластичность — мембрана Dermizax, например, способна растягиваться на 200% собственной длины, что часто является определяющим при выборе одежды для аутдора.
Показатели паропроницаемости полиуретановых мембран начального уровня не слишком высоки — в районе 10 000-17 000 г/м²/24 часа. Поэтому такие мембраны в большинстве случаев не обеспечат необходимого комфорта при интенсивных нагрузках. Кроме того, для того, чтобы гидрофильная мембрана начала отводить влагу от тела на внешнюю поверхность, должен быть создан значительный градиент влажности, то есть влажность на внутренней поверхности мембраны должна сильно превышать влажность воздуха снаружи. Подобный градиент может создавать не совсем комфортные ощущения сырости внутри — этот факт часто приводят в качестве недостатка мембран подобного типа.
Комбинированные мембраны
Основной проблемой микропористых мембран на основе чистого политетрафторэтилена является загрязнение пор грязью, жировыми выделениями тела и т.п. Как следствие — рабочие качества снижаются и прежде всего страдают дышащие и водоотталкивающие свойства. Это стало заметно на примере первого поколения материалов Gore-Tex — они обладали прекрасной паропроницаемостью, но теряли свойства после более-менее долгой эксплуатации.
Решение пришло в виде совмещения мембран двух типов: пористая мембрана на основе ПТФЭ служит основным барьером на пути жидкой влаги и способствует отведению водяного пара, а внутренний слой из беспорового гидрофильного полиуретана обеспечивает защиту ПТФЭ-мембраны от загрязнения.
При таком подходе толщина защитной полиуретановой мембраны в целом втрое меньше, чем толщина самостоятельной ПУ-мембраны. Тем не менее, это накладывает определённые ограничения на совокупные дышащие свойства материала. С другой стороны, подобная двойная конструкция обеспечивает долговечность и неприхотливость в использовании ткани.
Современные версии Gore-Tex и Gore-Tex Active — как раз комбинированного типа.
Фрагмент увеличенного изображения поперечного разреза мембраны комбинированного типа. Заметны пористый слой из ПТФЭ (сверху) и защитный беспоровый слой (снизу)
Выводы
Итак, какую же мембранную ткань предпочесть? Однозначного ответа, очевидно, нет. В самом общем смысле наиболее надёжной функцией свойств мембраны, как это не печально, можно считать её стоимость. Следует иметь в виду, что стоимость собственно изделия и ткани — не всегда адекватно связаны напрямую. Производители с историей, обладающие значительными техническими мощностями, уделяют много внимания тестам материалов, что не может не сказываться на производительности мембранных тканей. Иными словами, старый-добрый Gore-Tex — почти наверняка надёжный вариант для широкого круга условий, в этом сомневаться не приходится.
При выборе одежды для использования в суровых погодных условиях — особенно если речь идёт о повышенной влажности и не слишком низких температурах — стоит, конечно, отталкиваться от Gore-Tex Pro. Ткань не только обеспечивает максимальную защиту от воды и эффективно отводит влагу, но и отлично защищена от порезов и истирания.
Что касается беспоровых мембран, мы не рекомендовали бы использовать их при интенсивных нагрузках, особенно если речь идёт о полиуретановых мембранах среднего уровня. Уровень паропроницаемости у таковых пока недостаточно высок. Однако, они отлично подойдут в качестве лёгкой одежды для плохой погоды, которая проводит основное время в рюкзаке.
При выборе повседневной одежды с функцией защиты от плохой погоды стоит в большей степени отталкиваться от максимально высокой паропроницаемости материала, поскольку подвергнуть одежду длительному воздействию дождя и снега в городских условиях не всегда получается. Тут хорошо показали себя eVent и Polartec NeoShell.
В магазине «Спорт-Марафон» представлены одежда, обувь и снаряжение из практически всех используемых на данный момент мембранных материалов. Отличный способ изучить всё и выбрать самое нужное, приходите!
Мне нравится
