Статьи

Паропроницаемость и воздухопроницаемость — в чём разница?  16.08.2018 12:00

Для начала опровергнем заблуждение — «дышит» не ткань, а наше тело. Точнее, поверхность кожи. Человек относится к числу тех животных, чей организм стремится поддерживать температуру тела постоянной вне зависимости от условий внешней среды. Одним из важнейших механизмов нашей терморегуляции являются сокрытые в коже потовые железы. Они же являются частью выделительной системы организма. Выделяемый ими пот, испаряясь с поверхности кожи, уносит с собой часть избыточного тепла. Поэтому, когда нам жарко — мы потеем во избежание перегрева.

Однако, у этого механизма есть один серьёзный недостаток. Влага, быстро испаряясь с поверхности кожи, может спровоцировать переохлаждение, которое приводит к простудным заболеваниям. Конечно, в Центральной Африке, где человек эволюционировал как вид, такая ситуация — скорее редкость. Но в регионах с переменчивой и преимущественно прохладной погодой человеку постоянно приходилось и приходится дополнять свои естественные механизмы терморегуляции различной одеждой.

Способность одежды «дышать» подразумевает её минимальное сопротивление отводу испарений от поверхности кожи и «умение» транспортировать их на лицевую сторону материала, где выделенная человеком влага может улетучиться, «не украв» избыточное количество тепла. Таким образом, «дышащий» материал, из которого изготовлена одежда, помогает организму человека поддерживать оптимальную температуру тела, не допуская перегрева или переохлаждения.

«Дышащие» свойства современных тканей принято описывать в рамках двух параметров — «паропроницаемость» и «воздухопроницаемость». В чём между ними разница и как это влияет на их применение в одежде для спорта и активного отдыха?

Что такое паропроницаемость?

Паропроницаемость — это способность материала пропускать или задерживать водяной пар. В индустрии производства одежды и снаряжения для активного отдыха важное значение имеет высокая способность материала к транспорту водяного пара. Чем она выше, тем лучше, т.к. это позволяет избежать пользователю перегрева и при этом оставаться сухим.

Определённой паропроницаемостью обладают все использующиеся сегодня ткани и утеплители. Однако в численном выражении она представлена только для описания свойств мембран, применяющихся в производстве одежды, и для очень малого количества не водонепроницаемых текстильных материалов. Чаще всего паропроницаемость измеряют в г/м²/24 часа, т.е. количество водяного пара, которое пройдёт через квадратный метр материала за сутки.

Обозначается этот параметр аббревиатурой MVTR («moisture vapor transmission rate» или «скорость прохождения водяного пара»).

Чем выше значение, тем большей паропроницаемостью обладает материал.

Как измеряют паропроницаемость?

Цифры MVTR получают в результате лабораторных тестов, основанных на различных методиках. В связи с большим количеством переменных, влияющих на работу мембраны — индивидуальный метаболизм, давление и влажность воздуха, площадь материала, пригодная для транспорта влаги, скорость ветра и пр., единого стандартизированного метода исследований для определения паропроницаемости не существует. Поэтому для того, чтобы иметь возможность сравнивать образцы тканей и мембран между собой, производители материалов и готовой одежды используют целый ряд методик. Каждая из них в отдельности описывает паропроницаемость ткани или мембраны в определённом диапазоне условий. Сегодня наиболее часто применяются следующие тестовые методики:

«Японский» тест с «вертикально стоящей чашкой» (JIS L 1099 A-1)

Тестовый образец растягивается и герметично фиксируется поверх чашки, внутрь которой помещён сильный влагопоглотитель — хлорид кальция (CaCl2). Чашка помещается на определённое время в термогидростат, в котором поддерживается температура воздуха 40°C и влажность 90%.

В зависимости от того, как изменится вес влагопоглотителя за контрольное время, определяется MVTR. Методика хорошо подходит для определения паропроницаемости не водонепроницаемых тканей, т.к. тестируемый образец не находится в прямом контакте с водой.

«Японский» тест с «перевёрнутой чашкой» (JIS L 1099 B-1)

Тестовый образец растягивается и герметично фиксируется над сосудом с водой. После он переворачивается и помещается над чашкой с сухим влагопоглотителем — хлоридом кальция. Через контрольное время влагопоглотитель взвешивается, в результате чего вычисляется MVTR.

Тест B-1 наиболее популярен, так как демонстрирует наибольшие цифры среди всех методик, определяющих скорость прохождения водяных паров. Чаще всего именно его результаты публикуют на ярлыках. У наиболее «дышащих» мембран показатель MVTR по тесту B1 больше или равен 20 000 г/м²/24ч по тесту B1. Ткани со значениями 10-15 000 можно отнести к ощутимо паропроницаемым, по крайней мере в рамках не очень интенсивных нагрузок. Наконец, для одежды, предполагающей малую подвижность часто оказывается достаточно паропроницаемости в пределах 5-10 000 г/м²/24ч.

Метод теста JIS L 1099 B-1 довольно точно иллюстрирует работу мембраны в идеальных условиях (когда на её поверхности есть конденсат и влага транспортируется в более сухую среду, обладающую меньшей температурой).

Тест с «потеющей пластиной» или RET (ISO — 11092)

В отличие от тестов, определяющих скорость транспорта водяного пара сквозь мембрану, методика RET исследует то, насколько тестируемый образец сопротивляется прохождению водяного пара.

Образец ткани или мембраны помещается поверх плоской пористой металлической пластины, под которую подведён нагревательный элемент. Температура пластины поддерживается на уровне температуры поверхности человеческой кожи (около 35°C). Вода, испаряющаяся от нагревательного элемента, проходит через пластину и тестируемый образец. Это приводит к потерям тепла на поверхности пластины, температура которой должна поддерживаться постоянной. Соответственно, чем выше уровень энергозатрат для поддержания температуры пластины постоянной, тем ниже сопротивляемость тестируемого материала к прохождению сквозь него водяного пара. Обозначается этот параметр как RET (Resistance of Evaporation of a Textile — «сопротивление материала испарению»). Чем ниже значение RET, тем выше «дышащие» свойства тестируемого образца мембраны или иного материала.

• RET 0-6 — экстремально дышащие;
• RET 6-13 — хорошо дышащие;
• RET 13-20 — дышащие;
• RET более 20 — не дышащие.

В лаборатории института Hohenstein, с которым сотрудничают Gore-Tex, эта методика дополнена тестированием реальных образцов одежды людьми на беговой дорожке. В этом случае результаты тестов с «потеющей пластиной» корректируются в соответствии с замечаниями испытателей.

Тест RET наглядно иллюстрирует работу мембраны в реальных условиях, однако является также самым дорогим и продолжительным по времени в приведённом списке. По этой причине его могут позволить себе далеко не все компании-производители одежды для активного отдыха. В то же время RET является сегодня основной методикой для оценки паропроницаемости мембран от компании Gore-Tex.

Методика RET обычно хорошо коррелирует с результатами теста B-1. Другими словами, мембрана которая показала хорошие «дышащие» свойства в тесте RET, продемонстрирует хорошие «дышащие» свойства в тесте с «перевёрнутой чашкой».

К сожалению, ни одна из тестовых методик не способна заменить собой остальные. Более того, не всегда их результаты коррелируют друг с другом. Мы увидели, что процесс определения паропроницаемости материалов в различных методиках имеет множество отличий, имитируя разные условия работы.

Вдобавок, различные мембранные материалы работают по разному принципу. Так, например, поровые ламинаты обеспечивают сравнительно свободное прохождение паров воды через имеющиеся в их толще микроскопические поры, а беспоровые мембраны транспортируют влагу на лицевую поверхность как промокашка — с помощью гидрофильных полимерных цепочек в своей структуре. Вполне естественно, что один тест может имитировать выигрышные условия для работы беспоровой мембранной плёнки, например, когда влага вплотную прилегает к её поверхности, а другой — для микропористой.

Вкупе всё это означает, что сравнивать между собой материалы на основе данных, полученных от разных тестовых методик практически не имеет смысла. Также не имеет смысла сравнивать показатели паропроницаемости разных мембран, если тестовая методика хотя бы для одной из них неизвестна.

Что такое воздухопроницаемость?

Воздухопроницаемость — способность материала пропускать через себя воздух под влиянием перепада его давления. При описании свойств одежды часто употребляется синоним этого термина — «продуваемость», т.е. то, насколько материал «ветростоек».

В отличие от методик оценки паропроницаемости в этой области царит относительное однообразие. Для оценки воздухопроницаемости используется так называемый тест Фразера, который определяет, какой объём воздуха пройдёт через материал за контрольное время. Скорость воздушного потока по условиям теста обычно составляет 30 миль в час, но может меняться.

Единицей измерения служит кубический фут воздуха, проходящий через материал за одну минуту. Обозначается аббревиатурой CFM (cubic feet per minute).

Чем больше значение — тем выше воздухопроницаемость («продуваемость») материала. Так беспоровые мембраны демонстрируют абсолютную «непродуваемость» — 0 CFM. Тестовые методики чаще всего определяются стандартами ASTM D737 или ISO 9237, которые, впрочем, дают идентичные результаты.

Точные цифры CFM публикуются производителями тканей и готовой одежды сравнительно редко. Чаще всего этот параметр используется для характеристики ветрозащитных свойств в описаниях различных материалов, разработанных и применяемых в рамках производства одежды SoftShell.

С недавних пор о воздухопроницаемости производители стали «вспоминать» гораздо чаще. Дело в том, что вместе с воздушным потоком с поверхности нашей кожи испаряется гораздо больше влаги, что снижает риск перегрева и скопления конденсата под одеждой. Так, мембрана Polartec Neoshell имеет чуть большую, чем традиционные поровые мембраны, воздухопроницаемость (0.5 CFM против 0.1). Благодаря этому Polartec удалось добиться существенно лучшей работы своего материала в условиях ветреной погоды и быстрого движения пользователя. Чем выше давление воздуха снаружи, тем лучше Neoshell отводит пары воды от тела за счёт большего воздухообмена. При этом мембрана продолжает защищать пользователя от ветрового охлаждения, блокируя порядка 99% воздушного потока. Этого оказывается достаточно, чтобы противостоять даже штормовым ветрам, и потому Neoshell нашёл себя даже в производстве однослойных штурмовых палаток (яркий пример — палатки BASK Neoshell и Big Agnes Shield 2).

Сравнение воздухопроницаемости мембраны Polartec Neoshell с «классическими» мембранными материалами © polartec.com

Высокая воздухо- и паропроницаемость важна и для внутренних слоёв одежды. Как бы хорошо ни работала мембрана, прежде чем достигнуть её влага с поверхности кожи должна пройти через материалы базового и утепляющего слоёв. Хорошее термобельё и тёплые, но в то же время неплотные артикулы флисовых тканей (такие как Polartec 100, 200 и High Loft), прекрасно справлялись и справляются с этой задачей. Чего нельзя сказать о куртках с объёмным утеплителем — в них долгое время применялись очень плотные «пуходержащие ткани», которые не давали мигрировать волокнам утеплителя, из-за чего изделия отличались низкой воздухопроницаемостью.

Но прогресс не стоит на месте. Сегодня есть масса предложений хорошо утеплённых средних слоёв одежды с частичной воздухопроницаемостью, которые также могут использоваться как самостоятельное изделие. В них используются либо принципиально новые утеплители — как Polartec Alpha, либо применяются синтетические объёмные утеплители с очень низкой степенью миграции волокон, которые позволяют использовать менее плотные «дышащие» ткани. Так, в куртках Sivera Гамаюн используется ClimaShield Apex, в Patagonia NanoAir — утеплитель под торговой маркой FullRange™, который производится японской компанией Toray под оригинальным названием 3DeFX+. Идентичный утеплитель применяется в горнолыжных куртках и брюках компании Mountain Force в рамках технологии «12 way stretch» и горнолыжной одежде Kjus. Сравнительно высокая воздухопроницаемость тканей, в которые заключены эти утеплители позволяет создать утепляющий слой одежды, который не будет препятствовать отводу испаренной влаги с поверхности кожи, помогая пользователю избежать как намокания, так и перегрева.

Свою версию утеплённой одежды с высокой воздухопроницаемостью в 2017 году представила и компания The North Face. Их куртки Ventrix весьма оригинальны по конструкции. Помимо «дышащей» ткани в них применяется эластичный утеплитель, который перфорирован в местах наибольшего потоотделения. Пока вы двигаетесь утеплитель постоянно растягивается, открывая отверстия и быстро отводя испарения и избыточное тепло. А в состоянии покоя отверстия в утеплители оказываются сомкнуты, что существенно снижает возможные тепловые потери.

Трёхмерная модель утеплителя Toray 3DeFX+ © 3defx-plus.com

Также, говоря о паро- и воздухопроницаемых материалах, нельзя обойти вниманием семейство тканей Pertex, большинство из которых отличает высокая способность к транспорту влаги в сочетании с частичной «продуваемостью», что позволяет им поддерживать оптимальный микроклимат. Благодаря таким свойствам, ткани Pertex стали первыми материалами, которые начали применяться в SoftShell-одежде. В дальнейшем другие производители создали внушительное количество их аналогов, что привело к повсеместному распространению тонкого, сравнительно прочного, «дышащего» нейлона в одежде и снаряжении для спорта и активного отдыха.

Статья взята с сайта:

https://sport-marafon.ru/article/odezhda/paropronitsaemost-i-vozdukhopronitsaemost-v-chyem-raznitsa/