Vedenpitävä kangas hengittävällä kalvolla ulkokäyttöön tarkoitettuihin PPE-pukuun

Vesitiiviin ja hengittävän kalvoteknologian toimintaperiaate

Vesitiiviiden ja hengittävien kankaiden taustalla oleva tiede

Vedeneristetyt, mutta hengittävät kankaat ratkaisevat ongelman, jossa sade pysyy ulkona ja hikoilu pääsee pois kehosta. Valmistajat saavuttavat tämän erikoiskalvojen avulla, jotka toimivat kahteen pääasialliseen tapaan: mikroskooppiset huokoset tai kosteutta viettelevät polymeerit. Otetaan esimerkiksi mikropesäkemukalvot, jotka on valmistettu materiaaleista kuten ePTFE. Näissä on kirjaimellisesti miljardeja mikroskooppisia reikiä joka neliötuumassa. Reikien koko on juuri sopiva – todella liian pieni sille, että vesipisarat pääsisivät läpi, mutta tarpeeksi suuri, jotta hikoilun haihtuma pääsee läpi. Toisaalta meillä on hydrofiiliset kalvot, joissa ei ole lainkaan huokosia. Sen sijaan ne imevät kosteutta ja siirtävät sitä tiettyjen polymeerien avulla, jotka käytännössä vetävät haihtumismolekyylejä läpi itseensä. Molemmat lähestymistavat toimivat parhaiten, kun kosteusero on huomattava pukeutumisessa sisällä olevien ja ulkoisten olosuhteiden välillä. Tämä kehuttu järjestelmä juontaa juurensa 70-luvun alkupuolelle, jolloin tutkijat saivat sen ensimmäisenä toimimaan oikein. Sen jälkeen nämä teknologiat ovat muodostuneet melko tavalliseksi varustukseksi kaikenlaiseen ulkoiluvaatteeseen ja urheiluvaatteeseen nykyisin.

Mikroporiset ja hydrofiiliset kalvot: niiden kosteuden hallinta

• Mikroporiset kalvot (esim. ePTFE) estävät nestemäistä vettä käyttämällä submikronisten huokosten verkostoa, joka mahdollistaa höyrystymisen. Ne toimivat hyvin kosteassa ympäristössä, mutta niiden huokoset voivat tukkeutua pintoja alentavien aineiden tai öljyjen vaikutuksesta, ellei huoltoa tehdä oikein.
• Hydrofiliset muistiot käyttävät jatkuvia polymeeriketjuja imeämään ja kuljettamaan kosteutta molekyylikanavien kautta. Nämä kalvot tarjoavat tasaisen hengittävyyden saastuneissa olosuhteissa, mutta niiden toiminta vaatii tietyt lämpötila- ja kosteusgradientit.

Kumpikin järjestelmä tarjoaa omat etunsa: mikroporiset rakenteet tarjoavat hyvän hengittävyyden dynaamisissa olosuhteissa, kun taas hydrofiiliset kalvot erottuvat kestävyydessä ja vastustuskyvyssä ympäristön saasteita vastaan.

Kerrostamisen ja huokosten koon merkitys höyryn läpäisevyydessä ja nestevastuksessa

Laminointiprosessi kiinnittää kalvon sekä ulko- että sisäpintoihin vähentämättä koko rakenteen lujuutta. Mikroporomembraanien kohdalla on erityisen tärkeää saada porokoot oikein. Porokoot, jotka vaihtelevat noin 0,2–5 mikrometrin välillä, tarjoavat hyvän kompromissin ilman läpäisevyyden ja nesteen estämisen välillä. Jos porot ovat suurempia kuin 0,5 mikrometrin, ne päästävät läpi enemmän kosteus höyryä, jopa noin 30 000 grammaa neliömetriä kohti päivässä. Toisaalta pienemmät porot, jotka ovat alle 2 mikrometrin kokoisia, kestävät paremmin vesipainetta ja vastustavat voimaa, joka ylittää 25 000 millimetrin vesipatsasta. Useamman kerroksen lisääminen laminateille tekee niistä kestävämpiä kulutusta vastaan, samalla kun niiden hengittävyys säilyy suurimmaksi osaksi myös 50 pesun jälkeen. Tällainen kestävyys varmistaa, että tuotteet toimivat hyvin pitkään vaikeissa olosuhteissa, joissa tavalliset materiaalit saattavat pettää.

Suorituskykyindikaattorit: Hengittävyyden ja vesitiiviysluvut teknisissä kankaisissa

Kankaat, joiden MVTR-arvo on yli 20 000 g/m²/24h ja vesitiiviys yli 28 000 mm, ovat ideaalisia pitkäaikaiseen ulkoiluun, tarjoten erinomaista suojaa kompromissitta mukavuuden tai liikkuvuuden kustannuksella.

Gore-Tex ja edistyneet kalvo-kankaat ulkoilun suojavarusteissa

Gore-Texin kehittyminen ja sen vaikutus ulkoilun suojavarusteisiin

Kun Gore-Tex ensimmäisen kerran julkaistiin vuonna 1969, se muutti teknisten vaatteiden peliä todella. Materiaalissa käytetään jotakin, jota kutsutaan laajennetuksi politetrafluoretyyleeniksi (tai lyhyesti ePTFE) ja josta muodostuu erikoinen kalvo. Nämä mikroskooppisen pienet huokoset ovat itse asiassa 20 000 kertaa pienempiä kuin tavalliset vesipisarat, mutta ne silti sallivat höyrystymisen läpäisemisen. Mikä tämä sitten tarkoittaa? Vaatteet pysyvät kuivina ulkopuolelta, kun taas hiki pääsee haihtumaan sisältä. Melko vaikuttavaa! Siirrytään nykypäivään, noin kolmella neljäsosalla kaikista parhaanlaatuisista ulkoiluun tarkoitetuista suojavälineistä on nykyään jonkinlainen kalvoteknologia. Ja arvaa mitä? Gore-Tex pysyy edelleen yhtenä tärkeimpänä vertailukohdista, kun puhutaan tuotteiden kestävyydestä ja yleiskäyttöisyydestä. Ainakin näin viimeisin vuoden 2024 ulkoiluvälineiden innovaatioraportti kertoo.

Gore-Texin suorituskyky äärioireissa ja korkealla sijaitsevissa olosuhteissa

Gore-Texin vesitiiviys on noin 28 000 mm, mikä tarkoittaa, että se kestää noin 28 litraa neliömetriä kohti kohdistuvaa vesipainetta ennen kuin vuoto alkaa. Hengittävyyden osalta kangas päästää läpi noin 15 000 grammaa kosteutta neliömetriä kohti 24 tunnin aikana. Korkealla suoritetut kenttätestit osoittivat, että tämä materiaali kestää erinomaisesti jopa kun lämpötila laskee miinus 40 celsiusasteeseen ja tuulen nopeus saavuttaa 120 kilometriä tunnissa. Materiaali säilyy riittävän joustavana, jotta se liikkuu kehon mukana ja tarjoaa silti tarpeellisen tuulensuojan niille, jotka työskentelevät ankaraissa arktisissa tai vuoristo-olosuhteissa. Tuulitunneli-tutkimusten mukaan Gore-Texillä valmistetut vaatteet vähentävät lämpöhäviötä noin kaksi kolmannesta verrattuna tavalliseen varustukseen ilman kalvoja, mikä tekee todellisen eron siinä, kuinka lämpiminä ihmiset pysyvät kylmän säätöissä seikkaillessaan.

Tapauskoe: Gore-Texin käyttö vuoristojoukkojen ja retkien työasusteissa

Alppihätäpalvelut käyttävät nyt kolminkertaista Gore-Tex Pro -materiaalia PPE-varusteissa, jotka on suunniteltu 72 tunnin kestoisiin tehtäviin. Vuoden 2023 tutkimus 120 pelastustehtävästä paljasti merkittäviä parannuksia verrattuna tavalliseen varustukseen:

Pelastusyksiköt raportoivat myös 40 % nopeammat kuivumisajat kosteassa lumessa verrattuna aikaisempiin laminoiduihin kankaisiin, mikä korostaa materiaalin yliluonnollista kosteuden hallintaa ja toiminnallista valmiutta.

Kevyen ja joustavan kalvon sisältävien laminoidun kankaan innovaatiot tarjoavat parannettua liikkuvuutta ja mukavuutta

Valmistajat voivat nykyään valmistaa kalvoja, joiden paino on vain 12 grammaa neliömetriltä, mikä on itse asiassa kevyempää kuin tavallinen kirjoituspaperi. Näissä materiaaleissa on grafeenilla seostettuja kerroksia, jotka auttavat lämpötilan säätelyssä, sekä suuntavetoisia venymäkankaita, jotka mahdollistavat noin 270 asteen liikkuvuuden olkapäissä. Tämä yhdistelmä tekee näistä komposiittilaminateista erittäin hyödyllisiä esimerkiksi palopukuissa ja sotilaalliseen varustukseen, joissa vapaaseen liikkumiseen on suuri merkitys. Testit ovat osoittaneet, että nämä materiaalit kestävät hyvin yli 500 hankauskertaa EN 530:2019 -standardin mukaisesti ja säilyttävät lähes kaiken vesitiiviysominaisuutensa, 99,8 %. Tällainen suorituskyky tekee materiaaleista erinomaisen valinnan työsuojavarusteisiin, joiden tulee kestää useita käyttökertoja. Vuoden 2023 Industrial Safety Review -julkaisu nosti esiin tämän löydön sekä muita äskettäisiä kehitysaskelia suojapukeutumisteknologiassa.

Käytännön sovelluksia ulko- ja sotilastyösuojapukujen alalla

Vesitiivistä hengittävää kangasta käytetään vuorikiipeily- ja retkikangaskalustossa

Kun kiipeilijät kohtaavat ankaria olosuhteita, kuten -40 celsiusastetta 8500 metrin korkeudessa, nykyaikaiset hengittävät vesitiiviit kankaat silti kestävät huimaa määrää hikituotantoa, noin 15 litraa neliömetriä kohti 24 tunnin aikana, pettämättä vesitiiviyttään. Haaste vaikeutuu kuitenkin, sillä näillä korkeuksilla, joissa ilmanpaine laskee merkittävästi, nämä materiaalit siirtävät kosteuden höyryä noin 30 prosenttia vähemmän kuin merenpinnan tasolla. Kuitenkin valmistajat ovat kehittäneet parempia kalvo-teknologioita, jotka pitävät kosteuden poistumisen riittävän tehokkaana, jotta vuorikiipeilijät voivat pitää voimansa ja kestävyytensä pitkissä kiipeilyissä. Tämä vahvistettiin äskettäin Alpine Gear Reportin 2023-laitoksen testejä tarkasteltaessa, jossa testattiin eri varusteita samankaltaisissa ankaraissa olosuhteissa.

Sotilasluokan suojapukeen tehokkuus äärimmäisissä olosuhteissa

Jungleissa toimivat joukot tarvitsevat varusteita, jotka toimivat, kun kosteus saavuttaa 95 %:n ja estävät edelleen kemikaalien pääsyn läpi. Käytännön kenttätestit ovat osoittaneet, että nämä erityiskankaat pysyvät kuivina ja pitävät kosteuden määrän alle 1 %:n tasolla jopa kolmen päivän jatkuvan käytön jälkeen. Tämä on erittäin tärkeää, koska hypotermia alkaa nopeasti, kun kehon lämpötila laskee vain neljä Celsius-astetta normaalin alapuolelle, mikä voi todella haitata taistelukykyä tai selviytymismahdollisuuksia. Näiden materiaalien tarjoama suoja eroaa ratkaisevasti tehtävissä, joissa liikutaan vaikeassa maastossa ja äärimmäisissä sääolosuhteissa. Vuoden 2024 puolustusmateriaalitutkimuksen hiljattainen raportti tukee tätä ja selittää, miksi tällaiset suorituskykyspesifikaatiot ovat niin tärkeitä sotilaalliselle valmiudelle.

Kenttädata lämmönsäädöstä, mukavuudesta ja pitkäkestoisesta käytöstä

• Termalisestoiminnasta : Säilyttää ydinosan lämpötilan 32–35 °C välillä 8 tunnin arktisten patojen aikana
• Mukavuutta : Saavuttaa 40 % nopeamman hien haihtumisen verrattuna perinteisiin päällystettyihin kankaisiin (vuoden 2024 kenttäsuorituskykykatsaus)
• Kestävyys : Säilyttää 98 %:n vesitiiviysominaisuudet 50+:n hankauskierron jälkeen (ISO 12947)

Nämä mittarit vahvistavat, että nykyaikaiset kalvoteknologiat tukevat 120 tunnin jatkuvaa käyttöä useissa eri ympäristöissä samalla täyttäen myrskytasoiselle vedenpitävyydelle vaaditun 10 000 mm vesipatsasrajan.

Kestävyys, elinikä ja ympäristövastuskyky suojakalvoilla

Testausstandardit hankauskestävyydelle, saumanlujuudelle ja vesitiiviysominaisuuksille

Parhaat suorituskykyiset kalvot läpäisevät tiukat kansainväliset testausprotokollat. Standardit kuten ISO 4914 tarkistavat niiden kulumisvastuksen, ASTM D751 mittaa niiden kykyä kestää vesipainetta ja EN 14360 arvioi saumojen todellista lujuutta. Kun puhutaan huipputason yksilöllisestä suojavarusteesta, nämä tuotteet kestävät yli 15 tuhatta kierrosta Martindalen hankauskokeessa. Ne myös pitävät veden ulkona kuin 40 metrin vesipatsaan paineessa, mikä vastaa noin 28 paunaa neliötuumassa. Paneelien välisten saumojen käsittelyyn on myös erityistä huomiota. Näiden liimapintojen on kestettävä noin 1,8 kilonewtonin veto voima ennen kuin ne alkavat hajoamaan. Tällainen lujuus tarkoittaa, että työntekijöillä ei ole ongelmia varusteiden hajoamisesta liikkuessa tai taivuteltaessa kovassa olosuhteissa.

UV-säteilyn, kemikaalien ja toistuvan käytön vaikutus kalvon suorituskykyyn

Viime vuonna 2024 julkaistun pitkäaikaisuutta koskevan tutkimuksen mukaan polyuretaanilla pinnoitetut kankaat säilyttävät jopa 92 % vesitiiviydestään, vaikka niitä olisi altistettu UV-valolle jatkuvasti 1 200 tunnin ajan ASTM G154 -standardin mukaisesti. Se on itse asiassa melko vaikuttava tulos verrattuna PTFE-kalvoihin, jotka säilyttivät vesitiiviystään vain noin 74 % samanlaisissa olosuhteissa. Kun kyseessä ovat fluoripolymeeri-käsittelyt, nämä materiaalit osoittavat myös hyvää kestävyyttä, kestävät yli viidenkymmenen teollisuuden pesuainekerran jälkeen, kun huokoisuuden heikkeneminen pysyy alle 7 %. Mutta tässä on yksi tärkeä seikka, joka kannattaa huomioida. Jos näitä materiaaleja pestään jatkuvasti poolisten liuottimien kanssa, kosteudenläpäisyysnopeus laskee noin 22 % jo 75 pesukerran jälkeen. Tämä osoittaa selkeästi, miksi valmistajan suosittelemien puhdistusmenetelmien noudattaminen on niin tärkeää, jotta kankaan suorituskykyä voidaan ylläpitää pitkän ajan kuluessa.

Kestävän hengittävyyden ja vesitiiviin suojan tasapainottaminen uudelleenkäytettävässä PPE:ssa

Edistyneet laminoidut kalvot säilyttävät 95 %:n MVTR-retention (≥15 000 g/m²/24 h) yli 50 käyttökerran ajan innovatiivisten suunnitteluratkaisujen ansiosta:

• Gradienttiset huokosarkkitehtuurit (20–50 μ ulkokerros, 0,2–5 μ sisäkerros)
• Hydrofobinen matriisivahvistus, jonka turvotusindeksi on <1 %
• Uhrautuvat pinnoitteet, jotka korjaavat mikropintautumiset itsestään

Kenttätiedot vuoristopelastusryhmiltä osoittavat, että trilayer-ePTFE-kalvot säilyttävät 28 kPa:n vesitiiviyspaineen ja tuottavat jatkuvasti 18 000 g/m²/24 h hengittävyyden 200 käyttöpäivän jälkeen – ratkaisevan tärkeää lämpöhalvaantumisen estämiseksi ja varmistamaan luotettavuus laajennettujen tehtävien aikana.

UKK

Mikä tekee kankaasta vesitiiviiksi mutta hengittäväksi?

Vesitiiviit mutta hengittävät kankaat käyttävät erikoiskalvoja, joissa on joko mikroskooppiset huokoset tai kosteuden imeviä polymeerejä. Mikroporomaiset kalvot kuten ePTFE:ssa on miljardeja mikroskooppisia reikiä, jotka estävät vesipisarat, mutta sallivat hikoilun haihtumisen. Hydrofiiliset kalvot eivät sisällä huokosia, vaan ne imevät kosteutta ja kuljettavat sitä polymeerien avulla.

Miten huokosten koko vaikuttaa vesitiiviisiin ja hengittäviin kalvoihin?

Huokosten koko on ratkaisevan tärkeää höyryn läpäisevyyden ja nesteen vastustamisen tasapainottamisessa. Mikrohuokoset kalvot, joiden huokosten koko vaihtelee 0,2–5 mikrometrin välillä, päästävät ilman läpi ja samalla estävät nesteen pääsyn. Oikea huokoskoko takaa kestävyyden ja vesipaineen kestävyyden, samalla kun hengittävyys säilyy.

Miksi Gore-Tex on ulkoiluvessa standardi?

Gore-Tex käyttää laajennettua politetrafluoreteeniä (ePTFE) hyvin tehokkaina vesitiiviisinä ja hengittävinä kalvoina. Se säilyttää asemansa kiitos kestävyytensä, erinomaisen kosteuden hallinnan ja luotettavuutensa äärimmäisissä olosuhteissa, kuten kenttätestien ja teollisuusraporttien perusteella voidaan todeta.

Miten edistyneet kalvot säilyttävät kestävyyden ja suorituskyvyn ajan kuluessa?

Edistetyt laminoidut kalvot säilyttävät toimintakykynsä gradienttisten huokosrakenteiden, hydrofobisen matriisin vahvistuksen ja uhrautuvien pinnoitusteknologioiden ansiosta. Näillä ominaisuuksilla on itsekorjaava vaikutus, vastustuskyky ympäristötekijöitä vastaan sekä hengittävyys ja vesitiiviys, jotka säilyvät monen käyttökerran ajan.