Vandeniui atsparus audinys su kvėpuojančia danga išorės darbų PPE komplektams

Kaip veikia vandeniui atspari ir kvėpuojanti membranų technologija

Vandeniui atsparių ir kvėpuojančių medžiagų mokslas

Vandeniui atsparūs, bet kvėpuojantys audiniai išsprendžia problemą, kaip išlaikyti lietų lauke, kartu leidžiant prakaitui išeiti iš kūno. Gamintojai tai pasiekia naudodami specialias membranas, veikiančias dviem pagrindiniais būdais: mikroskopiniais poromis arba drėgmę traukiančiais polimerais. Paimkime pvz. mikroporines membranas, pagamintas iš tokių medžiagų kaip ePTFE. Jos turi netgi milijardus mikroskopinių skylių kiekvieno colio kvadrato plotu. Šios skylės yra tiksliai tokio dydžio – per mažos, kad pro jas galėtų prasiskverbti vandens lašai, tačiau pakankamai didelės, kad prakaito garai galėtų laisvai praeiti. Kita vertus, yra hidrofilinės membranos, kurios visai neturi porų. Vietoje to jos sugeria drėgmę ir perduoda ją naudodamos tam tikrus polimerus, kurie tiesiogiai traukia garų molekules per save. Abu šiuos metodus veiksmingiausiai veikia tada, kai drėgmės lygis tarp drabužių viduje ir išorėje skiriasi. Ši išmanioji sistema egzistuoja nuo 70-ųjų metų pradžios, kai mokslininkai pirmą kartą ją tinkamai pritaikė. Nuo tada šios technologijos tapo beveik privalomu standartu visų rūšių lauko įrangai ir sporto aprangai.

Mikroporiniai ir hidrofiliniai membraniniai sluoksniai: kaip jie valdo drėgmės perdavimą

• Mikroporiniai membraniniai sluoksniai (pvz., ePTFE) fizika neleidžia vandens lašams dėl submikroninių porų tinklo, tuo tarpu leidžia garų difuziją. Jie gerai veikia aukštoje drėgmėje, tačiau gali užsikimšti nuo paviršinio aktyviojo medžiagos arba aliejų, jei nėra tinkamai prižiūrimi.
• Hidrofiliniai membraniniai sluoksniai naudoja nuolatinius polimerinius grandines, kad sugertų ir perduotų drėgmę per molekulinius kanalus. Šie membraniniai sluoksniai užtikrina nuolatinę kvėpavimo savybę užterštoje aplinkoje, tačiau reikalauja konkrečių temperatūros ir drėgmės gradientų, kad optimaliai veiktų.

Kiekviena sistema turi savo privalumų: mikroporiniai dizainai užtikrina aukštą kvėpavimo savybę esant dinaminėms sąlygoms, o hidrofiliniai variantai išsiskiria ilgaamžiškumu ir atsparumu aplinkos teršalams.

Laminavimo ir porų dydžio vaidmuo garų perdavime ir skysčių atsparume

Laminavimo procesas pritvirtina membraną prie išorinio ir vidinio audinio sluoksnių, nesumažindamas bendros struktūros. Kalbant apie mikroporines membranas, svarbu tinkamai parinkti porų dydį. Porų dydis nuo apie 0,2 iki 5 mikrometrų užtikrina gerą balansą tarp leidžiamo oro pralaidumo ir skysčių išstūmimo. Jei poros didesnės nei 0,5 mikrometro, jos leidžia daugiau drėgmės garų praeiti, kartais net 30 000 gramų kvadratiniame metre per dieną. Kita vertus, mažesnės poros, mažesnės nei 2 mikrometrai, geriau atlaiko vandens slėgį, išlaikydamos jėgą, viršijančią 25 000 milimetrų vandens stulpelio. Pridėjus kelis sluoksnius prie šių laminatų, jie tampa atsparesni mechaniniam nubrozdinimui ir išlaiko didžiąją dalį savo kvėpavimo gebėjimo net po apie 50 kartų skalbimo. Toks ilgaamžiškumas užtikrina, kad gaminiai gerai veiktų ilbą laiką sunkiomis sąlygomis, kur įprasti medžiagos gali sutrikti.

Našumo rodikliai: lyginant kvėpavimo ir apsaugos nuo vandens vertinimus techninėse medžiagose

Medžiagos, kurių MVTR reikšmė viršija 20 000 g/m²/24h ir vandeniui atsparumo reitingas virš 28 000 mm, yra ideali ilgalaikiam naudojimui lauke, suteikiant puikią apsaugą, neprarandant komforto ar mobiliumo.

Gore-Tex ir pažengusios membraninės medžiagos lauko darbo apsaugos rūbuose

Gore-Tex evoliucija ir jos poveikis apsauginėms lauko įrangai

Kai 1969 m. pasirodė Gore-Tex, tai tikrai pakeitė techninių drabužių žaidimą. Medžiaga naudoja kaip plėstinis politetrafluoroetilenas (arba sutrumpintai ePTFE) vadinamą membraną. Šios mikroskopinės poros iš tikrųjų 20 000 kartų mažesnės nei įprasti vandens lašai, tačiau leidžia garui praeiti. Tai reiškia, kad drabužiai išlieka sausi iš išorės, tuo tarpu prakaitas gali išsisklaidyti iš vidaus. Nemažai nuopelnų! Pažengus į šiandieną, maždaug trys ketvirtadaliai visų aukštos kokybės lauko darbo apsaugos įrangų dabar turi kažkokį membraninės technologijos elementą. Ir spėkite kas? Gore-Tex toliau išlieka vienu iš pagrindinių standartų, į kuriuos žmonės žiūri kalbant apie jų ilgaamžiškumą ir našumą. Bent jau taip teigia 2024 metų lauko įrangos inovacijų ataskaita.

Gore-Tex našumas ekstremaliuose oruose ir aukštoje pakiloje

Vandeniui atsparumo klasei Gore-Tex suteikiama apie 28 000 mm, tai reiškia, kad ji gali išlaikyti apie 28 litrus vandens slėgio viename kvadratiniame metre prieš pradėdama praleisti vandenį. Kalbant apie kvėpavimą, audinys per 24 valandas praleidžia maždaug 15 000 gramų drėgmės viename kvadratiniame metre. Aukštoje pakiloje atlikti lauko tyrimai parodė, kad šis materialas išlieka nepaprastai patikimas net esant temperatūrai minus 40 laipsnių Celsijaus ir vėjui, pasiekiančiam 120 kilometrų per valandą greitį. Medžiaga išlieka pakankamai lanksti, kad judėtų kartu su kūnu, tuo pačiu užtikrindama būtiną vėjo apsaugą tiems, kurie dirba šaltuose Arkties ar kalnų aplinkose. Pagal vėjo tunelio tyrimus, drabužiai, pagaminti iš Gore-Tex medžiagos, šilumos praradimą sumažina maždaug dviem trečiosiomis dalimis lyginant su įprastais drabužiais be membranų, todėl žymiai padeda išlaikyti šilumą šaltu oru vykdomose veiklose.

Atvejo analizė: Gore-Tex naudojimas kalnų gelbėjimo ir ekspedicijų APS rinkiniuose

Alpių gelbėjimo komandos dabar naudoja trijų sluoksnių Gore-Tex Pro APS, sukurtą 72 valandų užduotims. 2023 metų 120 gelbėjimo operacijų analizė parodė reikšmingus pagerinimus lyginant su standartinėmis priemonėmis:

Gelbiamieji vienetai taip pat praneša, kad drėgnoje sniege džiūvimas yra 40 % greitesnis lyginant su ankstesnėmis laminuotomis medžiagomis, kas pabrėžia šios medžiagos pranašumą valdant drėgmę ir užtikrinant operatyvinę pasirengimą.

Inovacijos lengvai, lanksčiai membranų laminuotų medžiagų srityje, užtikrinančios mobilumą ir komfortą

Gamintojai šiandien gali kurti membranas, sveriančias vos 12 gramų kvadratiniam metrui, kurios iš tikrųjų yra lengvesnės nei įprasta spausdintuvo popierius. Šie medžiagos apima grafeno sluoksnis, kurie padeda reguliuoti temperatūrą, ir kryptinio tempimo audinius, leidžiančius apie 270 laipsnių peties judėjimą. Ši kombinacija daro šias kompozitines lanksčias medžiagas labai naudingas tokiose srityse kaip gaisrinių kostiumų ir karinės įrangos gamyba, kur svarbu laisvai judėti. Tyrimai parodė, kad šios medžiagos išgyvena daugiau nei 500 nubrozdinimų testų pagal EN 530:2019 standartus, išlaikant beveik visas jų vandeniui atsparumo savybes – 99,8 %. Toks našumas leidžia jas naudoti kaip puikų PPE pasirinkimą, kuris turi išlaikyti daugkartinę naudą. 2023 metų Pramonės saugos apžvalga paminėjo šį atradimą kartu su kitomis naujai pasirodžiusiomis apsauginių drabužių technologijomis.

Praktinės panaudojimo galimybės lauko ir kariuomenės PPE srityse

Vandeniui atsparių kvėpuojančių medžiagų naudojimas kalnų kėlimosi ir ekspedicijų įrangoje

Kai alpininkai susiduria su žiauriomis sąlygomis, tokiose kaip -40 laipsnių Celsijaus temperatūra 28 000 pėdų aukštyje, šiuolaikinės kvėpuojančios apsauginės medžiagos vis dar gali išlaikyti įspūdingą prakaito išsiskyrimo kiekį – apie 15 litrų kvadratiniam metrui per 24 valandas – nesumažindamos savo apsaugos nuo vandens savybių. Tačiau iššūkis darosi dar didesnis, nes tokiuose aukščiuose, kur oro slėgis smarkiai krinta, šios medžiagos iš tikrųjų perduoda apie 30 procentų mažiau drėgmės garų nei jūros lygyje. Visgi gamintojai sukūrė geresnes membranų technologijas, kurios užtikrina pakankamą drėgmės pašalinimą, kad alpininkai galėtų išlaikyti savo jėgą ir ištvermę ilgose užkariavimuose. Tai buvo patvirtinta naujausioje 2023 metų Alpių įrangos ataskaitos versijoje, kurioje buvo išbandyta įvairi įranga panašiomis sunkiomis sąlygomis.

Karinės apsauginės aprangos veiksmingumas ekstremaliose sąlygose

Kariams, veikiantiems džiunglėse, reikia įrangos, kuri veiktų, kai drėgmė pasiekia 95 %, ir toliau nepraleistų chemikalų. Aikštės bandomasis eksploatacinis tyrimas parodė, kad šie specialūs audiniai lieka sausi, išlaikantys mažiau nei 1 % drėgmės net po trijų iš eilės nešiojimo dienų. Tai yra labai svarbu, nes hipotermija greitai prasideda, kai kūno temperatūra nukrenta vos 4 laipsniais Celsijaus žemiau normalios, o tai gali labai sutrikdyti žmogaus gebėjimą kovoti ar išgyventi. Šių medžiagų teikiama apsauga daro įtaką vykdant užduotis per sunkiausias sąlygas ir ekstremalią orą. Naujausias 2024 metų Gynybos medžiagų tyrimų ataskaita tai patvirtina, parodant, kodėl tokie našumo reikalavimai yra tokie svarbūs kariniam pasiruošimui.

Terminio reguliavimo, patogumo ir ilgalaikio nešiojimo našumo lauko duomenys

• Termalioji reguliacija : Palaiko pagrindinę kūno temperatūrą 32–35°C ribose per 8 valandų trukmės Arkties patruliavimą
• Komfortas : Pranoksta tradicinius dengtus audinius 40 % greitesniu prakaito garavimu (2024 metų lauko našumo apžvalga)
• Patvarumas : Išlaiko 98 % vandeniui atsparią savybę po 50+ nubrozdinimo ciklų (ISO 12947)

Šie rodikliai patvirtina, kad modernios membranos technologijos palaiko 120 valandų nepertraukiamą nešiojimą skirtingose aplinkose, tuo pačiu atitinkantys 10 000 mm hidrostatinio slėgio ribą, reikalingą audros lygio vandeniui atsparumui.

Apsauginių membranų ilgaamžiškumas, ilgaamžiškumas ir atsparumas aplinkos poveikiui

Išbandymų standartai nubrozdinimo atsparumui, siūlių stiprumui ir vandeniui atsparumui

Geriausiai veikiantys membranai yra kruopščiai išbandomi pagal tarptautinius standartus. Standartai, tokie kaip ISO 4914, tikrina, kaip gerai jie atlaiko nubrozdinimus, ASTM D751 matuoja jų gebėjimą atlaikyti vandens slėgį, o EN 14360 vertina siūlių tikrąją stiprumo lygį. Kalbant apie aukščiausios kokybės asmeninę apsaugos įrangą, šie gaminiai išlaiko daugiau nei 15 tūkstančių ciklų Martindale nubrozdinimo bandymo mašinoje. Jie taip pat laiko vandenį tarsi 40 metrų vandens stulpas, kuris veiktų jų paviršių – tai atitinka maždaug 28 svarus kvadratiniame colyje. Siūlės tarp skydelių yra apdorojamos ypatingai. Šios izoliuotos siūlės turi išlaikyti apie 1,8 kilonjutonų traukos jėgą, kol pradės atsiskleisti. Toks stiprumas reiškia, kad darbuotojams nekils problemų dėl įrangos, kuri gali sutrūkinėti judant ar lenkiant sunkiomis sąlygomis.

Ultravioletinio spinduliavimo, chemikalų ir daugkartinio naudojimo poveikis membranų savybėms

Pagal 2024 metų medžiagų ilgaamžiškumo tyrimą, poliuretano danga padengtos medžiagos išlaiko apie 92 % jų vandeniui atsparumo net po 1200 valandų veikiamos UV šviesos pagal ASTM G154 standartus. Tai yra gana įspūdinga, lyginant su PTFE membranomis, kurios panašiomis sąlygoms išlaikė tik apie 74 % atsparumo. Kalbant apie fluoropolimerų apdorojimą, šios medžiagos taip pat pasižymi geru atsparumu, išlaikydamos daugiau nei penkiasdešimt pramoninių skalbimo priemonių skalbimų ciklų, tuo tarpu porų degradacija lieka žemiau 7 %. Tačiau čia yra viena problema. Jei kas nors nuolat skalbia šias medžiagas naudodamas polinius tirpiklius, drėgmės garų perdavimo rodikliai sumažėja maždaug 22 % vos po septyniasdešimt penkių kartų skalbimo. Tai aiškiai parodo, kodėl taip svarbu laikytis gamintojo rekomenduotų valymo procedūrų, kad būtų išlaikytos medžiagos naudingosios savybės ilgalaikėje perspektyvoje.

Ilgaamžiško kvėpavimo ir apsaugos nuo vandens balansas pakartotinai naudojamuose APSĮ

Pažengusios sluoksniuotos membranos išlaiko 95 % MVTR retenciją (≥15 000 g/m²/24 val.) per 50+ naudojimo ciklų dėl inovatyvių konstrukcinių savybių:

• Gradientinė porų struktūra (20–50 μm išorinis sluoksnis, 0,2–5 μm vidinis sluoksnis)
• Hidrofobinės matricos stiprinimas su <1 % pabrinkimo indeksu
• Auka aukojančios technologijos, kurios pašalina mikro pažeidimus

Duomenys iš alpinių gelbėjimo komandų rodo, kad trisluoksnės ePTFE membranos išlaiko 28 kPa vandens slėgį ir užtikrina nuolatinę 18 000 g/m²/24 val. kvėpavimo gebą po 200 eksploatacinių dienų – svarbu, kad būtų išvengta perkaitimo ir užtikrinta patikimumas ilgalaikėse užduotyse.

DUK

Kas daro audinį vandeniui atspariu, tačiau kvėpuojančiu?

Vandeniui atsparūs, tačiau kvėpuojantys audiniai naudoja specialias membranas, kurios turi mikro poras arba drėgmę traukiančius polimerus. Mikroporos membranos, tokios kaip ePTFE, turi milijardus mikroskopinių angų, kurios neleidžia vandens lašams, tačiau leidžia praeiti prakaito garams. Hidrofilinės membranos neturi porų, bet sugeria drėgmę ir perduoda ją naudodamos polimerus.

Kaip porų dydis veikia apsauginių nuo vandens ir kvėpuojančių membranų savybes?

Porų dydis yra svarbus siekiant subalansuoti garų pralaidumą ir atsparumą skysčiams. Mikroporinės membranos, kurių porų dydis svyruoja nuo 0,2 iki 5 mikrometrų, leidžia praeiti orui, bet sulaiko skysčius. Optimalus porų dydis užtikrina ilgaamžiškumą ir atsparumą vandens slėgiui, kartu išlaikant kvėpuojamumą.

Kodėl Gore-Tex laikomas standartu lauko apsauginėje aprangoje?

Gore-Tex naudoja išplėstą politetrafluoretileno (ePTFE) membranas, kurios labai veiksmingai užtikrina apsaugą nuo vandens ir kvėpuojamumą. Ji išlieka standartu dėl ilgaamžiškumo, puikios drėgmės valdymo savybės ir patikimumo ekstremaliomis sąlygomis, kaip rodo išsamūs praktinės naudojimo ir pramonės ataskaitos.

Kaip pažengusios membranos išlaiko ilgaamžiškumą ir našumą laikui bėgant?

Pažengusios laminuotos membranos išlaiko savo savybes dėl gradientinės porų struktūros, hidrofobinio matricos armavimo ir aukos sluoksnio technologijų. Šios savybės suteikia savęs taisančias savybes, atsparumą aplinkos veiksniams bei ilgalaikį kvėpavimą ir vandeniui atsparumą per daugybę naudojimo ciklų.