Чудеса в решете, или Что такое климатическая мембрана

Чудеса в решете, или Что такое климатическая мембрана

Принципы действия климатических мембран

Выбор современной влагозащитной одежды станет простой и приятной процедурой, если разобраться в особенностях высокотехнологичных материалов, которые применяют для ее производства. К таким материалам, в частности, относятся климатические мембраны. Эта статья расскажет о том, зачем нужны климатические мембраны и как они работают

В какой одежде теплее? Кто-то скажет в пуховой, а кто-то станет рассуждать о толщине и количестве слоев. Один свяжет «сугрев» с алкоголем, а второй, напротив, сообщит, что «надо меньше пить» и больше двигаться. Каждый будет по-своему прав, но никто не будет спорить, что какой бы ни была одежда, она должна быть сухой. В промокшей насквозь одежде тепло не будет.

Поровая мембрана

Избирательная транспортировка влаги поровой мембраной происходит благодаря структурным особенностям воды.

Мы знаем, что вода может находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Поровая мембрана работает с двумя из них: газообразным и жидким, то есть с паром и водой. Пар требуется отвести от тела человека в окружающую среду, а воду снаружи, наоборот, не пустить к телу.

Известно, что молекула воды остается неизменной во всех агрегатных состояниях. Чем же тогда отличаются друг от друга эти состояния? Основное отличие заключается в разном расстоянии между молекулами. В водяном паре молекулы воды находятся на очень большом расстоянии друг от друга и поэтому почти не взаимодействуют. В воде эти молекулы расположены намного теснее — на расстояниях, где уже действуют силы взаимного притяжения и поверхностного натяжения, не дающие им отрываться друг от друга.

Строение молекулы воды и водяной капли

Большие объемы воды легко могут быть разделены на довольно мелкие «фрагменты», которые мы называем каплями. Из таких капель и состоит дождь. Но в каждой капле все равно много молекул. Молекулы расположены близко друг к другу, и, чтобы разорвать эти связи и превратить капли в пар, требуется значительная энергия. С такой задачей, например, отлично справляется чайник. Турист, к сожалению, тоже иногда напоминает устройство для кипячения воды, причем неотключаемое.

Итак, назначение мембраны — не пропускать под одежду воду в виде капель и одновременно «дышать», то есть пропускать водяной пар — отдельные свободные молекулы той же воды. Решение такой задачи не выглядит сложным: достаточно снабдить непроницаемую пленку отверстиями нужного размера — и мембрана готова. Но несмотря на простоту идеи, ее техническая реализация требует серьезных научных и технологических усилий. Отверстия «молекулярного» размера не насверлить дрелью. Поэтому не спешите в мастерскую и пожалейте ваши тапочки — мембранной обуви из них все равно уже не выйдет.

«А мы пойдем другим путем». Ну, или похромаем

Производители мембран обладают иным инструментарием. Они используют полимеры и ученых, которые знают, что такое полимеры и с помощью каких физико-химических манипуляций из них получаются мембраны. Ну, или, по крайней мере, делают вид, что знают.

По информации одного из лидеров этой отрасли — американской компании W. L. Gore & Associates, — поровая мембрана GORE-TEX®, полученная при особом растяжении полимера политетрафторэтилена, имеет миллиарды микроскопических отверстий, каждое из которых примерно в 700 раз больше молекулы воды, но в 20 000 раз меньше капли. Эти отверстия и есть поры. Отсюда и название поровых мембран.

Молекулы пара свободно проникают через поры мембраны, но для капли воды эти поры слишком малы

Такая мембрана напоминает решето, но оно, в отличие от обычного деревенского решета, в котором «воду не носят», создано специально для воды.

Беспоровая мембрана

Этот тип мембраны, который еще называют гидрофильным, то есть «любящим воду», не имеет пор, что и отражено в названии. Транспортировка влаги через такую мембрану осуществляется методом диффузии.

Беспоровая мембрана больше напоминает не решето, а губку, только с очень мелкой структурой. Она, в отличие от поровой мембраны, транспортирует через себя не пар, а воду, которая просачивается сквозь губчатую структуру мембраны с одной ее поверхности на другую, условно — с изнаночной стороны на лицевую.

Транспортировка влаги беспоровой мембраной: 1. Испарение. 2. Конденсация влаги на внутренней поверхности мембраны. 3. Мембрана. Зона транспортировки влаги. 4. Испарение влаги в окружающую среду

Испарения от человеческого тела (1) сначала достигают внутренней (изнаночной) поверхности беспоровой мембраны, оседают на ней в виде водяного конденсата (2) и пропитывают мембрану насквозь. Только после этого беспоровая мембрана начинает работать, то есть транспортировать влагу (3). Влага с изнаночной стороны просачивается сквозь беспоровую мембрану и испаряется с наружной поверхности ткани в окружающую среду (4).

Резюме

• Главные задачи мембраны — не пропустить воду к телу человека извне и отвести испарения тела наружу.
• Поровая мембрана, благодаря микроотверстиям в своей структуре, пропускает отдельные молекулы воды (пар), но не пропускает капли воды. Пар проникает сквозь мембрану в направлении от большей концентрации к меньшей.
• Беспоровая мембрана также пропускает влагу в направлении меньшей концентрации пара, но делает это не с его отдельными молекулами, а с водой, которая просачивается сквозь мембранный слой как сквозь губку.
• Поровая мембрана начинает работать практически сразу даже при небольшой разнице концентраций паров внутри одежды и снаружи. Беспоровая заработает только после того, как пропитается конденсатом — влагой, образовавшейся от испарений с поверхности кожи.
• Поровая мембрана сохраняет работоспособность при отрицательных температурах, так как транспортирует пар. Беспоровая прекращает работу при замерзании воды в ее структуре.
• Беспоровая мембрана надежна, долговечна и не так требовательна к уходу, как поровая. Также она, как правило, дешевле. Поровая мембрана чувствительна к загрязнениям, требует применения специальных методов стирки и довольно быстро теряет свои качества при неправильном уходе.
• Две важнейшие характеристики любой мембраны — способность отводить от тела пар и препятствовать обратному проникновению влаги — обычно содержатся в описании мембранной одежды. Водонепроницаемость мембраны указывается в миллиметрах, и чем выше этот показатель, тем надежнее мембрана защищает от воды. Дышащая способность мембраны — паропроницаемость — указывается в граммах на квадратный метр. И здесь так же — чем больше число, тем лучше. Однако улучшение влагозащитных характеристик обычно сопровождается ухудшением дышащих, и наоборот.
• Мембрана не является утеплителем, но способствует увеличению теплового комфорта.

 

Чудеса в решете, или Что такое климатическая мембрана

Принципы действия климатических мембран

Выбор современной влагозащитной одежды станет простой и приятной процедурой, если разобраться в особенностях высокотехнологичных материалов, которые применяют для ее производства. К таким материалам, в частности, относятся климатические мембраны. Эта статья расскажет о том, зачем нужны климатические мембраны и как они работают

В какой одежде теплее? Кто-то скажет в пуховой, а кто-то станет рассуждать о толщине и количестве слоев. Один свяжет «сугрев» с алкоголем, а второй, напротив, сообщит, что «надо меньше пить» и больше двигаться. Каждый будет по-своему прав, но никто не будет спорить, что какой бы ни была одежда, она должна быть сухой. В промокшей насквозь одежде тепло не будет.