Мембранная одежда: виды и технологи, обзор, сравнение.

Содержание:

1. Типы мембран
2. Конструкции мембран
3. Методы нанесения мембраны на ткань
4. Определение основных характеристик мембран
5. Сравнение мембран разных производителей
6. Общие рекомендацию по подбору мембранной одежды и уходу за ней

Что такое мембрана? Мембрана в одежде и обуве - это это тонкий слой материала, который защищает от влаги и ветра, одновременно позволяя влаге тела выходить на наружную поверхность, чтобы избежать потоотделения и перегрева.

Дополнительным плюсом климатических мембран является практически 100% ветронепродуваемость, предотвращающая конвективные потери тепла под одеждой.

 Каталог на сайте: куртки с мембраной, обувь с мембраной, средство для стирки мембран 

Начнём с рассмотрения видов мембран по принципу действия.

Типы мембран

Появлением мембран мир туристического, и не только, снаряжения обязан американскому химику-технологу Бобу Гору. В результате его экспериментов, проводимых в конце 1960х годов, была обнаружена возможность растягивания политетрафторэтилена (PTFE) в нагретом состоянии.

Политетрафторэтилен (PTFE) – уникальный полимер с высочайшими физическими и химическими свойствами. В СССР данное соединение имело название фторпласт-4. По своим химическим свойствам превосходит все известные на сегодняшний день синтетические материалы и даже благородные металлы. Не поддаётся воздействию щелочей, кислот и даже смеси азотной и соляной кислоты. Так же данный полимер имеет название «Тефлон», но так как данное слово является зарегистрированным товарным знаком французской корпорации DuPont, остальные производители вынуждены пользоваться полным названием. 

При раскатывании политетрафторэтилена в тонкую плёнку, полимер начинает разрываться на огромное количество мелких волокон между которыми образуются миллиарды пор – в одном квадратном сантиметре содержится 1.7 миллиона пор, которые в 20 тысяч паз меньше капли воды и при этом в 700 раз больше молекулы водяного пара. Как следствие, полученное покрытие не пропускало воду, при этом через него вполне успешно проходил пар.

Gore-Tex под микроскопом

Данное изобретение было запатентовано и в 1978 году мир увидел первые изделия с данной мембраной, получившей название Gore-Tex. Продукция данного «монстра» outdoor-индустрии требует отдельной статьи, а пока движемся дальше.

Исходя из описанного выше принципа работы данный вид получил соответствующее название – микропористые мембраны. Помимо Gore-Tex из мембран данного вида нужно также отметить eVent.

Вторым видом являються мембраны из гидрофильных материалов, работающих по принципу диффузии. Такие мембранные покрытия не содержат пор, а пар выводится наружу на молекулярном уровне – молекулы пара передаётся внутри тела мембраны по цепочке от одной гидрофильной частицы к другой. Важным нюансом является то, что молекулы пара будут двигаться из более влажной среды в более сухую. По этой причине гидрофильные мембраны работают с небольшой «задержкой» – пока внутри под курткой не образуется более влажная среда («паровая баня»), вплоть до образования конденсата. Мембрана начинает буквально набухать, впитывая в себя пар. Под воздействием более высоких температур молекулы пара начинают быстрее двигаться в результате чего гидрофильные полимеры расширяются, и диффузия ускоряется – если по-простому чем выше нагрузки, тем больше влаги может вывести мембрана. 

При этом капли дождя, имеющие размер от 1 до 200 микрон, чисто физически не могут проникнуть сквозь гидрофильное покрытие. Также плюсом данного вида мембран является их эластичность – гидрофильное покрытие может растянуться более чем на 200% без ущерба водозащитных и паропроницаемых свойств. Чаще всего основным материалом в используемым в производстве данного вида является полиуретан.

Полиуретан (PU) – прочный, эластичный, устойчивый к старению гидрофильный полимер. Прост в эксплуатации. Легко наносится на любые поверхности тканей. Используется при производстве клеев, защитных покрытий, изоляторов, лакокрасочных изделий.

Благодаря простоте в производстве гидрофильные мембраны собственного производства выпускают практически все ведущие бренды: Marmot, The North Face, Patagonia, Black Diamond и т. д. Кроме того нужно отметить отдельно мембраны от японских производителей Dermizax и Gelanots.

Мембрана Dermizax под микроскопом

Главными преимуществами гидрофильных мембран является относительно низкая стоимость, долговечность и неприхотливость в уходе. Главным недостатком является тот факт, что в отличии от микропористых мембран, гидрофильные работают с небольшим опозданием – в условиях низких температур образуемый конденсат будет замерзать, покрывая внутреннюю сторону слоем изморози.

Помимо описанных основных двух видов существует третий – комбинированный вид мембран, совмещающий в себе микропористое и гидрофильное покрытие. Данный вид появился в результате обнаружения недостатков микропористых мембран.

В первых куртках с мембраной Gore-Tex политетрафторэтилен присоединялся к внутренней стороне куртки и не имел никаких дополнительных защитных покрытий. Вскоре пользователи таких изделий начали замечать снижение дышащих свойств мембраны. Всему виной были низкие адгезионные свойства тефлона. То, что было эффективно в качестве антипригарного покрытия на сковородке, оказалось крайне негативным в климатических мембранах. Соли, масла и жиры, выделяемые вместе с потом оставались невыстирываемым слоем по верх мембраны, тем самым забивая поры и существенно снижая дышащие свойства мембраны. 

Довольно быстро было найдено простое решение – нанести поверх микропористой мембраны тонкий защитный слой из гидрофильного полиуретана. В результате существенно снизилась паропроницаемость, но при этом выросла долговечность. На сегодняшний день все мембраны Gore-Tex, кроме линейки Pro, являются комбинированными.

 

Конструкции мембран

Как уже писалось выше первые мембраны имели самую простую конструкцию, в которой мембрана присоединялась к наружной защитной ткани и больше не имела никаких защитных покрытий. Такая конструкция получила название двухслойной. Вскоре был обнаружен существенный изъян данной конструкции – не имея защиты, мембрана легко повреждалась в результате носки от механического воздействия. Для защиты мембраны в такие куртки добавились защитная ткань или сетка, не соединённые на прямую с мембраной. На сегодняшний день данная куртка в основном используется в городской и горнолыжной одежде. В связи с относительно большим весом данная конструкция практически не используется в туристических куртках и штанах.

Самым износостойкой конструкцией являются трёхслойные мембраны. Как и в двухслойках мембранное покрытие присоединялось к наружному слою, но затем поверх него наносился защитный слой ткани. Куртки и штаны с мембраной такой конструкции зачастую подразумевают использование в самых экстремальных условиях. Главными недостатками такой конструкции являются высокая стоимость производства и относительно высокий вес изделий. Основными потребителями изделий с такой конструкцией являются альпинисты, горные туристы и все, кому важны максимальная износостойкость и высокие защитные свойства.

За последнее время большую популярность приобрели мембранные изделия с 2.5-слойной конструкцией. Всё к тем же стандартным первым двум слоям вместо защитной ткани наносится тонкая полимерная плёнка, эффективно защищающая мембрану от механических воздействий и от загрязнения жиром, солями, маслами и прочей мелкой грязью. Такая конструкция существенно дешевле в производстве и получаемые в результате изделия имеют существенно меньший вес в сравнении с предыдущими конструкциями. Главным недостатком 2.5-слойных мембран является более низкая износостойкость. На сегодняшний день львиная доля туристических, велосипедных и беговых курток имеют именно данную конструкцию.

Помимо описанных выше конструкций существуют ещё три: 

• Конструкция, при которой мембрана, соединённая с очень тонкой тканью в качестве основы, не соединяется с наружной тканью и подкладкой.
• Мембранное покрытие соединяется с защитной подкладкой, не соединяясь при этом с наружной тканью.

Последние два вида практически не используются в индустрии альпинистской и туристической экипировки.

Методы нанесения мембраны на ткань

Помимо мембраны в штормовых куртках и штанах большое значение имеет наружная ткань. Обычно для этих целей используются прочные и лёгкие нейлон или полиэстер с полимерным водоотталкивающим покрытием (DWR). Основной задачей наружного материала является сведение к минимуму прямого попадания влаги на мембрану, при этом важно не препятствие прохождению пара сквозь материал. Для присоединения мембраны к наружной ткани существуют две технологии:

Покрытие (coating) – мембрана накатывается на подкладочную сторону наружной ткани в виде жидкого раствора. Такая технология существенно дешевле в производстве и зачастую обеспечивает малый вес изделия. Недостатком такой мембраны является низкая износостойкость. Чаще всего используется в 2.5-слойных конструкциях. Самым ярким примером данного метода нанесения мембраны является модель Marmot PreCip Jacket, отпраздновавшая в 2018 году 20-летие с момента выпуска первой куртки и по сей день являющаяся одной из самых популярных штормовок во всей outdoor-индустрии.

Ламинат (laminate) – в данной технологии мембрана имеет вид цельного слоя, присоединяемого к внутренней стороне наружной защитной ткани. Такая конструкция хоть и дороже в производстве, является существенно долговечней в сравнении с покрытиями. Зачастую ламинаты обладают более высокими показателями водостойкости и паропроницаемостью. На сегодняшний день ламинатные мембраны являются самыми распространёнными во всей индустрии и чаще всего мы сталкиваемся именно с ними.

Разобравшись с конструктивными особенностями мембран перейдём к методам измерения их водостойкости и паропроницаемости.

Определение основных характеристик мембран

Одежа в туризме и альпинизме являются таким же снаряжением, как палатка или карабин. И как у любого снаряжения у мембранной одежды есть технические характеристики, указывающие степень водонепроницаемости и паропроницаемости используемых материалов.

Водонепроницаемость – способность материала не пропускать сквозь себя определённое количество водных осадков. Измеряется в миллиметрах водного столба. В какой-то степени заявление производителем о 100% водонепроницаемости является лукавством – при сильном напоре воды мембрана начнёт протекать либо и вовсе будет разорвана. 

Для измерения водонепроницаемости мембраны чаще всего использую гидростатический тест JIS 1092. Для исследования берётся отрез мембранной материи, предварительно прошедший десять стирок, для придания тесту соответствия к реальным условиям эксплуатации. После чего отрез данной мембраны размещается в специальном агрегате, создающем аналог давлению водного столба. Кроме измерения в миллиметрах могут приводится измерения в фунтах на квадратный дюйм – psi: 1 psi = 704 мм водного столба.

В какой-то степени водонепроницаемыми считаются мембраны с показателем от 10000 мм водного столба. Такая мембрана способна выдерживать длительный дождь относительно продолжительное время. Для экстремальных условий рекомендуется рассматривать мембранные изделия с показателями водостойкости от 20000 и выше.

Если с водостойкостью достаточно одного теста, то с паропроницаемостью дела обстоят чуть-чуть по-другому. 

Паропроницаемость (MVTR) – способность материала пропускать или задерживать сквозь себя водяной пар. Измеряется в гр/м²/24 часа (количество пара, проходящего через квадратный метр материала за сутки).

 Для тестирования этого показателя используется куда больше методов тестирования. Мы выбрали на наш взгляд самые распространённые:

JIS L 1099 B-1 – тест с «перевёрнутой чашей». В специальную емкость размещается поглотитель воды, чаще всего это хлорид кальция (CaCl2) или ацетат натрия. После этого поверх емкости натягивается плёнка политетрафторэтилена (PTFE) к которой прикрепляется испытуемый отрез мембранной ткани, мембраной наружу – лицевой стороной к PTFE. После этого собранная конструкция погружается в воду натянутой мембраной к низу. Под действиями своих абсорбционных свойств хлорид кальция начинает вбирать в себя молекулы пара, проходящие сквозь мембрану. Через контрольное время конструкцию достают из воды, из чаши изымают и взвешивают поглотитель. Соответственно по данным результатам можно рассчитать количество водяного пара, которое может пройти через мембрану за сутки. Данный тест даёт максимальные показатели паропроницаемости мембраны и по этой причине его можно признать самым популярным. Чаще всего на бирках мембранных изделий вы видеть показатель именно этого теста.

JIS L 1099 A-1 – тест с «вертикальной чашей». Данный тест производится без непосредственных контактов мембраны с водой. Как и в предыдущем тесте в чашу размещается поглотитель. Поверх чаши прикрепляется тестируемый слой мембраны – лицевой тканью к поглотителю, мембраной – наружу. После этого собранную конструкцию помещают в камеру с высокой влажностью (порядка 90%) и температурой воздуха около +40 °C. В результате разницы давлений происходит диффузия водяного пара сквозь мембрану и поглотитель начинает вбирать молекулы воды. Через контрольное время чашу извлекают и взвешивают наполнитель. Данный тест чаще всего применяется для измерения паропроницаемости неводостойких материалов, хотя его можно и встретить в ряде мембран, например, Marmot NanoPro и NanoPro Membraine.

ISO 11092:1993 – тест с «потеющей пластиной». В отличие от предыдущих двух тестов, в данном случае измеряется не количество проходящего через мембрану пара, а степень сопротивления мембраны прохождению пара сквозь себя. Отрез мембраны размещается над пористой металлической пластиной с элементом нагрева, покрытой тонким слоем влаги – по сути эмитируется кожа человека. Нагревательный элемент поддерживает температуру пластины на уровне +35 °C. Жидкость, испаряемая в результате нагрева, проходит сквозь тестируемый отрез мембраны. В результате этого процесса происходит потеря тепла пластины, температура которой должна сохранятся на постоянном уровне. Соответственно, чем больше уровень энергозатрат на поддержание постоянной температуры пластины, тем ниже сопротивление, оказываемое материалом прохождению пара сквозь себя. 

В результате теста вычисляется коэффициент сопротивления прохождению водяного пара – Ret. Чем ниже Ret, тем более высокими считаются дышащие свойства мембраны. Можно привести следующую градацию показателей Ret:

0-3 – сверх «дышащие» мембраны 

3-6 – высокая «дышимость»

6-13 – «дышащие» мембраны

13-20 – относительно «дышащие» мембраны

20 и выше – материал практически не пропускает сквозь себя водяной пар

Многие производители, в частности Gore-Tex, считают данный тест максимально точно характеризующим паропроницаемые свойства мембраны.

Помимо уже описанных показателей водостойкости и паропроницаемости, также большое значение имеет показатель износостойкости водоотталкивающего покрытия – DWR «durable water repellent». Имеет он следующий вид:

80/n – 80% пропитки остаётся на изделии после n-количества стирок.

Разобравшись со всеми параметрами перейдём к сравнению мембран разных производителей.

 

Сравнение мембран разных производителей

К сожалению, всё меньше производителей готовы предоставлять в открытом доступе полную информацию по результатам тестов на водостойкость и паропроницаемость. В этом плане стоит отметить американскую компанию Marmot на официальном сайте которой представлена максимально полная информация по используемым технологиям мембранных тканей.

В остальном же найти полную информацию о мембране в открытом доступе весьма проблематично. В частности, тот же Gore-Tex уже на протяжении многих лет на бирках изделий со своей мембраной не указывает абсолютно никакой информации по результатам тестов водостойкости и паропроницаемости.

Мы подготовили сравнительную таблицу мембран разных производителей, собрав в неё всю доступную нам информацию по техническим показателям.

Название	Водостойкость, мм.	Паропроницаемость, гр/м2/24 часа.	RET	DWR
Gore-Tex Pro 3L	минимум 28000	28000	<6	80/100
Gote-Tex Active	23000	минимум 28000	<3	80/100
Gore-Tex Products	минимум 28000	17000-25000	<13	80/100
Gore-Tex Paclite	25000	25000	<6,5	80/100
eVent DValpine	20000	20000	<5
eVent DVexpedition	30000	10000
eVent DVstorm	10000	30000	<3
Dermizax	минимум  20000	13000-18000		80/20
Dermizax NX	минимум  20000	30000-40000		80/20
NanoPro membrain	минимум 10000	20000-47000	2,9/4
NanoPro	минимум 10000	17000	5/5,4
MemBrain Strata	20000	20000	6/6,5	80/20
MemBrain	минимум 10000	минимум 10000	6/8

 

Общие рекомендацию по подбору мембранной одежды и уходу за ней

Безусловно подбор одежды дело весьма субъективное. Мы не видим смысла рекламировать конкретные торговые марки – во-первых, выбор бренда – дело вкуса и личных предпочтений, а во-вторых – у любого производителя можно выбрать куртку под самые разные цели.

Сразу хотим развеять распространённый стереотип по поводу паропроницаемости мембранной одежды. У многих туристов при виде такой характеристики, как паропроницаемость сформировалось ошибочное мнение, что мембрана будет буквально всасывать пот, как пылесос. Естественно это не так – ни одна современная мембрана на такое не способна. По большому счёту мембранная одежда является переходным вариантом между «не дышащими» водонепроницаемыми материалами и промокаемой одеждой.

Мы сформировали требования к куртке в зависимости от поставленных вами целей:

Куртка для хайкинга и прогулок на природе. Такая деятельность не подразумевает высоких аэробных нагрузок и длительного пребывания под проливным дождём. Для прогулок в горах с не большим рюкзаком или для поездок на пикник подойдёт самая простая мембранная куртка с показателями порядка 10000/10000, как ламинат, так и напыление (coating). Средняя цена таких курток колеблется в пределах 100-150$. В принципе их можно назвать 100-долларовыми мембранами. Яркими представителями данного вида, из представленных в нашем магазине, являются Marmot PreCip Eco Jacket и Black Diamond StormLine Stretch Rain Shell.

ВАЖНО!!! Буквально под каждой курткой данного вида в отзывах практически в любом интернет-магазине можно встретить подобный комментарий:

Данные куртки не предназначены под эти цели. Помимо описанных выше проблем, вполне вероятно в будущем при таком использовании в этих куртках начнёт отслаиваться мембрана в результате механического воздействия (переноски тяжёлых рюкзаков и т. д.).

Куртки для горных походов и альпинистских восхождений. Для таких целей вам необходимы высокая водостойкость, износостойкость и паропроницаемость. Рекомендуем рассматривать куртки с показателями не ниже 20000/20000 и с плотным наружным материалом. Подойдут как трёхслойные мембранные куртки, так и 2.5-слойные мембраны на подобие курток Marmot Minimalist Jacket или Black Diamond Liquid Point Shell. Штаны рекомендуется выбирать с отстежными боковыми молниями – «штаны-самосбросы». 

Куртки для высотных восхождений и зимних экспедиций. Помимо высоких технических характеристик в таких куртках большое значение имеет быстрота вывода пара наружу куртки. Именно по этим причинам мы рекомендуем рассматривать под данные цели трёхслойные микропористые мембранные куртки, например, с мембранами Gore-Tex Pro 3L или eVent. Гидрофильные мембраны могут иметь вполне конкурентные показатели водостойкости и паропроницаемости в сравнении с микропорами, но из-за того, что они начинают работать с задержкой их крайне неудобно использовать в условиях резкого перепада температур – на морозе конденсат на стенках мембраны превратится в корку льда.

Ультралёгкие куртки с максимально высокой паропроницаемостью. Для тех кому важна максимальная паропроницаемость рекомендуем обратить внимание на модели с мембранами Gote Tex Active Shell, eVent DVstorm и самые лёгкие куртки с мембраной Marmot NanoPro membrain.

Рекомендаций по уходу за мембранной не так уж и много:

• Перед стиркой обратите внимание на рекомендации по уходу на бирке изделия: обычно там будет указана допустимость стирки при 30-40 °C, без отжима, запрет глажки и использования отбеливателя.
• Рекомендуется использования специализированных жидких стиральных средств. В особенности это касается микропористых мембран.
• Не сушите изделия с мембраной возле источников высокой температуры – батареи, камины, костры и т. д.
• Для продления водоотталкивающих свойств рекомендуется периодически обрабатывать мембранные вещи восстанавливающей водоотталкивающей пропиткой.

 

Надеемся, что изложенная нами информация поможет вам выбрать комплект мембранной одежды, который полностью оправдает ваши ожидания.

Спасибо за внимание и до новых встреч!