Мембранний одяг: види та технології, огляд, порівняння.

Зміст:

1. Типи мембран
2. Конструкції мембран
3. Методи нанесення мембрани на тканину
4. Визначення основних характеристик мембран
5. Порівняння мембран різних виробників
6. Загальні рекомендацію по підбору мембранної одягу і догляду за нею

Що таке мембрана? Мембрана - це тонкий шар матеріалу, який захищає від вологи та вітру, одночасно дозволяючи волозі тіла виходити на зовнішню поверхню, щоб уникнути потовиділення та перегрівання.

В сучасній туристичній екіпіровці використовують різноманітні кліматичні мембрани. Завдяки своїй структурі вони ефективно захищають від водних опадів і при цьому істотно краще пропускають крізь себе водяний пар. Додатковим плюсом кліматичних мембран є практично 100% вітронепродуваємість, що запобігає конвективним втратам тепла під одягом.

Каталог на сайті: куртки з мембраною, взуття з мембраною, засіб для прання мембранного одягу

Почнемо з розгляду видів мембран за принципом дії.

Типи мембран

Появою мембран світ туристичного спорядження зобов'язаний американському хіміку-технологу Бобу Гору. В результаті його експериментів, проведених в кінці 1960х років, була виявлена можливість розтягування політетрафторетилену (PTFE) в нагрітому стані.

Політетрафторетилен (PTFE) – унікальний полімер з високими фізичними та хімічними властивостями. В СРСР дане з'єднання мало назву фторпласт-4. За своїми хімічними властивостями перевершує всі відомі на сьогоднішній день синтетичні матеріали і навіть благородні метали. Не піддається впливу лугів, кислот і навіть суміші азотної і соляної кислоти. Так само даний полімер має назву «Тефлон», але так як дане слово є зареєстрованим товарним знаком французької корпорації DuPont, інші виробники змушені користуватися повною назвою.

При розкачування політетрафторетилену в тонку плівку, полімер починає розриватися на величезну кількість дрібних волокон між якими утворюються мільярди пір – в одному квадратному сантиметрі міститься 1.7 мільйона пір, які в 20 тисяч паз менше краплі води і при цьому в 700 разів більше молекули водяної пари. Як наслідок, отримане покриття не пропускало воду, при цьому через нього цілком успішно проходив пар.

Gore-Tex під мікроскопом

Даний винахід був запатентований і в 1978 році світ побачив перші вироби з даною мембраною, що отримала назву Gore-Tex. 

Виходячи з описаного вище принципу роботи даний вид отримав відповідну назву – мікропористі мембрани. Крім Gore-Tex з мембран даного виду потрібно також відзначити eVent.

Другим видом являються мембрани з гідрофільних матеріалів, які працюють за принципом дифузії. Такі мембранні покриття не містять пор, а пар виводиться назовні на молекулярному рівні – молекули пара передається всередині тіла мембрани по ланцюжку від однієї гидрофильной частки до іншої. Важливим нюансом є те, що молекули пара будуть рухатися з більш вологого середовища в більш суху. Із цієї причини гідрофільні мембрани працюють з невеликою «затримкою» – поки всередині під курткою не утворюється більш вологе середовище («парова лазня»), аж до утворення конденсату. Мембрана починає буквально набухати, вбираючи в себе пар. Під впливом більш високих температур молекули пара починають швидше рухатися в результаті чого гідрофільні полімери розширюються, і дифузія прискорюється – якщо по-простому чим вище навантаження, тим більше вологи може вивести мембрана.

При цьому краплі дощу, що мають розмір від 1 до 200 мікрон, чисто фізично не можуть проникнути крізь гідрофільні покриття. Також плюсом даного виду мембран є їх еластичність – гідрофільні покриття може розтягнутися більш ніж на 200% без шкоди водозахисних і паропроникних властивостей. Найчастіше основним матеріалом в використовуваним у виробництві даного виду є поліуретан.

Поліуретан (PU) – міцний, еластичний, стійкий до старіння гідрофільний полімер. Простий в експлуатації. Легко наноситься на будь-які поверхні тканин. Використовується при виробництві клеїв, захисних покриттів, ізоляторів, лакофарбових виробів.

Завдяки простоті у виробництві гідрофільні мембрани власного виробництва випускають практично всі провідні бренди: Marmot, Black Diamond і т. д.

Мембрана Dermizax під мікроскопом

Головними перевагами гідрофільних мембран є відносно низька вартість, довговічність і невибагливість у догляді. Головним недоліком є той факт, що на відміну від мікропористих мембран, гідрофільні працюють з невеликим запізненням – в умовах низьких температур утворюваний конденсат буде замерзати, покриваючи внутрішню сторону шаром паморозі.

Крім описаних основних двох видів існує третій – комбінований вид мембран, який поєднує в собі мікропористе і гідрофільні покриття. Даний вид з'явився в результаті виявлення недоліків мікропористих мембран.

У перших куртках з мембраною Gore-Tex політетрафторетилен приєднувався до внутрішній стороні куртки і не мав ніяких додаткових захисних покриттів. Незабаром користувачі таких виробів почали помічати зниження дихаючих властивостей мембрани. Всьому виною були низькі адгезійні властивості тефлону. Те, що було ефективно в якості антипригарного покриття на сковорідці, виявилося вкрай негативним в кліматичних мембранах. Солі, масла і жири, що виділяються разом з потом залишалися невідпираємим шаром по верх мембрани, тим самим забиваючи пори і істотно знижуючи дихаючі властивості мембрани.

Досить швидко було знайдено просте рішення – нанести поверх мікропористої мембрани тонкий захисний шар з гідрофільного поліуретану. В результаті істотно знизилася паропроникність, але при цьому зросла довговічність. На сьогоднішній день всі мембрани Gore-Tex, крім лінійки Pro, є комбінованими.

Конструкції мембран

Як уже писалося вище перші мембрани мали найпростішу конструкцію, в якій мембрана приєднувалася до зовнішньої захисної тканини і більше не мала ніяких захисних покриттів. Така конструкція отримала назву двошарової. Незабаром був виявлений істотний недолік даної конструкції – не маючи захисту, мембрана легко ушкоджувалася в результаті носки від механічного впливу. Для захисту мембрани в такі куртки додалися захисна тканина або сітка, що не з'єднані на пряму з мембраною. На сьогоднішній день дана куртка в основному використовується в міському і гірськолижному одязі. У зв'язку з відносно великою вагою дана конструкція практично не використовується в туристичних куртках і штанях.

Самим зносостійкого конструкцією є тришарові мембрани. Як і в двухслойках мембранне покриття приєднувалося до зовнішнього шару, але потім поверх нього наносився захисний шар тканини. Куртки та штани з мембраною такої конструкції часто мають на увазі використання в самих екстремальних умовах. Головними недоліками такої конструкції є висока вартість виробництва і відносно висока вага виробів. Основними споживачами виробів з такою конструкцією є альпіністи, гірські туристи і все, кому важливі максимальна зносостійкість і високі захисні властивості.

Останнім часом великої популярності набули мембранні вироби з 2.5-шаровою конструкцією. Все до тих же стандартних перших двох шарів замість захисної тканини наноситься тонка полімерна плівка, що ефективно захищає мембрану від механічних впливів і від забруднення жиром, солями, мастилами та іншим дрібним брудом. Така конструкція істотно дешевше у виробництві і одержувані в результаті вироби мають суттєво меншу вагу в порівнянні з попередніми конструкціями. Головним недоліком 2.5-шарових мембран є більш низька зносостійкість. На сьогоднішній день левова частка туристичних, велосипедних та бігових курток мають саме цю конструкцію.

Крім описаних вище конструкцій існують ще три:

• Конструкція, при якій мембрана, поєднана з дуже тонкою тканиною в якості основи, не з'єднується з зовнішньою тканиною і підкладкою.
• Мембранне покриття з'єднується із захисною підкладкою, не з'єднуючись при цьому з зовнішньою тканиною.

Останні два види практично не використовуються в індустрії альпіністської і туристичної екіпіровки.

Методи нанесення мембрани на тканину

Крім мембрани в штормових куртках і штанях велике значення має зовнішня тканина. Зазвичай для цих цілей використовуються міцні і легкі нейлон або поліестер з полімерним водовідштовхувальним покриттям (DWR). Основним завданням зовнішнього матеріалу є зведення до мінімуму прямого попадання вологи на мембрану, при цьому важливо не перешкоджання проходженню пара крізь матеріал. Для приєднання мембрани до зовнішньої тканини існують дві технології:

Покриття (coating) – мембрана накочується на підкладочну сторону зовнішньої тканини у вигляді рідкого розчину. Така технологія істотно дешевше у виробництві і часто забезпечує малу вагу вироби. Недоліком такої мембрани є низька зносостійкість. Найчастіше використовується в 2.5-шарових конструкціях. Найяскравішим прикладом цього методу нанесення мембрани є модель Marmot PreCip Jacket, яка відсвяткувала в 2018 році 20-річчя з моменту випуску першої куртки і по сей день є однією з найбільш популярних штормівок у всій outdoor-індустрії.

Ламінат (laminate) – в даній технології мембрана має вигляд суцільного шару, який приєднується до внутрішньої сторони зовнішньої захисної тканини. Така конструкція хоч і дорожче у виробництві, є істотно витривалішою в порівнянні з покриттями. Найчастіше ламінати мають більш високі показники водостійкості і паропроникності. На сьогоднішній день ламінатні мембрани є найпоширенішими у всій індустрії і найчастіше ми стикаємося саме з ними.

Розібравшись з конструктивними особливостями мембран перейдемо до методів вимірювання їх водостійкості і паропроникності. 

Визначення основних характеристик мембран

Одяг в туризмі і альпінізмі є таким же спорядженням, як намет або карабін. І як у будь-якого спорядження у мембранного одягу є технічні характеристики, які вказують ступінь водонепроникності і паропроникності використовуваних матеріалів.

Водонепроникність – здатність матеріалу не пропускати крізь себе певну кількість водних опадів. Вимірюється в міліметрах водяного стовпа. В якійсь мірі заява виробником про 100% водонепроникності є лукавством – при сильному натиску води мембрана почне протікати або і зовсім буде розірвана.

Якщо з водостійкістю досить одного тесту, то з паропроникністю справи йдуть трохи по-іншому.

Для вимірювання водонепроникності мембрани найчастіше використовую гідростатичний тест JIS 1092. Для дослідження береться відріз мембранної матерії, що попередньо пройшов десять прань, для додання тесту відповідності до реальних умов експлуатації. Після чого відріз даної мембрани розміщується в спеціальному агрегаті, що створює аналог тиску водяного стовпа. Крім вимірювання в міліметрах можуть наводиться вимірювання в фунтах на квадратний дюйм - psi: 1 psi = 704 мм водяного стовпа.

В якійсь мірі водонепроникними вважаються мембрани з показником від 10000 мм водяного стовпа. Така мембрана здатна витримувати тривалий дощ відносно тривалий час. Для екстремальних умов рекомендується розглядати мембранні вироби з показниками водостійкості від 20000 і вище.

Якщо з водостійкістю досить одного тесту, то з паропроникністю справи оьстоять трохи по-іншому.

Паропроникність (MVTR) – здатність матеріалу пропускати або затримувати крізь себе водяну пару. Вимірюється в гр/ м²/24 години (кількість пари, що проходить через квадратний метр матеріалу за добу).

Для тестування цього показника використовується куди більше методів тестування. Ми вибрали на наш погляд найпоширеніші:

JIS L 1099 B-1 – тест з «перевернутою чашею». У спеціальну ємність розміщується поглинач води, найчастіше це хлорид кальцію (CaCl2) або ацетат натрію. Після цього поверх ємності натягується плівка політетрафторетилену (PTFE) до якої прикріпляється випробуваний відріз мембранної тканини, мембраною назовні - лицьовою стороною до PTFE. Після цього зібрана конструкція занурюється в воду натягнутою мембраною до низу. Під діями своїх абсорбційних властивостей хлорид кальцію починає вбирати в себе молекули пара, що проходять крізь мембрану. Через контрольний час конструкцію дістають з води, з чаші вилучають і зважують поглинач. Відповідно за даними результатами можна розрахувати кількість водяної пари, яка може пройти через мембрану за добу. Даний тест дає максимальні показники паропроникності мембрани і з цієї причини його можна визнати найпопулярнішим. Найчастіше на бирках мембранних виробів ви бачити показник саме цього тесту.

JIS L +1099 A-1 – тест з «вертикальною чашею». Даний тест проводиться без безпосередніх контактів мембрани з водою. Як і в попередньому тесті в чашу розміщується поглинач. Поверх чаші прикріплюється тестований шар мембрани – лицьовою тканиною до поглинача, мембраною – назовні. Після цього зібрану конструкцію поміщають в камеру з високою вологістю (близько 90%) і температурою повітря близько +40 °C. В результаті різниці тисків відбувається дифузія водяної пари крізь мембрану і поглинач починає вбирати молекули води. Через контрольний час чашу витягають і зважують наповнювач. Даний тест найчастіше застосовується для вимірювання паропроникності неводостійких матеріалів, хоча його можна і зустріти в ряді мембран, наприклад, Marmot NanoPro і NanoPro Membraine.

ISO 11092:1993 – тест з «потіючою пластиною». На відміну від попередніх двох тестів, в даному випадку вимірюється не кількість минаючого через мембрану пару, а ступінь опору мембрани проходженню пара крізь себе. Відріз мембрани розміщується над пористою металевою пластиною з елементом нагрівання, покритою тонким шаром вологи – по суті емітується шкіра людини. Нагрівальний елемент підтримує температуру пластини на рівні +35 ° C. Рідина, що випаровується в результаті нагріву, проходить крізь тестований відріз мембрани. В результаті цього процесу відбувається втрата тепла пластини, температура якої повинна збережуться на постійному рівні. Відповідно, чим більше рівень енерговитрат на підтримку постійної температури пластини, тим нижче опір, який чиниться матеріалом проходженню пара крізь себе.

В результаті тесту обчислюється коефіцієнт опору проходженню водяного пару – Ret. Чим нижче Ret, тим вищими вважаються дихаючі властивості мембрани. Можна навести таку градацію показників Ret:

0-3 – зверх «дихаючі» мембрани

3-6 – висока «дишимость»

6-13 – «дихаючі» мембрани

13-20 – відносно «дихаючі» мембрани

20 і вище – матеріал практично не пропускає крізь себе водяну пару

Багато виробників, зокрема Gore-Tex, вважають даний тест максимально точно характеризуючим паропроникні властивості мембрани.

Крім вже описаних показників водостійкості і паропроникності, також велике значення має показник зносостійкості водовідштовхувального покриття – DWR «durable water repellent». Має він такий вигляд:

80/n – 80% просочення залишається на виробі після n-кількості прань.

Розібравшись з усіма параметрами перейдемо до порівняння мембран різних виробників.

 

Порівняння мембран різних виробників

На жаль, все менше виробників готові надавати у відкритому доступі повну інформацію за результатами тестів на водостійкість і паропроникність. В цьому плані варто відзначити американську компанію Marmot на офіційному сайті якої представлена максимально повна інформація по використовуваних технологіях мембранних тканин.

В останньому ж знайти повну інформацію про мембрани у відкритому доступі вельми проблематично. Зокрема, той же Gore-Tex вже протягом багатьох років на бирках виробів зі своєю мембраною не вказує абсолютно ніякої інформації за результатами тестів водостійкості і паропроникності.

Ми підготували порівняльну таблицю мембран різних виробників, зібравши в неї всю доступну нам інформацію за технічними показниками.

Назва	Водостійкість, мм.	Паропроникність, гр/м2/24 години.	RET	DWR
Gore-Tex Pro 3L	мінімум 28000	28000	<6	80/100
Gote-Tex Active	23000	мінімум 28000	<3	80/100
Gore-Tex Products	мінімум 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	мінімум 20000	13000-18000		80/20
Dermizax NX	мінімум 20000	30000-40000		80/20
NanoPro membrain	мінімум 10000	20000-47000	2,9/4
NanoPro	мінімум 10000	17000	5/5,4
MemBrain Strata	20000	20000	6/6,5	80/20
MemBrain	мінімум 10000	мінімум 10000	6/8

 

Загальні рекомендацію по підбору мембранної одягу і догляду за нею

Безумовно підбір одягу справа вельми суб'єктивне. Ми не бачимо сенсу рекламувати конкретні торговельні марки - по-перше, вибір бренду – справа смаку і особистих вподобань, а по-друге – у будь-якого виробника можна вибрати куртку під самі різні цілі.

Відразу хочемо розвіяти поширений стереотип щодо паропроникності мембранного одягу. У багатьох туристів при виді такої характеристики, як паропроникність сформувалася помилкова думка, що мембрана буде буквально всмоктувати піт, як пилосос. Звичайно це не так – жодна сучасна мембрана на таке не здатна. За великим рахунком мембранний одяг є перехідним варіантом між «не дихаючими» водонепроникними матеріалами і промокаємим одягом.

Ми сформували вимоги до куртки в залежності від поставлених вами цілей:

Куртка для хайкінга і прогулянок на природі. Така діяльність не має на увазі високих аеробних навантажень і тривалого перебування під проливним дощем. Для прогулянок в горах з не великим рюкзаком або для поїздок на пікнік підійде найпростіша мембранна куртка з показниками порядку 10000/10000, як ламінат, так і напилення (coating). Середня ціна таких курток коливається в межах 100-150 $. В принципі їх можна назвати 100-доларовими мембранами. Яскравими представниками цього виду, з представлених в нашому магазині, є Marmot PreCip Eco Jacket і Black Diamond StormLine Stretch Rain Shell.

ВАЖЛИВО!!! Буквально під кожною курткою даного виду у відгуках практично в будь-якому інтернет-магазині можна зустріти подібний коментар:

Дані куртки не призначені під ці цілі. Крім описаних вище проблем, цілком ймовірно в майбутньому при такому використанні в цих куртках почне відшаровуватися мембрана в результаті механічної дії (перенесення важких рюкзаків і т. д.).

Куртки для гірських походів і альпіністських сходжень. Для таких цілей вам потрібні висока водостійкість, зносостійкість і паропроникність. Рекомендуємо розглядати куртки з показниками не нижче 20000/20000 і з щільним зовнішнім матеріалом. Підійдуть як тришарові мембранні куртки, так і 2.5-шарові мембрани на кшталт курток Marmot Minimalist Jacket або Black Diamond Liquid Point Shell. Штани рекомендується вибирати з відстібним бічними блискавками – «штани-самоскиди».

Куртки для висотних сходжень і зимових експедицій. Крім високих технічних характеристик в таких куртках велике значення має швидкість виведення пари назовні куртки. Саме з цих причин ми рекомендуємо розглядати під ці цілі тришарові мікропористі мембранні куртки, наприклад, з мембранами Gore-Tex Pro 3L або eVent. Гідрофільні мембрани можуть мати цілком конкурентні показники водостійкості і паропроникності в порівнянні з мікропорами, але через те, що вони починають працювати з затримкою їх вкрай незручно використовувати в умовах різкого перепаду температур – на морозі конденсат на стінках мембрани перетвориться в кірку льоду.

Ультралегкі куртки з максимально високою паропроникністю. Для тих кому важлива максимальна паропроникність рекомендуємо звернути увагу на моделі з мембранами Gote Tex Active Shell, eVent DVstorm і найлегші куртки з мембраною Marmot NanoPro membrain.

Рекомендацій по догляду за мембранною не так вже й багато:

• Перед пранням зверніть увагу на рекомендації по догляду на бирці виробу: зазвичай там буде вказана допустимість прання при 30-40 °C, без віджиму, заборона прасування і використання відбілювача.
• Рекомендується використання спеціалізованих рідких засобів для прання. Особливо це стосується мікропористих мембран.
• Не сушіть вироби з мембраною біля джерел високої температури - батареї, каміни, багаття і т. д.
• Для продовження водовідштовхувальних властивостей рекомендується періодично обробляти мембранні речі відновлюючим водовідштовхувальним просоченням.

Дякую за увагу і до нових зустрічей!