I. Что такое паропроницаемость ткани?

Паропроницаемость ткани — это способность ткани пропускать водяной пар, и это один из основных показателей для оценки комфорта функциональных текстильных изделий. Во время физической активности кожа постоянно испаряет влагу (пот). Если ткань не может быстро отводить этот водяной пар, на поверхности кожи образуется жаркая и влажная микросреда, что приводит к дискомфорту.

Паропроницаемость и водоотталкивающие свойства в совокупности составляют двойной стандарт «воздухопроницаемости» и «защиты» для функциональной одежды для активного отдыха. Отличная функциональная одежда должна одновременно блокировать проникновение внешней жидкой воды и быстро отводить водяной пар от тела — именно в этом и заключается ценность исследований паропроницаемости.

II. Методы определения паропроницаемости

1. Метод с использованием осушителя (метод положительной чашки)

Стандарты: GB/T 12704.1, ASTM E96, JIS L1099 A-1

Принцип действия: В чашку для измерения влагопроницаемости помещают осушитель (безводный хлорид кальция), а образец герметично закрывают отверстием чашки. После выдерживания в условиях постоянной температуры и влажности в течение определенного периода времени влагопроницаемость рассчитывают путем измерения увеличения веса осушителя.

Особенности: Условия тестирования мягкие и максимально приближены к реальным условиям носки, что делает этот метод наиболее распространенным в Китае.

2. Метод испарения (водный метод, метод перевернутой чашки)

Стандарты: GB/T 12704.2, ASTM E96 BW, JIS L1099 B-1

Принцип: В чашку для измерения влажности помещают определенный объем дистиллированной воды. После герметизации образца чашку переворачивают. Водяной пар проходит через образец и испаряется наружу; скорость пропускания влаги рассчитывается путем измерения уменьшения массы воды внутри чашки.

Особенности: Условия испытаний достаточно жесткие, имитируют высокую влажность, что делает материал подходящим для водонепроницаемых и дышащих тканей.

3. Метод нагревания на защищенной плите с использованием конденсата.

Стандарты: ISO 11092, GB/T 11048

Принцип: для имитации потоотделения кожи используется пористая металлическая пластина. Измеряется энергия, необходимая для поддержания постоянной температуры, что позволяет непосредственно определить влагостойкость ткани (Ret) и индекс паропроницаемости (imt).

Особенности: Этот метод более точно имитирует реальные физиологические условия человека и считается «золотым стандартом» для оценки теплового и влажностного комфорта.

III. Ключевые факторы, влияющие на влагопроницаемость тканей

(Ⅰ) Факторы, влияющие на сырье для производства волокна

1. Влагопоглощение волокон

Влагопоглощение волокон является основой для определения влагопроницаемости. В зависимости от способа взаимодействия волокон с водой их можно классифицировать следующим образом:

- Гидрофильные волокна: хлопок, вискоза, шерсть, шелк и т. д. Молекулярная структура этих волокон содержит гидрофильные группы (-OH, -COOH, -NH₂), которые могут адсорбировать молекулы воды посредством водородных связей и транспортировать их путем диффузии внутри волокна. Волокна с высокой влагопоглощающей способностью обычно обладают лучшей паропроницаемостью.

- Гидрофобные волокна: синтетические волокна, такие как полиэстер, нейлон и полипропилен. Эти волокна сами по себе не впитывают воду; водяной пар в основном переносится через поры в зазорах между волокнами. Хотя способность отдельного волокна пропускать влагу ограничена, отличные показатели пропускания влаги могут быть достигнуты за счет специальных конструктивных решений.

2. Тонкость волокна и форма поперечного сечения

- Тонкость волокна: чем тоньше волокно, тем больше удельная площадь поверхности и тем плотнее капиллярная сеть, образующаяся между волокнами, что облегчает проводимость водяного пара. Ткани из сверхтонких волокон (<0,5 дтекс) обычно демонстрируют превосходные характеристики паропроницаемости.

- Форма поперечного сечения: Волокна с некруглым поперечным сечением (например, крестообразные, трилистниковые или полые) могут образовывать больше пор по сравнению с круглыми волокнами, тем самым увеличивая пути для передачи водяного пара. Например, полые полиэфирные волокна не только уменьшают вес, но и значительно улучшают влагопроницаемость и теплоизоляцию.

(II) Факторы структуры пряжи

1. Скручивание пряжи

Скручивание напрямую влияет на плотность и пористость пряжи:

- Низкоскрученная пряжа: пряжа рыхлая, с большими зазорами между волокнами, что обеспечивает низкое сопротивление паропроницаемости и хорошую влагопроницаемость. Однако такая пряжа обладает меньшей прочностью и сниженной износостойкостью.

- Высококрученая пряжа: пряжа плотная, с уменьшенным зазором между волокнами, что приводит к повышению сопротивления паропроницаемости и снижению влагопроницаемости. Однако пряжа обладает высокой прочностью, а ткань на ощупь жесткая и плотная.

2. Соотношение компонентов пряжи в смеси

- Смеси хлопка и полиэстера: Хлопковые волокна обеспечивают влагопоглощение и отвод влаги, а полиэстер — прочность и быстрое высыхание. При содержании хлопка от 40% до 60% достигается хороший баланс между влагопроницаемостью и износостойкостью.

- Смеси шерсти и нейлона: Естественные влагопоглощающие свойства шерсти в сочетании с прочностью нейлона широко используются в высококачественной одежде для активного отдыха.

(III) Факторы структуры ткани

1. Плотность и натяжение ткани

- Повышенная плотность: нити основы и утка расположены плотнее, что снижает пористость ткани, повышает сопротивление проникновению водяного пара и снижает влагопроницаемость.

- Снижение плотности: Пористость ткани увеличивается, улучшая паропроницаемость, но это может привести к снижению ветроустойчивости и недостаточной прочности.

2. Толщина ткани

Толщина ткани обратно пропорциональна паропроницаемости: сопротивление диффузии, которое должен преодолеть водяной пар, чтобы пройти сквозь ткань, прямо пропорционально ее толщине.

3. Структура плетения

Морфология пор, образуемых различными структурами плетения, значительно различается:

4. Многослойные композитные структуры

В современной функциональной одежде часто используются многослойные композитные конструкции:

- Двухслойная ткань: внешний слой ветрозащитный и водонепроницаемый, а внутренний отводит влагу и пот; «эффект накачки», создаваемый порами между слоями, повышает паропроницаемость.

- Трехслойные композиты: ткань + водонепроницаемая и воздухопроницаемая мембрана + подкладка. Микропористая структура мембраны позволяет молекулам водяного пара проходить сквозь нее, блокируя при этом жидкую воду.

(IV) Факторы постобработки

1. Обработка покрытий

Нанесение покрытия является ключевым методом изменения паропроницаемости:

- Полиуретановое покрытие: Стандартные полиуретановые покрытия блокируют поры ткани, значительно снижая паропроницаемость. Однако микропористые полиуретановые или гидрофильные полиуретановые покрытия могут поддерживать определенный уровень паропроницаемости, сохраняя при этом водоотталкивающие свойства.

- Микропористая мембрана из ПТФЭ: отличается чрезвычайно высокой пористостью и очень малыми размерами пор, обеспечивая высокую скорость пропускания водяного пара и устойчивость к давлению воды.

- Непористые гидрофильные мембраны: В них используется механизм передачи влаги «адсорбция-диффузия-десорбция» через гидрофильные группы на молекулярных цепях. Хотя их влагопроницаемость несколько ниже, чем у микропористых мембран, они обладают лучшей устойчивостью к стирке.

2. Водоотталкивающие и влагопроницаемые отделочные материалы.

- Фторуглеродные соединения: они придают тканям водо- и маслоотталкивающие свойства, но оказывают определенное негативное воздействие на влагопроницаемость.

- Силиконовые компаунды: образуют воздухопроницаемую пленку на поверхности волокна, оказывая минимальное воздействие на влагопроницаемость.

- Нанотехнологические методы обработки: например, наночастицы SiO₂ и TiO₂, которые придают особые функции, сохраняя при этом пористость.

3. Влагоотводящие покрытия

Обработка гидрофобных синтетических волокон гидрофильными отделочными агентами (такими как полиэфирные или полиакриловые соединения):

- Отделочные агенты образуют гидрофильный слой на поверхности волокна, улучшая смачиваемость поверхности.

- Создается влагоотводящий эффект, благодаря которому пот быстро отводится от кожи к внешнему слою для испарения.

- Пропускание влаги может быть увеличено на 20–40%, при этом сохраняются быстросохнущие свойства синтетических волокон.

(V) Факторы окружающей среды

Как на испытания на паропроницаемость, так и на фактическое использование существенно влияют условия окружающей среды:

1. Температура

- Повышение температуры: кинетическая энергия молекул водяного пара увеличивается, ускоряя диффузию; одновременно волокна расширяются после поглощения влаги, увеличивая свои поры. Скорость пропускания водяного пара значительно возрастает с повышением температуры.

2. Относительная влажность

- В условиях высокой влажности: градиент концентрации водяного пара по обеим сторонам образца уменьшается, снижая движущую силу и уменьшая скорость пропускания водяного пара.

- В условиях низкой влажности: разница концентраций велика, что приводит к высокой скорости паропроницаемости.

- Изотермические и изогигрические условия: Когда температура и влажность с обеих сторон образца одинаковы, скорость пропускания водяного пара равна нулю.

3. Скорость ветра

- Увеличение скорости ветра ускоряет потерю водяного пара с поверхности образца, поддерживая более высокий градиент концентрации и тем самым увеличивая скорость пропускания водяного пара.

- При реальной ношении одежды на открытом воздухе скорость ветра является ключевым фактором, влияющим на воспринимаемый комфорт.

IV. Баланс между влагопроницаемостью и другими функциями.

1. Влагопроницаемость против водостойкости

Противоречие: для обеспечения водостойкости необходимы чрезвычайно мелкие или закрытые поры ткани, тогда как для обеспечения влагопроницаемости — открытые поры.

Решения: Технология микропористых мембран, гидрофильные непористые мембраны и методы ткачества высокой плотности (например, ткани высокой плотности, изготовленные из сверхтонких волокон).

2. Влагопроницаемость и ветрозащита

Противоречие: для ветронепроницаемости необходима плотная структура ткани, а для влагопроницаемости — открытые поры.

Решения: многослойные композитные конструкции, мембранные технологии и добавление ветрозащитного тканевого слоя с внешней стороны влагопроницаемой мембраны.

3. Влагопроницаемость и теплоизоляция

Противоречие: для теплоизоляции необходим слой неподвижного воздуха (рыхлая структура), но чрезмерная толщина снижает влагопроницаемость.

Решения: полые волокна, трехмерные вязаные структуры и материалы с фазовым переходом для регулирования температуры.

Заключение

Паропроницаемость ткани — это сложная система, включающая множество взаимодействующих факторов, охватывающая такие дисциплины, как наука о волокнах, текстильная инженерия, полимерные материалы, а также тепло- и влагоперенос.

UTSTESTER обеспечивает точную оборудование для испытания паропроницаемости Если у вас возникнут какие-либо проблемы во время испытаний на паропроницаемость, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться в нашу техническую службу в любое время.

Электронная почта: hello@utstesters.com

Прямой номер: +86 152 6060 5085

Тел.: +86-596-7686689

Веб: www.uttesters.com