Rada

Ako fungujú membrány?

03.04.13
O tom, ako fungujú membrány, sa už napísalo mnoho článkov. Na internetových fórach sa však pravidelne vedú diskusie a kamaráti mi stále kladú tie isté otázky. Ako to funguje? Ako je možné, že to nepremokne? Funguje to za každých podmienok? Tieto a rôzne ďalšie otázky dostávam už niekoľko rokov, a preto som sa rozhodol, že o tom napíšem článok.

Čo je to membrána

Z textilného pohľadu predstavuje membrána veľmi tenký plošný útvar, ktorý sa vyznačuje polopriepustnými vlastnosťami. Syntetická membrána je vodeodolná, vetruvzdorná a paropriepustná. Najznámejšie syntetické membrány sú vyrobené z polymérov, ako je polytetrafluóretylén (napr. Gore-Tex®), polyuretán (napr. Dermizax™) alebo z kopolymérov, ako je zmes polyestru a polyéteru (napr. Sympatex®).

Podľa štruktúry môžeme membrány rozdeliť na:

1. porézne, hydrofóbne membrány (Gore-Tex®, eVent®...)

2. neporézne, hydrofilné membrány (Sympatex®, Dermizax™, Gelanots®...)

Porézne membrány

Porézne membrány sú vyrobené z hydrofóbnych materiálov, ktoré nedokážu absorbovať vodu do svojej štruktúry. Preto tu nastáva otázka: ako dokáže hydrofóbny materiál prenášať vodnú paru cez svoju štruktúru, ak nedokáže absorbovať vodu?

Odpoveď na túto otázku je jednoduchá a ukrýva sa už v názve tejto podkapitoly. Porézne membrány sú tvorené sústavou mikroskopických kapilár, ktoré sú svojou veľkosťou priepustné len pre molekuly pary, ale pre vodu sú už príliš malé. Voda preto nemôže touto membránou preniknúť. Póry sú rôzne poskladané, takže tvoria labyrint a tým sa stávajú nepriechodnými aj pre vietor.

Princíp fungovania hydrofóbnej membrány teda spočíva v rozdielnej veľkosti medzi kvapkami vody a kapilárami. Póry v membráne sú približne 20 000-krát menšie, ako je najmenšia kvapka vody, a preto membránou nemôže preniknúť žiadna voda v kvapalnom skupenstve. Naopak, voda v plynnom skupenstve má molekuly 700-krát menšie, ako sú kapiláry, a preto je hydrofóbna membrána schopná prenášať vodnú paru.

Dobre, prvý a asi najcitovanejší spôsob vysvetlenia máme za sebou. Musím však podotknúť, že ide o zjednodušený model, ktorý je určený pre laickú verejnosť. Existuje však vedeckejšie vysvetlenie, a tým je rozdiel v povrchovom napätí medzi membránou a kvapalnou vodou.

Kvapalná voda má totiž veľmi vysoké povrchové napätie, z čoho vyplýva, že molekuly vody sú silne priťahované k sebe, a preto sa snažia zaujať čo najmenší priestor. Pri kontakte vody s látkou s vysokým povrchovým napätím (napr. membrána) preto môžeme pozorovať, ako sa molekuly vody spájajú do kvapiek a ako odskakujú od jej povrchu. Preto kvapalná voda nedokáže preniknúť cez membránu. A pokiaľ ide o priepustnosť vodných pár, tak funguje na princípe difúzie, ktorú podrobnejšie opisujem v nasledujúcej kapitole (neporézne membrány).

Poznámka: Ak nerozumiete, o čom je reč, skúste si doma vyliať trochu vody do panvice s teflónovým povrchom. Porézne membrány sa totiž vyrábajú z teflónu.

Ak si myslíte, že porézna membrána je 100 % nepremokavá, tak sa mýlite. Kvapalná voda totiž dokáže za určitých podmienok preniknúť aj cez membránu. Prvou z týchto podmienok je tlak. Ak je tlak vody na membránu privysoký, tak voda preniká cez póry. Druhou podmienkou je čistota membrány. Ak je membrána kontaminovaná (špina, pot, oleje, opaľovacie krémy, repelenty s obsahom DEET, atď.), tak môže dôjsť k zníženiu povrchového napätia, ktoré zabezpečuje nepremokavosť membrány.

Kontaminácia bola nevýhodou prvej generácie poréznych membrán od firmy Gore. Goretexové membrány z konca sedemdesiatych rokov totiž neboli nijako chránené. V súčasnosti sa však porézne membrány vyrábajú tak, aby boli proti kontaminácii odolné. Napríklad firma Gore už takmer 30 rokov aplikuje na svoje membrány tenkú polyuretánovú vrstvu a výrobca membrány eVENT® využíva molekulárnu povrchovú úpravu.

Neporézne membrány

Neporézne membrány sú oproti poréznym membránam vyrobené z hydrofilných materiálov, ktoré dokážu absorbovať vodu v plynnom a čiastočne i v kvapalnom skupenstve. Na prevod vody cez membrány pritom nepotrebujú mikroskopické kapiláry, ale využívajú fyzikálny jav, ktorý nazývame difúzia.

Difúzia vodnej pary je dej, ktorým sa vyrovnáva parciálny tlak vodnej pary vzájomným pôsobením molekúl. Difundujúce vodné pary sa pohybujú z miest vyššieho tlaku smerom k nižšiemu tlaku. Vyrovnáva sa tak koncentrácia vodnej pary na obidvoch stranách membrány.

Príklad: Vonku je príjemné jesenné počasie. Je bezvetrie, slnko svieti a teplota vzduchu je 2 °C. Relatívna vlhkosť vzduchu je 50 %. Po ceste beží muž v športovom oblečení, ktorý sa potí. Kvôli fyzickej aktivite mu pod odevom vzniká mikroklíma (teplota vzduchu 40 °C a relatívna vlhkosť 99 %). Zvýšený obsah vlhkosti pod odevom spôsobuje vyšší parciálny tlak vodnej pary a tá automaticky migruje cez odev do vonkajšieho prostredia, kde je obsah vlhkosti nižší. Tento dej prebieha až do vyrovnania koncentrácie vodnej pary na obidvoch stranách odevu.

Difúzia má priebeh vo všetkých skupenstvách. Najrýchlejšie však prebieha v plynoch, pretože v plynoch sa molekuly pohybujú najrýchlejšie. Difúzia v tuhých látkach je veľmi obmedzená, čo je spôsobené tým, že molekuly v tuhých látkach sú viazané na rovnovážne polohy.

Tento princíp prebieha bez nutnosti dodania akejkoľvek energie. Každý iný prenos látok proti koncentračnému rozdielu je možný iba za predpokladu vynaloženia práce a väčšinou i existencie membránových prenášačov, ktoré pre aktívny prenos vyžadujú energiu. Aktívneho prenosu sú schopné iba bunkové membrány, a preto neexistuje syntetický materiál, ktorý by dokázal odvádzať vlhkosť iba jedným smerom, t. j. von z odevu. To znamená, že ak sa koncentrácia vodnej pary zmení, a pod odevom budeme mať nižší parciálny tlak, tak sa vodné pary poženú cez membránu k telu.

Poznámka: Obojstranný prenos vlhkosti platí pre porézne i neporézne membrány, pretože obidve využívajú na prenos vlhkosti princíp difúzie.

Výhodou hydrofilných membrán v porovnaní s mikroporéznymi je ich dlhšia trvácnosť a menšia náchylnosť na poškodenie. Relatívnou nevýhodou sú však nižšie parametre paropriepustnosti. V súčasnosti však tieto parametre dosahujú vysoké hodnoty, ktoré postačujú pre funkčnosť outdoorového oblečenia.

Poznámka: Funkčnosť neporéznych membrán je vyššia v chladnejšom prostredí (pri teplotách nad bodom mrazu). Štandardizované testy paropriepustnosti sa však robia pri teplotách omnoho vyšších (metóda MVTR = 35°C) a to tabuľkovo znevýhodňuje neporézne membrány v porovnaní s membránami poréznymi.

Využitie membrán v outdoorovom oblečení

Ako som už spomenul v úvode, samotná membrána je veľmi tenký plošný útvar, ktorý je náchylný na poškodenie, a preto sa najčastejšie laminuje na textilnú vrstvu (tkaniny, pleteniny, ale i netkané textílie).

Z výrobného hľadiska rozlišujeme tri druhy laminácie:

• dvojvrstvový laminát – membrána je laminovaná na nosnú textíliu a odevy z tohto druhu materiálu sú preto podšité dierovanou podšívkou, ktorá chráni membránu pred poškodením. Odevy z tohto materiálu sú objemnejšie, ale vyznačujú sa dlhou trvácnosťou. Textília je vhodná na bundy pre voľný čas a na turistiku.

• trojvrstvový laminát – membrána je vlaminovaná medzi nosnú textíliu a podšívku. Odevy z tohto materiálu sú preto ľahšie a menej objemné ako z dvojvrstvového laminátu. Výhodou tohto materiálu je vysoká mechanická odolnosť. Textília je vhodná najmä na odevy pre horolezcov a na odevy, ktoré budú často mechanicky namáhané (trenie, ohyb, tlak, atď.)

• dva a pol vrstvový laminát – membrána je laminovaná na nosnú textíliu a kvôli jej ochrane je na membráne nanesený bodový nános syntetického polyméru, ktorý ma rôzne tvary, ako napr. trojuholníky, bodky, čiarky a pod. Odevy z tohto druhu materiálu sú preto najľahšie a zaberajú minimálny objem v batohu. Nevýhodou oproti odevom z predchádzajúcich materiálov je nižšia mechanická odolnosť. Textília je vhodná najmä na výkonnostné športy ako je beh, trail running, bežecké lyžovanie, atď.

Okrem laminácie je ešte možné membránu voľne zavesiť medzi kryciu textíliu a podšívku. Tento spôsob sa už takmer nepoužíva a častejšie ho vidíme pri obuvi. Výhody a nevýhody tejto konštrukcie sú obdobné ako u dvojvrstvového laminátu.

Autorom fotodokumentácie je Phillip W. Gibson, bola použitá s jeho súhlasom, za čo mu ďakujeme.

Diskusia
Ako fungujú membrány? 15/02/17 15:49 18 príspevkov
Najnovšie články autora
 
Predstavenie Batoh Bergans Helium PRO 40 Helium PRO 40 od firmy Bergans je ľahký technický batoh, ktorý je svojím objemom vhodný na jednodenné aj víkendové pobyty na horách. Batoh bol navrhnutý hlavne pre horolezcov a skialpinistov, no svoje uplatnenie si nájde aj pri ostatných outdoorových aktivitách. Okrem hlavnej komory má batoh aj špeciálnu priehradku na skialpinistickú výbavu, ktorá je ľahko dostupná z prednej strany. Ruksak poskytuje veľmi stabilné upevnenie lyží, horolezeckých čakanov a ďalšej výbavy. Popri početných možnostiach nastavení má batoh aj odnímateľný vrchný kryt. K dispozícii je v červenej a tmavošedej farbe. 15/11/17 Pavol Hreha Batohy
Lezenie Volí chrbát a rázsocha Volovca Mengusovského Začiatkom leta 2016 som sa zúčastnil na stretnutí vysokohorských turistov SVTS na Popradskom plese, ktoré organizoval PREVYK. Hneď prvý deň stretnutia sme si s kamarátom „Bačom“ vyliezli na moju obľúbenú Voliu vežu (Južné rebro – III UIAA) a cestou dolu sme si odbehli aj na Žabiu vežu. Nasledujúce dni som sa potom venoval vysokohorskej turistike a s ostatnými účastníkmi stretnutia som vystúpil na Čubrinu, Mengusovskú vežičku, Hincovu vežu a Volovec Mengusovský. Počas výstupu na posledné dva spomenuté štíty som si odbehol aj na Hincovu kopu vo Volom chrbte a preskúmal som aj časť rázsochy Volovca Mengusovského za jeho najnavštevovanejším hlavným vrcholom. 02/07/17 Pavol Hreha Vysoké a Belianske Tatry
VHT Vareškovým hrebeňom na Slavkovský štít Slavkovský štít je jedným z ľahko dostupných tatranských štítov, na ktorý vedie turistická značka. Často sa o ňom hovorí, že je to nekonečný a nudný kopec so zástupmi turistov. V lete 2015 som si to vyskúšal na vlastnej koži a musím povedať, že to nebolo až také strašné. Z vrcholu sme mali nádherné výhľady na všetky svetové strany. Mňa však najviac zaujal hrebeň vybiehajúci na západ, ktorý sa tiahol ponad Zbojnícku chatu. Nasledujúce leto som sa preto do Tatier vrátil a na Slavkovský štít som vystúpil neznačenou trasou po Vareškovom hrebeni. 10/06/17 Pavol Hreha Vysoké a Belianske Tatry
Najnovšie články na titulke
 
Búda Senník Dolina pod Lyscom Počas mojej dvojdňovej túlačky v októbri 2017 som pri stúpaní na Lysec v Ostrôžkach naďabil na lúku Dolina, kde sa nachádza vcelku príhodný objekt na vandrácke prespanie. Objektom je síce senník, ale v pohorí, kde nie je veľa iných možností prístrešia, môže poslúžiť. dnes Henrich Tomáš Ostrôžky
Túra Dámska jazda Tatrami po lejakoch Predposledný júlový víkend sme mali s kamarátkami dlhšie naplánovanú dámsku túru bez detí a manželov. Keďže kalendáre sú plné a babysittingy dlho dopredu vybavené, s termínom sa nedá hýbať ani vtedy, ak začiatok túry vychádza na deň po tom, čo v Tatrách povodne odniesli niekoľko mostov. Veď vrátiť sa dá vždy, hovoríme si a optimisticky balíme stredne veľké batohy so spacákmi a ďalšie rekvizity, ktoré teraz pri malých deťoch používame dosť zriedkavo. včera Soňa Mäkká Vysoké a Belianske Tatry
Túra Rodinný výlet na kopec Dúň Mnohí teraz isto premýšľate, kde je kopec Dúň. Väčšina ľudí istotne nevie a ani ja som donedávna nevedel. Keď sa však povie Gýmeš, tak je hneď všetko jasnejšie. Dúň je nevysoký kopec (514 m), na ktorom sa rozprestiera zrúcanina hradu Jelenec (alebo aj Gýmeš). Dĺžkou výstupu naň je predurčený na krátkodobé výlety vhodné aj pre malé deti, a preto si jednu letnú nedeľu vyberáme ako cieľ rodinného výletu práve túto lokalitu. Miesto nástupu zvolíme dedinku Kostoľany pod Tribečom, trasa odtiaľ je najkratšia. 16/08/18 Lukáš Varšík Tribeč

 
 
 
Verzia pre tlač
  • text  fakty  fotky  
Vriace fórum RSS vriaceho fóra
Ako fungujú membrány? 15/02/17 15:49 18 príspevkov
Login prihlás sa alebo registruj
zapamätať



Vytvorením používateľského konta súhlasíte s podmienkami použitia HIKING.SK, ktorých súčasťou sú aj informácie o spracovaní osobných údajov.
Oficiálni partneri
Partneri
0.46 (0.07)