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冲锋衣是如何同时做到防水和透气的?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-10-10 11:03

正文

在户外运动中,冲锋衣作为一款高性能的防护装备,因其防水和透气的特性,备受登山、徒步、滑雪等爱好者的青睐。冲锋衣的独特性在于它能够在恶劣天气下有效阻挡雨水的侵入,同时又能让汗水快速排出,保持穿着者的干爽舒适。那么,冲锋衣是如何实现防水和透气这两种看似矛盾的功能的呢



冲锋衣的防水原理


冲锋衣的防水性能是其核心功能之一,这一性能主要依赖于其面料的特殊构造和涂层。冲锋衣的面料通常采用多层结构设计,包括外层面料、防水透气膜以及内衬等。在这多层结构中,防水透气膜扮演着至关重要的角色。


🔺防水透气布料的多层结构


这种防水透气膜是一种高科技薄膜,它拥有精细的微孔结构,微孔的直径大约在0.1至0.2微米之间。这些微孔的尺寸经过精心设计,小于液态水滴的尺寸,因此能够有效地阻止水分的渗透。同时,由于水蒸气分子的体积远小于液态水,它们可以自由通过这些微孔,从而实现透气性。这种设计巧妙地平衡了防水和透气的需求。市面上常见的防水透气膜材料包括聚氨酯(PU)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜等。特别值得一提的是,Gore-Tex膜作为一种PTFE膜,因其卓越的防水性和透气性,被广泛应用于高端冲锋衣的制造中。



除了防水透气膜,冲锋衣的外层面料还会经过耐久防水涂层(Durable    Water Repellent, DWR)的处理。这种涂层能够使水珠在接触面料时形成滚珠状,加速水珠的滑落,从而减少水分对面料的渗透。DWR涂层不仅增强了冲锋衣的防水性能,还能在一定程度上保持面料的透气性。然而,DWR涂层会随着时间和使用而逐渐磨损,因此需要定期进行保养和重新涂抹,以确保冲锋衣始终保持最佳的防水效果。正确的保养不仅能延长冲锋衣的使用寿命,还能确保其在各种恶劣天气条件下的可靠性。


冲锋衣的透气机制


透气性是冲锋衣设计中另一项关键功能,尤其在进行高强度运动时显得尤为重要。在剧烈运动过程中,人体会大量出汗,如果这些汗水不能迅速排出,衣服内部就会变得潮湿闷热,这不仅会降低穿着者的舒适度,还可能影响运动表现。


冲锋衣的防水膜采用了一种独特的微孔结构,这些微孔的直径精心设计,以确保它们小于水滴的大小,从而有效阻止水分的渗透。同时,这些微孔的尺寸又足够大,允许水蒸气分子(其直径远小于水滴)自由通过。这种设计利用了水蒸气分子在体温和运动产生的热量作用下,通过微孔逸出的特性,实现了优异的透气性。这样一来,即使在剧烈活动后,冲锋衣也能保持内层的干爽,有效避免了因汗水滞留而产生的不适感。


图片来源:百科


为了进一步提升透气性,冲锋衣通常还会配备一层专门设计的吸湿排汗内衬。这层内衬使用了先进的材料,能够迅速吸收皮肤表面的汗水,并通过其特殊的结构将汗水扩散到更大的表面积上,从而加速汗水的蒸发。这种巧妙的设计不仅提高了冲锋衣的透气性,还能在剧烈运动后,为穿着者带来持久的舒适感。


如何选择合适的冲锋衣?


在深入理解了冲锋衣的防水与透气机制之后,我们可以根据个人的具体需求和活动环境来做出明智的购买决策。以下是一些实用的建议:

1.防水等级的选择



冲锋衣的防水性能通常通过“水柱高度”这一指标来衡量,这个数值代表了面料能承受的水压高度。水柱高度越高,意味着冲锋衣的防水性能越强。对于日常的户外活动,如城市徒步或偶尔的小雨天气,选择具有5000毫米水柱高度的冲锋衣通常已经足够。然而,如果您计划在极端环境下进行活动,例如高山探险或长时间的暴雨天气,那么建议选择水柱高度在20000毫米以上的冲锋衣,以确保在恶劣天气条件下也能提供充分的保护。


🔺静柱测试是应用最广泛的防水测试。一根直径为1英寸的管子垂直竖立在一块材料上。管内装满水,开始渗漏时水的高度(毫米)即为防水等级。


2.透气性的考量



气性是衡量冲锋衣能否有效排出体内湿气的重要指标,通常通过“蒸气透过率(MVTR)”或“透气指数”来衡量,数值越高,代表透气性越好。如果您计划参与高强度的户外运动,如登山或越野跑,那么选择一款透气性高的冲锋衣将非常重要,以帮助调节体温,减少汗水的积聚。相反,在一些较为静态的活动,如观鸟或露营中,对透气性的要求则相对较低,可以选择透气性能适中的冲锋衣。



3.适合的面料



面料的选择对于冲锋衣的性能至关重要。不同的面料具有不同的特点,例如Gore-Tex面料以其卓越的防水透气性而闻名,非常适合各种极限户外活动。Hardshell面料则因其坚固耐磨的特性,成为攀岩或滑雪等需要额外保护的活动的理想选择。此外,市场上还有一些轻量化面料,它们在保持一定防水透气性的同时,重量更轻,适合短途徒步或城市通勤使用。


参考文献

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/e4Y-1MFVyQrGyMe_uCTfQA

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/vH-r3QavKMWJkbw3vLmFsA

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/EEScDUmkOTcZBOCFeJFpcg

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/HHJ--Hjk0kYBE2oCE0sczw


来源:力学科普

编辑:yhc


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