أولاً: ما هي نفاذية بخار الماء في النسيج؟

تُشير نفاذية بخار الماء في النسيج إلى قدرته على السماح بمرور بخار الماء من خلاله، وهي أحد المؤشرات الأساسية لتقييم راحة المنسوجات الوظيفية. أثناء النشاط البدني، يتبخر العرق من الجلد باستمرار. إذا لم يتمكن النسيج من طرد بخار الماء هذا بسرعة، ستتشكل بيئة دقيقة حارة ورطبة على سطح الجلد، مما يؤدي إلى الشعور بعدم الراحة.

تُشكّل نفاذية بخار الماء ومقاومة الماء معًا المعيارين الأساسيين لـ "التهوية" و"الحماية" في الملابس الوظيفية الخارجية. يجب أن تمنع قطعة الملابس الوظيفية الممتازة دخول الماء السائل الخارجي وأن تُخرج بخار الماء من الجسم بسرعة - وهنا تكمن أهمية أبحاث نفاذية بخار الماء.

ثانيًا: طرق اختبار نفاذية بخار الماء

1. طريقة المجفف (طريقة الكأس الإيجابية)

المعايير: GB/T 12704.1، ASTM E96، JIS L1099 A-1

المبدأ: توضع مادة مجففة (كلوريد الكالسيوم اللامائي) في كوب قياس نفاذية الرطوبة، ويُغلق الكوب بإحكام على عينة الاختبار. بعد حفظها في بيئة ذات درجة حرارة ورطوبة ثابتتين لفترة محددة، تُحسب نفاذية الرطوبة بقياس الزيادة في وزن المادة المجففة.

الميزات: ظروف الاختبار معتدلة وتشبه إلى حد كبير ظروف الاستخدام الفعلية، مما يجعلها طريقة الاختبار الأكثر شيوعًا في الصين.

2. طريقة التبخير (طريقة الماء، طريقة الكوب المقلوب)

المعايير: GB/T 12704.2، ASTM E96 BW، JIS L1099 B-1

المبدأ: توضع كمية محددة من الماء المقطر في كوب قياس نفاذية الرطوبة. بعد إحكام إغلاق العينة، يُقلب الكوب. يمر بخار الماء عبر العينة ويتبخر إلى الخارج؛ ويُحسب معدل نفاذية الرطوبة بقياس انخفاض كتلة الماء داخل الكوب.

الميزات: ظروف الاختبار قاسية نسبياً، تحاكي بيئة ذات رطوبة عالية، مما يجعلها مناسبة للأقمشة المقاومة للماء والتي تسمح بمرور الهواء.

3. طريقة الصفيحة الساخنة المحمية من التعرق

المعايير: ISO 11092، GB/T 11048

المبدأ: تُستخدم صفيحة معدنية مسامية لمحاكاة تعرق الجلد. يتم قياس الطاقة اللازمة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة، مما ينتج عنه مباشرة مقاومة النسيج للرطوبة (Ret) ومؤشر نفاذية بخار الماء (imt).

الميزات: هذه الطريقة تقترب بشكل أكبر من الظروف الفسيولوجية البشرية الفعلية وتعتبر "المعيار الذهبي" لتقييم الراحة الحرارية والرطوبة.

ثالثًا: العوامل الرئيسية المؤثرة على نفاذية الرطوبة في الأقمشة

(Ⅰ) عوامل المواد الخام للألياف

1. امتصاص الألياف للرطوبة

يُعد امتصاص الألياف للرطوبة أساسًا لتحديد نفاذية الرطوبة. وبناءً على كيفية تفاعل الألياف مع الماء، يمكن تصنيفها على النحو التالي:

- الألياف المحبة للماء: القطن، والفيسكوز، والصوف، والحرير، وغيرها. يحتوي التركيب الجزيئي لهذه الألياف على مجموعات محبة للماء (-OH، -COOH، -NH₂)، والتي يمكنها امتصاص جزيئات الماء عبر الروابط الهيدروجينية ونقلها عن طريق الانتشار داخل الليف. تتميز الألياف ذات القدرة العالية على امتصاص الرطوبة بنفاذية أفضل لبخار الماء.

- الألياف الكارهة للماء: ألياف صناعية مثل البوليستر والنايلون والبولي بروبيلين. لا تمتص هذه الألياف الماء بنفسها؛ بل ينتقل بخار الماء بشكل أساسي عبر المسام الموجودة بين الألياف. ورغم أن قدرة الألياف الواحدة على نقل بخار الماء محدودة، إلا أنه يمكن تحقيق أداء ممتاز في هذا المجال من خلال تصميمات هيكلية متخصصة.

2. نعومة الألياف وشكل المقطع العرضي

- دقة الألياف: كلما كانت الألياف أدق، زادت مساحة سطحها النوعية، وازدادت كثافة الشبكة الشعرية المتكونة بين الألياف، مما يُسهّل انتقال بخار الماء. تتميز الأقمشة المصنوعة من ألياف فائقة الدقة (أقل من 0.5 ديتكس) عادةً بأداء فائق في نقل بخار الماء.

- شكل المقطع العرضي: يمكن للألياف ذات المقاطع العرضية غير الدائرية (مثل الألياف المتقاطعة، أو ثلاثية الفصوص، أو المجوفة) أن تُشكّل قنوات مسامية أكثر مقارنةً بالألياف الدائرية، مما يزيد من مسارات انتقال بخار الماء. فعلى سبيل المثال، لا تُقلّل ألياف البوليستر المجوفة الوزن فحسب، بل تُحسّن أيضًا نفاذية الرطوبة والعزل الحراري بشكل ملحوظ.

(II) عوامل بنية الخيوط

1. لف الخيط

يؤثر الالتواء بشكل مباشر على كثافة ومسامية الخيوط:

- خيوط ذات التواء منخفض: تتميز هذه الخيوط بأنها فضفاضة، مع وجود فجوات كبيرة بين الألياف، مما يؤدي إلى مقاومة منخفضة لنفاذية بخار الماء ونفاذية جيدة للرطوبة. ومع ذلك، فإن هذه الخيوط أقل قوة وأقل مقاومة للتآكل.

- خيوط عالية الالتواء: تتميز هذه الخيوط بكثافة عالية، مع تقليل المسافات بين الألياف، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة نفاذية بخار الماء وتقليل نفاذية الرطوبة. ومع ذلك، تتمتع الخيوط بقوة عالية، ويمنح النسيج ملمسًا متينًا وصلابة.

2. نسب مزج الخيوط

- مزيج القطن والبوليستر: توفر ألياف القطن امتصاصًا للرطوبة وخصائص امتصاصها، بينما يوفر البوليستر المتانة وسرعة الجفاف. وعندما تتراوح نسبة القطن بين 40% و60%، يتحقق توازن جيد بين نفاذية الرطوبة والمتانة.

- مزيج الصوف/النايلون: تُستخدم خصائص امتصاص الرطوبة الطبيعية للصوف جنبًا إلى جنب مع قوة النايلون بشكل شائع في الملابس الخارجية الراقية.

(III) عوامل بنية النسيج

1. كثافة النسيج ومتانته

- زيادة الكثافة: يتم ترتيب خيوط السدى واللحمة بشكل أكثر إحكاما، مما يقلل من مسامية النسيج، ويزيد من مقاومة انتقال بخار الماء، ويقلل من نفاذية الرطوبة.

- انخفاض الكثافة: تزداد مسامية النسيج، مما يحسن نفاذية بخار الرطوبة، ولكن هذا قد يؤدي إلى انخفاض مقاومة الرياح وعدم كفاية القوة.

2. سمك القماش

يرتبط سمك النسيج عكسياً بنفاذية بخار الرطوبة: فمقاومة الانتشار التي يجب أن يتغلب عليها بخار الماء ليمر عبر النسيج تتناسب طردياً مع سمكه.

3. بنية النسيج

تختلف مورفولوجيا المسام التي تشكلها هياكل النسيج المختلفة اختلافًا كبيرًا:

4. الهياكل المركبة متعددة الطبقات

غالباً ما تستخدم الملابس الوظيفية الحديثة تصميمات مركبة متعددة الطبقات:

- أقمشة ذات طبقتين: الطبقة الخارجية مقاومة للرياح والماء، بينما الطبقة الداخلية تمتص الرطوبة والعرق؛ يعمل "تأثير الضخ" الناتج عن المسام بين الطبقات على تعزيز نفاذية بخار الرطوبة.

- مركبات ثلاثية الطبقات: نسيج + غشاء مقاوم للماء ومسامي + بطانة. يسمح التركيب المسامي الدقيق للغشاء بمرور جزيئات بخار الماء مع منع دخول الماء السائل.

(رابعاً) عوامل ما بعد المعالجة

1. معالجات الطلاء

يُعد الطلاء طريقة أساسية لتعديل نفاذية بخار الماء:

- طلاء البولي يوريثان: تعمل طبقات البولي يوريثان القياسية على سد مسام النسيج، مما يقلل بشكل كبير من نفاذية بخار الماء. ومع ذلك، يمكن لطبقات البولي يوريثان ذات المسام الدقيقة أو طبقات البولي يوريثان المحبة للماء الحفاظ على مستوى معين من نفاذية بخار الماء مع الحفاظ على خصائص مقاومة الماء.

- غشاء PTFE ذو المسام الدقيقة: يتميز بمسامية عالية للغاية وأحجام مسام صغيرة جدًا، مما يوفر معدلات عالية لنقل بخار الرطوبة ومقاومة لضغط الماء.

- الأغشية المحبة للماء غير المسامية: تستخدم هذه الأغشية آلية نقل الرطوبة "الامتصاص-الانتشار-التحرر" عبر مجموعات محبة للماء على السلاسل الجزيئية. ورغم أن نفاذيتها للرطوبة أقل قليلاً من نفاذية الأغشية المسامية الدقيقة، إلا أنها توفر مقاومة أفضل للغسيل.

2. مواد تشطيب طاردة للماء ومنفذة للرطوبة

- مركبات الفلوروكربون: تضفي هذه المركبات خصائص طاردة للماء والزيت على الأقمشة، ولكن لها تأثير سلبي معين على نفاذية الرطوبة.

- المركبات القائمة على السيليكون: تشكل طبقة قابلة للتنفس على سطح الألياف، مع تأثير ضئيل على نفاذية الرطوبة.

- معالجات تقنية النانو: مثل نانو-SiO₂ و TiO₂، والتي تضفي وظائف خاصة مع الحفاظ على المسامية.

3. تشطيبات ماصة للرطوبة

معالجة الأقمشة المصنوعة من الألياف الاصطناعية الكارهة للماء بمواد تشطيب محبة للماء (مثل المركبات القائمة على البولي إيثر أو البولي أكريليك):

- تشكل عوامل التشطيب طبقة محبة للماء على سطح الألياف، مما يحسن قابلية السطح للترطيب.

- يتم إنشاء تأثير امتصاص، ينقل العرق بسرعة من جانب الجلد إلى الطبقة الخارجية للتبخر.

- يمكن زيادة انتقال بخار الرطوبة بنسبة 20٪ - 40٪، مع الحفاظ على خصائص التجفيف السريع للألياف الاصطناعية.

(خامساً) العوامل البيئية

يتأثر كل من اختبار انتقال بخار الرطوبة والاستخدام الفعلي بشكل كبير بالظروف البيئية:

1. درجة الحرارة

- ارتفاع درجة الحرارة: تزداد الطاقة الحركية لجزيئات بخار الماء، مما يُسرّع عملية الانتشار؛ وفي الوقت نفسه، تتمدد الألياف بعد امتصاص الرطوبة، مما يُوسّع مسامها. ويزداد معدل انتقال بخار الماء بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة.

2. الرطوبة النسبية

- بيئة ذات رطوبة عالية: ينخفض تدرج تركيز بخار الماء على جانبي العينة، مما يقلل من قوة الدفع ويخفض معدل انتقال بخار الرطوبة.

- البيئات منخفضة الرطوبة: يكون فرق التركيز كبيرًا، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات انتقال بخار الرطوبة.

- الظروف متساوية الحرارة والرطوبة: عندما تكون درجة الحرارة والرطوبة على جانبي العينة متطابقة، يكون معدل انتقال بخار الرطوبة صفراً.

3. سرعة الرياح

- تؤدي زيادة سرعة الرياح إلى تسريع فقدان بخار الماء من سطح العينة، مما يحافظ على تدرج تركيز أعلى وبالتالي يزيد من معدل انتقال بخار الرطوبة.

- في الملابس الخارجية الفعلية، تعد سرعة الرياح متغيرًا رئيسيًا يؤثر على الراحة المتصورة.

رابعاً: موازنة نفاذية الرطوبة مع الوظائف الأخرى

1. نفاذية الرطوبة مقابل مقاومة الماء

التناقض: تتطلب مقاومة الماء مسامًا صغيرة للغاية أو مغلقة في النسيج، بينما تتطلب نفاذية الرطوبة مسامًا مفتوحة.

الحلول: تقنية الأغشية المسامية الدقيقة، والأغشية المحبة للماء غير المسامية، وتقنيات النسيج عالية الكثافة (مثل الأقمشة عالية الكثافة المصنوعة من ألياف فائقة النعومة).

2. نفاذية الرطوبة مقابل مقاومة الرياح

التناقض: تتطلب مقاومة الرياح بنية نسيج محكمة النسج، بينما تتطلب نفاذية الرطوبة مسامًا غير مسدودة.

الحلول: الهياكل المركبة متعددة الطبقات، وتقنية الأغشية، وإضافة طبقة من القماش المقاوم للرياح على الجانب الخارجي من الغشاء المنفذ للرطوبة.

3. نفاذية الرطوبة مقابل العزل الحراري

التناقض: يتطلب العزل الحراري طبقة من الهواء الساكن (بنية فضفاضة)، لكن السماكة المفرطة تقلل من نفاذية الرطوبة.

الحلول: الألياف المجوفة، والهياكل المحبوكة ثلاثية الأبعاد، ومواد تغيير الطور لتنظيم درجة الحرارة.

خاتمة

إن نفاذية بخار الرطوبة في الأقمشة هي نظام معقد يشمل عوامل متعددة متفاعلة، تمتد عبر تخصصات مثل علم الألياف، وهندسة النسيج، ومواد البوليمر، وانتقال الحرارة والرطوبة.

يوفر برنامج UTSTESTER دقة عالية معدات اختبار نفاذية بخار الماء إذا واجهت أي مشاكل أثناء اختبار نفاذية بخار الرطوبة، فلا تتردد في الاتصال بفريقنا الفني في أي وقت.

بريد إلكتروني: hello@utstesters.com

مباشر: +8615260605085

الهاتف: +86-596-7686689

الموقع الإلكتروني: www.uttesters.com