Водостойкость

Водостойкость и водонепроницаемость. В чём разница?

При описании тканей, использующихся в аутдор-снаряжении, часто используются два близких по значению термина — «водонепроницаемость» и «водостойкость». Ими обозначают в какой степени тот или иной текстиль сопротивляется намоканию и проникновению влаги.

Где же проходит грань между «водостойкими» и «водонепроницаемыми» материалами?

В теории её нет — под определённым давлением вода может либо просочиться сквозь материал, либо разрезать его. Поэтому технически все ткани можно считать «водостойкими» лишь до определённого предела. Более того, в промышленности под термином «водостойкость» часто подразумевают устойчивость материала к его разрушению/размягчению водой.

Поэтому для характеристики свойств своей продукции производители функциональных тканей используют понятия «водостойкость» (в англ. «water-resistance») и «водонепроницаемость» (в англ. waterproof) в их «бытовом» значении, подразумевая способность текстиля не пропускать сквозь себя воду или не промокать при определённых условиях.

«водостойкость» (в англ. water-resistance)

«водонепроницаемость» (в англ. waterproofness)

«водоотталкивающий» (в англ. water-repellency)

Иногда в качестве синонима к слову water-resistance производители используют термин «water-repellency» («водоотталкивающий»).

Так, водостойкими называют материалы, которые способны задерживать влагу из внешней среды лишь при определённых условиях и сравнительно непродолжительное время.

Водостойкость ткани чаще всего достигается за счёт нанесения на её поверхность слоя гидрофобного полимера на тефлоновой или силиконовой основе. Он создаёт высокое поверхностное натяжение, заставляющее воду собираться в капли и скатываться с материала, не пропитывая его.

Если давление воды не превышает некоторых пределов и полимер пропитки лежит на текстиле ровным неповреждённым слоем, то вода собирается в капли и скатывается с материала.

Но стоит давлению воды увеличиться, как она найдёт «лазейку» между цепочками полимера и пропитает ткань. Тоже самое произойдёт, если слой пропитки будет повреждён или ляжет неравномерно.

Непроницаемой для воды ткань делают двумя способами:

• На неё наносят один или несколько слоёв не впитывающего воду полимера — ПВХ, силикона или полиуретана. Такой подход, как правило, используется для придания водонепроницаемых свойств нашей экипировке — тентам, рюкзакам, гермомешкам, так как от них не требуется интенсивный отвод испаренной влаги. Чем больше слоёв полимера будет нанесено на ткань, тем выше будет её водостойкость и вес.

Силиконизированная поверхность тента палатки Nordisk Halland 2 LW

• Ткань соединяют с мембраной, непроницаемой для воды в её жидкой форме, но способной пропускать через себя её пары. Благодаря «дышащим» свойствам (паропроницаемости) получающегося материала, такая практика используется для создания тканей, применяющихся при пошиве штормовой одежды для активного отдыха и спорта. Технологии создания самой мембранной плёнки и способы её соединения с лицевой тканью могут повлиять на её конечную водостойкость, которая может отличаться в широких пределах.

Промо-видеоролик компании Gore-Tex, иллюстрирующий водонепроницаемые и «дышащие» свойства мембран

Как определяется водостойкость материала

Для определения степени водостойкости материала в мировой практике используются данные так называемого «гидростатического теста» (JIS 1092 метод A; тест AATCC метод 127). В соответствии с ним образцы ткани стирают 10 раз, чтобы приблизить их к реальным условиям эксплуатации.

Затем на площади в 1 см² с помощью специального аппарата создают давление эквивалентное давлению водяного столба определённой высоты, которая измеряется в миллиметрах.

Альтернативной единицей измерения является psi — давление в фунтах на квадратный дюйм площади (1 psi = 704 мм водного столба).

Описанный тест не является единственной методикой и имеет некоторые вариации — так, давление воды может нагнетаться быстро или постепенно, а ткань может тестироваться не только после стирки, но и новой. Например, по российскому ГОСТу Р 51553-99 тестируемые образцы не только не подвергаются какому-либо износу, но и не рекомендуется использование образцов текстиля, имеющего заломы и потёртости.

Устройство для проведения гидростатического теста

Какой материал можно считать «водонепроницаемым»?

Несмотря на то, что вариантов гидростатического теста немного и все они дают почти идентичные результаты для одинаковых тестируемых образцов, производители тканей и одежды расходятся во мнении, какой из цифровых показателей позволяют назвать материал «водонепроницаемым» в его «бытовом» понимании.

Можно увидеть множество приводимых цифр. Так, лаборатория качества REI , основываясь на своих тестах, считает, что водонепроницаемыми можно считать ткани способные выдержать давление в 2 112 мм водяного столба. Европейский стандарт EN-343 предлагает ещё более скромную цифру — 1 300 мм, правда после того как образец ткани подвергся 5 циклам стирки и химической чистке. По данным всё тех же REI, в американских военных ведомствах действует сразу несколько стандартов и определений того, какую ткань считать непроницаемой для воды. Причём заявляемые значения будут отличаться для одежды, палаток и рюкзаков. Свою лепту в эту разноголосицу мнений вносят производители мембранных тканей — здесь порог «водонепроницаемости» варьируется от 10 000 до 23 000 мм.

Проблему усугубляет тот факт, что сегодня не существует достоверных исследований, которые бы определяли с каким давлением воды сталкивается человек, попавший в ненастную погоду. Периодически в Сети можно встретить упоминания, что дождь с ураганным ветром создаёт давление воды максимум в 7 040 мм.

Или, что в некоторых условиях человек может создать избыточное для ткани давление — например, когда турист весом 75 кг встаёт на одно колено развивается давление около 11 000 мм, а когда сидит создаётся давление около 6 000 мм.

Эти цифры, увы, не подкреплены методиками расчётов, экспериментальными испытаниями и ссылками на источники, заслуживающими доверия.

Тем не менее в производстве непромокаемой одежды и снаряжения для спорта и активного отдыха всё же сложились своеобразные внутренние стандарты, исходя из данных, полученных при лабораторных и натурных испытаниях.

«Водонепроницаемость» мембран

Для мембранных тканей планка минимального значения водостойкости для получения статуса «водонепроницаемых» на практике составляет около 10 000 мм водяного столба.

Такой материал способен выдержать продолжительный дождь любой силы, мокрый и сухой снег, повышенную влажность и туман. В эту цифру даже заложена некая перестраховка на неизбежный износ материала.

Как видно из нашей таблицы такой показатель водостойкости характерен для многих использующихся в индустрии мембран, как бюджетного, так и топового класса — Texapore, NanoPro, Shelter Neo+, Neoshell.

Увы, но получить чёткий ответ на этот вопрос не удаётся. По всей видимости особенности производственного процесса и сырья для таких мембран просто не позволяют сделать материал менее водостойким.

Тем не менее, для пользователей это несёт определённые плюсы. Мембраны с водостойкостью, превышающей 20К дают серьёзные гарантии отсутствия протечек при абсолютно любой форме осадков в рамках долгосрочной эксплуатации.

При условии, что используемый материал будет сохранять механическую целостность.

«Водонепроницаемость» тканей с полимерными покрытиями

Из-за отсутствия выраженных «дышащих» свойств, эти материалы почти не применяются при пошиве одежды для спорта и активного отдыха — исключение составляют различные накидки, пончо и плащи. Зато они активно используются при производстве палаток, рюкзаков, гермоупаковки и прочей экипировки, от которой требуется та или иная степень защиты от осадков.

В сравнении с водонепроницаемыми мембранными тканями, в этой группе материалов показатели водостойкости заметно скромнее и редко переваливают за 10 000 мм.

В то же время они успешно защищают нас и нашу экипировку от осадков самой разной силы и продолжительности.

Пожалуй, для этой группы тканей упомянутое лабораторией REI значение 2 112 мм водяного столба будет пороговым для того, чтобы считать материал «водонепроницаемым».

Кто-то удивится, как тент палатки с водостойкостью 1 300 мм выдерживает тропический ливень? Как правило, столь скромные цифры встречаются на изделиях от американских компаний-производителей палаток и укрытий.

В рамках их стандартов принято указывать значения водостойкости, которые достигаются после 200 дней эксплуатации изделия в полевых условиях (из расчёта по 40 дней в течение 5 лет).

При этом тенты палаток хорошо растянуты и не подвергается дополнительному давлению от тела пользователя или лямок и пояса рюкзака.

Какая водостойкость нужна мне?

Как правило таким вопросом задаются пользователи, которые приобретают штормовую одежду. Исходя из опубликованных показателей водостойкости и реальной практики применения, применяемые сегодня мембранные материалы можно разделить на три категории:

• До 10 000 мм — материалы, которые могут вполне сносно защищать своих владельцев от лёгких и непродолжительных осадков, «сухого» снега. Действительно «водонепроницаемыми» такие вещи назвать нельзя. Как правило такой водостойкостью обладает одежда SoftShell и наиболее бюджетная мембранная одежда.
• От 10 000 до 20 000 мм — широкая группа мембранных тканей самого разного уровня — от бюджетных, до топ-класса. Пошитая из них штормовая одежда способна уверенно противостоять затяжным дождям и мокрому снегу в сочетании с ураганным ветром.
• От 20 000 мм — мембранные материалы дающие абсолютную защиту от осадков в любой форме и гарантирующие сохранение водостойких свойств в долгосрочной перспективе.

Описанная нами разноголосица в оценках водостойкости тканей приводит сегодня к тому, что многие производители отказываются от публикации конкретных цифр и данных, дабы избежать некорректных сравнений. Нередко они просто гарантируют водонепроницаемость производимого ими материала или вещи в условиях, для которых разрабатывается изделие, не ссылаясь на данные тестирования.

Гнаться при выборе штормовой одежды за особо высокими показателями водостойкости определённо не стоит. Подавляющее большинство используемых в наши дни мембранных материалов, порой даже бюджетного класса, обеспечивают высокую водостойкость «с запасом». Куда важнее их «дышащие» свойства, а также крой готовой одежды, применяемая в ней лицевая ткань, фурнитура и пр.

Также, важно помнить, что изделие становится водонепроницаемым не только благодаря применяемым материалам. На это влияют качество герметизации швов, используемые водоотталкивающие пропитки на лицевой стороне материала и даже особенности кроя.

В материале использованы находящиеся в открытом доступе данные лабораторных исследований компаний REI, MSR и W.L. Gore, а также спецификации по тестовым методикам различных стандартов качества.

Водостойкость и пористость материалов

Водостойкость – способность материала сохранять прочность при насыщении водой. У одних материалов (например, у цементного бетона) прочность при насыщении водой увеличивается, у других (например, у гипсовых материалов) – резко снижается.

Показателем водостойкости является коэффициент размягчения Кразм, который определяется как отношение предела прочности (при сжатии) материала в насыщенном водой состоянии Rcx к пределу прочности сухого материала Rсж: Кразм = R‘сж / Rсж

Значения коэффициента размягчения для различных материалов находятся в интервале от 0 (необожженные глиняные материалы) до 1 (стекло, металлы, битум, фарфор). Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким. Водостойкими, например являются кварцит, гранит, мрамор и др.

Пористость

Пористость П – степень заполнения объема материала порами. Определяется по формуле П = (1 – γ/ρ)· 100 %; где γ – средняя плотность материала, кг/м3; ρ – истинная плотность материала, кг/м3.

Для сыпучих материалов вычисляется межзерновая пористость (пустотность). Она определяется по этой же формуле, только для расчета вместо истинной плотности берут среднюю плотность, или насыпную среднюю плотность.

В объеме материала могут одновременно находиться поры и пустоты. Поры (от греческого порос – выход, отверстие) – это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой, пустоты – более крупные ячейки и полости между кусками рыхло насыпанного материала, заполненные воздухом.

Примерные значения пористости, %, для некоторых строительных материалов приведены ниже:

металлы и стекло    0

кварцит   До 1

мрамор    0,8—3,0

гранит     1—3

бетон      5—10

кирпич    25—35

туф вулканический 20—60

древесина      50—75

Пористость – физическое свойство, используемое при косвенной оценке водо- поглощения горных пород, их долговечности и т. п. Пористость вычисляют по известным значениям средней и истинной плотности.

Водопоглощение

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Оно, как правило, не характеризует истинную пористость материала, так как часть пор оказывается недоступной для воды, а в заполненных водой порах частично остается воздух. Водопоглощение определяют по массе Bмас или объему Воб в процентах.

Водопоглощение Bмас равно отношению массы воды, поглощенной образцом при насыщении, к массе сухого образца: Bмас = [(m1 – m) / m] • 100 %, где m – масса сухого образца, кг; m1 – масса насыщенного водой образца, кг.

Водопоглощение Воб равно отношению массы воды, поглощенной образцом при насыщении, к объему образца: Воб = [(m1 – m) / V] • 100 %

Для перехода Bмас к Воб пользуются фор мулой Воб = Vмас γ, которая выводится из уравнения Воб / Вмас = (m1 – m) / V: (m1 – m) / m = m / V = γ.

Увлажнение и насыщение строительных материалов водой, как правило, отрицательно влияет на их основные свойства – увеличивает среднюю плотность, тепло- и электропроводность, снижает прочность. Водопоглощение зависит от количества и характера пор. Примерные значения водопоглощения, %, для различных материалов приведены ниже:

кварцит     0,17

гранит       0,09—0,65

мрамор     0,05—0,3

керамическая плитка для полов  1—4

бетон        2—3

кирпич      8—20

Водопоглощение – важное физическое свойство камня, которым пользуются при ориентировочной оценке его долговечности.

Так, например, если указанный параметр у породы не превышает 0,5 %, ее не испытывают на морозостойкость, полагая, что порода имеет вполне достаточную долговечность (в стандартах на блоки и на камни бортовые).

Определение водопоглощения горной породы производят на пяти образцах – кубиках с размером ребра 40—50 мм или цилиндрах с диаметром и высотой 40—50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли и высушивают до постоянной массы.

После полного остывания образцов на воздухе их взвешивают на настольных или циферблатных весах, укладывают в сосуд с водой комнатной температуры в один ряд (уровень воды в сосуде должен быть на 20—100 мм выше верхней грани образцов) и выдерживают в течение 48 ч.

Далее образцы вынимают из сосуда,- вытирают досуха мягкой тканью и поштучно взвешивают. При этом массу воды, вытекшей из пор образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение горной породы вычисляют как среднее арифметическое результатов определения водопоглощения пяти образцов. Значения этого показателя для наиболее распространенных видов облицовочного камня СНГ даны в приложении.

Влажность

Влажность – количество содержащейся в материале влаги, отнесенное к массе материала в сухом состоянии. Влажность W вычисляют по формуле W = [(m1 – m) / m] • 100 % (здесь m – масса сухого образца, кг; m1
– масса влажного образца, кг).

Влажность учитывают при транспортировке, хранении и приемке материалов по массе. Она влияет на теплопроводность, устойчивость к гниению и некоторые другие свойства материалов.

Водопроницаемость

Водопроницаемость – свойства материала пропускать воду под давлением. Это одна из главных эксплуатационных характеристик кровельных и гидроизоляционных материалов, брезентов, кожи, Величина водопроницаемости определяется количеством воды (мл), которое пропускает материал в единицу времени (ч) через площадь (1 см2) при постоянном давлении.

Обратным свойством – водонепроницаемостью – характеризуются     особо плотные материалы (например, сталь, стекло, битум) и плотные материалы с замкнутыми порами (например, бетон специально подобранного состава).