几种材料的研究(下)

GORE-TEX 和 E-Vent 的野史

参看此文

说到 GORE-TEX 的发明,就离不开那层重要的膜,透气但不透水。从 1970 年代发明到现在,GORE-TEX 已经成为高端户外用品里面的代名词,我入行较浅也很早就被其防水透气的特性折服,不算死忠但是也是粉丝一枚。很多人其实比较在意 GORE-TEX 现在的地位对其他的产品带来的伤害,比如 E-Vent,从材料上来说 E-Vent 被认为具有更好的“通气性”。我们这里用透气对应英文中的 breathability 而通气对应 permeability(to pass or spread through)。如此文字游戏大约也是做市场十分常见的一种说法。E-Vent 大约出现了 10 多年,其防水性能和 GORE-TEX 相当,但是其膜的结构比较松散,有利于气流通过,这很多时候被认为:更加“透气”,同时也被认为更容易损失热量。

市场上一个常见的认知是 water proof 比 wind proof 牛逼,如果都不是 windproof 的怎么可能做成 water proof 的呢?这就成为了 E-Vent 一个重要的 marketing 难处,因为 GORE-TEX 神一样的存在导致了市场过于看重 water proof,E-Vent 并不想在这一部分示弱但是希望强调自己透气的优点,这就很难被市场所接受。同时 E-Vent 还有一些自身的弱点:成本高,难清洗,必须保持清洁才能发挥效果,而给予的好处诸如透气性已经完全不是 GORE-TEX 的弱点,相反倒是 GORE-TEX 宣传自己的长项,这样一来市场效应就不会那么热烈。

同时制衣公司在生产 GORE-TEX 材料的产品时需要 GORE-TEX 的 license,这是一笔不小的开销,很少有公司在花了大价钱搞定了 GORE-TEX 之后再去找一家竞争公司而不担心自己 license 被吊销的。历史上,E-Vent 出现过几次没有按时 deliver 产品的情况,这也降低了制衣公司对其信任的程度。这些原因一起造成了市面上 GORE-TEX 材料的产品远远多于 E-Vent。

我们继续讨论一些技术细节:GORE-TEX 神奇的膜称为 ePTFE,其上通过一层 PU(聚氨酯,polyurethane)加固抵御 fouling problem(面对油脂侵蚀破坏 ePTFE 的防水性能),但是 PU 本身是亲水,但是并没有孔状结构,并不允许水通过,PU 上来之后透气性就会被损失掉,那么为什么 GORE-TEX 还号称透气呢?事实上,这层 PU 非常薄,以至于亲水特性的 PU 允许蒸汽分子从内层结合后能从另一侧出去,但是这样一个扩散过程需要能量!

这个扩散需要能量意味着当存在着势能差异(concentration gradient)的时候,蒸汽的移动是导致整体能量降低的,而如果没有差异,扩散就不会发生。幸运的是衣服一侧是散热出汽的身体,另一侧往往是温度和湿度都偏低的户外环境,因此自然地扩散场会将内部的湿气推向外部。不过这也造成了一个有意思的延迟:穿 GORE-TEX 运动起来往往前一段时间并不散发内部的湿气,等到体温上升,湿气增大大一定程度,有了足够的能量之后,蒸汽就被慢慢的排出体内;等到运动停止以后,体温下降,还会存留一定的蒸汽在内部。这也是为什么我们一直强调 GORE-TEX 是 breathable 但不是 air permeable 的原因。对应于 E-Vent,由于气体本身可以直接穿过,导致湿汽排出的更重要原因则成为了对流本身,而不完全是存在的扩散场。一个简单的推论就是 GORE-TEX 适合在干冷的环境下穿。

GORE-TEX 材料,这里的 protection layer 就是非常薄的 PU。

E-Vent 并没有像 GORE-TEX 使用 PU 来加强防水透气膜本身,它使用了一种厌油的涂层来抵御油脂性物质的腐蚀。因此不存在 PU 损失通气性的情况。所以如果你看过上一篇的气泡实验,E-Vent 可以很容易让气流通过材料,这样也就说明了 E-Vent 很多情况下并不是那么 wind proof 但仍然是 water proof 的原因。

上一篇我们介绍了衡量防水性和透气性的两个量化指标,但是我们也提到了其他因素对这些看似简单数值的影响。防水本身是一个很有意思的事情,因为虽说 GORE-TEX 可以号称抵御 40 PSI 但实际上雨水造成的影响很可能只有 ~2PSI,即便考虑到别的因素的影响,很可能有个 ~20PSI 就能很好的在不少环境下工作了。又比如说透气性我们提到了 DWR 对其的重要影响,一旦外套被浸润,内层的膜再牛逼也没有什么用,但是 DWR 本身又不是一个 permanent 的东西,这意味着需要通过长期的维护才能使一件号称三防的衣服真正的三防。同时每家公司给出这些数值的时候测试的环境不尽相同,这意味着这些数据本身其实是无法互相比较的(也许每一家自己可以和自己比?)。

另外一个比较有意思的材料是 Paramo,这据说也是一种很神奇的面料,它不依靠对湿气的处理而产生效果,反而是将湿气转换到水,然后通过单向的水传导把水排出衣物。

Soft shell 的材料

参看这里

Soft shell 本身出现并不奇怪,奇怪的是这几年 marketing 上不遗余力的吹捧,主要着力点也都是针对传统 GORE-TEX 来的,air permeability 和 hard shell 的噪声。这样一来能够 tradeoff 的自然就是 wind proof、water proof 本身了。出现这种情况的主要原因也是 hard shell 材料上 GORE-TEX 一家独大,没得什么可以玩了,最后只得换个坑灌水。

不过这个坑 GORE-TEX 的确也只能睁一只眼闭一只眼:GORE-TEX 的信条是 guarantee to keep you dry,marketing 上也是防水为尊,最后使用 PU 意味着 air permeability 的丧失。但这并不意味 GORE-TEX 并不想染指这个方向, GORE-TEX Active 和 GORE-TEX Pro 就是这方面的尝试:

  • active 本身是依靠去掉外层 PU,内层 PU 高温夹紧后减少扩散的障碍实现的,与早期 PacLite 相比增强了寿命
  • pro 的构造略微有一点不同,它是两层比较弱的 ePTFE 夹一层比较密的 ePTFE 实现的,生成提高了 18% 的 breathability,尽管 GORE-TEX 并没有用 permeable 这个词来营销,但是其效果得到了很多人的认可

这一拨提倡 soft shell 的同志一个主要的 disruptive slogan 就是 air permeable,很显然这会导致 windproof 的一定程度的损失,但是对于主体来说可以忽略不计了。不过另一方面 water proof 一般是不会损失的。

当然新市场自然就有新的生力军的出现。Polartec 就是其中一家,它家成名作大概是 fleece(抓绒),而赶在 soft shell 这一拨上它家推出了 Neoshell、Power Shield Pro。Mountain Hardware 的 Dry.Q 和 Marmot 的 Nano Pro 都是可圈可点的产品。

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And it came to pass in the morning that his spirit was troubled; and he sent and called for all the magicians of Egypt, and all the wise men thereof:and Pharaoh told them his dream; but there was none that could interpret them unto Pharaoh

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