خصائص غشاء TPU المقاومة للماء والنفاذة للرطوبة

الوظيفة الأساسية لـغشاء البولي يوريثان الحراري (TPU)يكمن سرها في خصائصها الاستثنائية المقاومة للماء والنفاذة للرطوبة - فهي قادرة على منع الماء السائل من الاختراق مع السماح لجزيئات بخار الماء (العرق) بالمرور.

1. مؤشرات الأداء والمعايير

1. مقاومة الماء (مقاومة الضغط الهيدروستاتيكي):
   • المؤشر: يقيس قدرة الغشاء على مقاومة ضغط الماء الخارجي، ويُقاس بالكيلوباسكال (kPa) أو بوحدة ملليمتر من عمود الماء (mmH₂O). تشير القيمة الأعلى إلى أداء أفضل في مقاومة الماء. على سبيل المثال، قد تتطلب الملابس الخارجية العادية مقاومة ≥13 كيلوباسكال، بينما قد تتطلب المعدات الاحترافية مقاومة ≥50 كيلوباسكال.
   • معيار الاختبار: يُجرى الاختبار عادةً باستخدام معيار ISO 811 أو ASTM D751 (طريقة قوة الانفجار). يتضمن ذلك زيادة ضغط الماء بشكل مستمر على أحد جانبي الغشاء حتى تظهر قطرات الماء على الجانب الآخر، مع تسجيل قيمة الضغط عند تلك النقطة.
2. نفاذية الرطوبة (انتقال البخار):
   • المؤشر: يقيس كتلة بخار الماء المار عبر وحدة مساحة من الغشاء في وحدة الزمن، ويُعبر عنه بالجرام لكل متر مربع في 24 ساعة (جم/م²/24 ساعة). تشير القيمة الأعلى إلى تهوية أفضل وتبديد أفضل للعرق. عادةً، تُعتبر القيمة التي تتجاوز 5000 جم/م²/24 ساعة مؤشرًا على تهوية عالية.
   • معيار الاختبار: توجد طريقتان رئيسيتان:
     • طريقة الكوب العمودي (طريقة المجفف): على سبيل المثال، ASTM E96 BW. يُوضع المجفف في كوب، ويُغلق بغشاء، ثم تُقاس كمية بخار الماء الممتص في ظل ظروف محددة من درجة الحرارة والرطوبة. وتكون النتائج أقرب إلى ظروف التآكل الفعلية.
     • طريقة الكوب المقلوب (طريقة الماء): على سبيل المثال، المواصفة القياسية الدولية ISO 15496. يُوضع الماء في كوب، ثم يُقلب ويُغلق بغشاء بلاستيكي، ويُقاس مقدار بخار الماء المتبخر عبر الغشاء. هذه الطريقة أسرع وتُستخدم غالبًا في مراقبة الجودة.

2. مبدأ العمل

خصائص مقاومة الماء ونفاذية الرطوبة لـغشاء TPUلا يتم تحقيق ذلك من خلال المسام الفيزيائية، بل يعتمد على عمل أجزاء السلسلة المحبة للماء على المستوى الجزيئي:

• مقاوم للماء: الغشاء نفسه كثيف وخالٍ من المسام؛ لا يمكن للماء السائل أن يمر من خلاله بسبب التوتر السطحي والتركيب الجزيئي للغشاء.
• نفاذ للرطوبة: يحتوي البوليمر على مجموعات محبة للماء (مثل -NHCOO-). تعمل هذه المجموعات على "التقاط" جزيئات بخار الماء المتبخرة من الجلد من الداخل. ثم، من خلال "حركة أجزاء" سلاسل البوليمر، تنتقل جزيئات الماء تدريجيًا من الداخل إلى البيئة الخارجية.

3. أساليب الاختبار

1. جهاز اختبار الضغط الهيدروستاتيكي: يستخدم لقياس ضغط الحد المقاوم للماء للغشاء أو القماش بدقة.
2. كوب نفاذية الرطوبة: يستخدم داخل غرفة ذات درجة حرارة ورطوبة ثابتة لقياس معدل انتقال بخار الرطوبة (MVTR) باستخدام طريقة الكوب المنتصب أو المقلوب.

4. التطبيقات

بالاستفادة من هذه الخصائص،غشاء TPUوهو الخيار المفضل للعديد من التطبيقات المتطورة:

• الملابس الخارجية: عنصر أساسي في السترات المقاومة للماء، وملابس التزلج، وسراويل المشي لمسافات طويلة، مما يضمن الجفاف والراحة لعشاق الهواء الطلق في الرياح والأمطار.
• الحماية الطبية: تستخدم في أردية العمليات الجراحية والملابس الواقية لمنع دخول الدم وسوائل الجسم (مقاومة للماء) مع السماح للعرق الناتج عن الطاقم الطبي بالخروج، مما يقلل من الإجهاد الحراري.
• ملابس مكافحة الحرائق والتدريب العسكري: توفر الحماية في البيئات القاسية، وتتطلب مقاومة للحريق والماء والمواد الكيميائية، إلى جانب تهوية عالية للحفاظ على الحركة والأداء.
• مواد الأحذية: تستخدم كبطانات جوارب مقاومة للماء (جوارب طويلة) للحفاظ على جفاف القدمين في الظروف الممطرة مع منع تراكم الحرارة والرطوبة الداخلية.

باختصار، من خلال بنيته الفيزيائية والكيميائية الفريدة، يوازن غشاء TPU بمهارة بين الاحتياجات المتناقضة ظاهريًا لـ "مقاومة الماء" و "التهوية"، مما يجعله مادة أساسية لا غنى عنها في مجال المنسوجات عالية الأداء.