방수/투습원단(waterproof / breathable fabric)은 가공을 어떻게 하느냐, 즉 film membrane을 어떻게
부착하느냐, 코팅을 하느냐에 따라 결과치가 많이 달라집니다
1. Expanded PTFE Membrane (hydrophobic microporous)
1969년 탄생한 Gore 의 membrane은 기본이 방수이지만 이를 통해서 수증기는 빠져나가도록(water vapor to pass
through) 한 것입니다.
사실 이러한 membrane에 대해서 잘못 이해하고 있는 것이 membrane안의 기공이 큰 물입자는 들여보내지 않고 수증기는는 그
입자가 작아서 빠져나간다는 것입니다.
그러나 수증기가 빠져나가는 것은 멤브레인안에 있는 수많은 미세다공이 아닌 필라멘트와 필라멘트간에 형성된 작은 공간을 통해서 빠져나가는
것입니다.
아래 PTFE 멤브레인 확대 현미경 사진에서 각각의 필라멘트간에 형성된 공간이 바로 수증기가 빠져나가는 길이 되는 것입니다.
PTFE membrane은 표면에 소수성(hydorphobic)이나 엄청센 발수(water repellent)기능을 가지고
있습니다.
이 멤브레인은 표면장력을 최대한 낮춰서 물이 새어들어오지 못하는 역할을 하는데, 여기에서 표면장력이란 것이 물입자가 서로 뭉쳐서 커지는
힘으로, 표면장력이 낮다는 것은 물입자가 또로롱 굴러다니게 만들어서 서로 뭉쳐져서 커질수 없게 만드는 것입니다.물입자가 뭉쳐지지 못하고 따로
따로 놀게 되면 당연히 MICROPOROUS 구멍안으로 물이 못들어오게 됩니다. 그러나 문제는 수많은 공기구멍들이 벌집처럼 형성되어 있다보니 그
구멍들이 찢어지거나 해서 샐수도 있고, 또한 PU COATING 이란 것이 기본적으로 물응집력이 크기 때문에 오래 입다 보면 내수압이 떨어지고,
특히 세탁이 반복되면 내수압이 떨어져 발생하는 문제가 심각해집니다.
초창기 GORE TEX는 발수는 탁월했지만, MAIN 원단의 BACK CLOTH보강없이는 그다지 내구성이 좋지가 못했습니다.
2. Expanded PTFE + PU(hydrophilic monolithic)
PTFE의 표면을 보호하기 위해 PU 타입의 멤브레인을 추가로 덧붙인 것이 Expanded PTFE + PU(hydrophilic
monolithic) 멤브레인입니다.
원래 PU membrane 은 액체상태든 기체상태든 물입자가 멤브레인을 통과하지 못하도록 하는 소수성(hydrophobic)을 갖고
있습니다. 따라서 여기에서는 PU MEMBRANE을 물을 빨아들일수 있도록 친수성(hydrophilic)을 갖도록 변형시킨 것입니다.
기본적으로 물과 친하지 않는 소수성을 가진 HYDROPHOBIC 형태의 미세한 기공들로 둘러싸인 PTFE MEMBRANE에 친수성이
있는 PU MEMBRANE을 아주 얇게 덮은 것입니다
GORE TEX의 트릭(?)이라고 할수 있는 이것은 PU 부분이 물을 빨아당기는 친수성 HYDROPHILIC 성격을 갖게됨에 따라 PU
MEMBRANE파트를 통해 수분이 빨아들여지고, 일단 멤브레인표면에 닿게 되는 물분자는 하나하나 PU MEMBRANE의 겉면쪽으로 타 올라가도록
한 것입니다.
PU membrane은 피부에 가장 가까이 위치하게 됩니다. 그렇기때문에 일단 물(땀?수분?)이 PU membrane표면에 닿기만 하면
각각의 물입자들이 위로 발산(diffusion)됩니다.
단어 자체의 뜻이 발산이나 확산이라고 부르는 diffusion은 '밀도 차이나 농도 차이에 의해 물질을 이루고 있는 입자들이
농도(밀도)가 높은 쪽에서 농도(밀도)가 낮은 쪽으로 액체나 기체 속으로 분자가 퍼져 나가는 현상'([네이버 지식백과])
을 말합니다. 즉 멤브레인 안쪽면의 높은 밀도로 응집되어 있는 수증기가 pu를 통해서 원단 겉면에 낮은 밀도로 모여있는
물입자쪽으로 이동하게 되는 것입니다.
일단 물입자가 PTFE에 도달하게 되면, PTFE멤브레인을 통해서 기체형태로 이동됩니다.
이러한 PTFE-PU MEMBRANE을 hydrophilic monolithic membrane이라고 부릅니다.
PTFE-PU 멤브레인은 거칠거칠한 PTFE표면에 얇은 PU를 잘 부착시켜야 물이 새지않게 됩니다.
일반 PTFE와 PTFE-PU의 가장 뚜렷한 차이는 일반 PTFE보다 PTFE-PU에서 물입자의 이동이 천천히 이뤄진다는 점입니다.
이는 물론 멤브레인의 두께에 많이 좌우되는데, 얇으면 얇을수록 수분의 확산은 빨라지게됩니다. 그렇지만 멤브레인을 무조건 얇게만 할수는 없습니다.
멤브레인의 쉽게 손상되는 취약성 보강을 위해서 PU membrane의 안쪽면에 polyester tricot조직의 메쉬를 한겹 씌운 것이
3-layer fabric이고, 이런 부착형태는 아무래도 일반 멤브레인부착 원단보다 구조적으로 두껍고 무거워질수밖에 없기때문에 gore-tex의
경우 지극히 얇은 PU membrane을 부착, Gore-Tex XCR ® 이 나오게 되었습니다.
Gore-Tex XCR은 back cloth mesh를 20D를 사용합니다. 반면에 이보다 절반 이상 가벼운 중량으로 원단이 나오게 된
것이 Gore-Tex Pro shell입니다. Proshell은 micro grid baker 15D를 사용합니다.
아래 사진의 좌측이 Proshell 오른쪾이 XCR입니다.
Proshell에 사용된 메쉬를 현미경으로 살펴보면 아래와 같습니다.
상당히 성기게 나왔습니다. 사실상 mesh라고 하지만 모양은 woven 직기에서 제직되는 원단입니다.
XCR에 사용된 메쉬는 아래 사진과 같습니다.
3. PU-only membrane(hydrophilic monolithic)
투습과 방수만 고려한다면 굳이 PTFE 를 한겹 바를 필요가 없습니다.
위에서도 언급했지만 습기를 이동, 발산시키는 것은 PU membrane층이 담당하기 때문입니다.
나일론위에 PU 를 라미네이팅하게 되면 PTFE에 PU 를 라미네이팅한 것보다 무려 3배나 두꺼워지게 됩니다.
멤브레인이 앏으면 얇을수록 물입자는 더 신속하게 멤브레인을 빠져나가게 되기 때문에 PU부착원단의 두께가 두껍다는 것은 바람직한 것은
아닙니다.
PU만 사용한 원단은 PTFE-PU 멤브레인 원단에 비해 멤브레인두께, PU가 라미네이팅되는 겉감원단, PU 멤브레인의 표면등 많은
차이가 있습니다.
PU 멤브레인의 구조는 PTFE-PU 멤브레인구조보다 내구성이 좋아 PTFE_PU멤브레인 제품처럼 mesh를 덧댄 3-layer원단을
굳이 만들 필요가 없습니다.
PU membrane구조 제품은 2-layer만으로도 훨씬 싸고 부드럽고 가벼운 제품이 될 수 있는 것입니다.
4. Expanded PTFE-oleophobic properties(eVent ®)
PTFE 멤브레인은 발유성(oleophobic)을 가미할 수 있습니다. 아무래도 기름때같은 오염으로 부터 원단을 보호하려면 발유성
처리는 고려해볼 만한 것입니다.
원단 보호성격에 PU를 덧댄다고들 하지만, 물입자의 이동속도를 더디게 만드는데 일조하는
PU membrane이 없다면 물입자는 훨씬 빨리 이동하게 될 것입니다.
이런 이론에 근거해서 만들어진 것이 eVent사의 멤브레인입니다.
eVENT의 경우는 기본적으로 microporous PTFE membrane입니다.
그래서 eVent사의 멤브레인은 투습/방수분야에서 탁월한 성능을 보입니다.
eVent사의 멤브레인도 결점은 많습니다.
멤브레인이 지나치게 예민하다 보니 보호층을 라미네이팅해주지 않으면 안되고 그러다 보니 중량이 증가되는 결과가 초래되기
때문입니다.
이 멤브레인은 표면장력을 최대한 낮춰서 물이 새어들어오지 못하는 역할을 하는데, 여기에서 표면장력이란 것이 물입자가 서로 뭉쳐서 커지는
힘으로, 표면장력이 낮다는 것이 물입자가 뭉쳐져서 커질수 없으니 당연히 MICROPOROUS 구멍안으로 물이 못들어오도록 만드는 것입니다.
그러나 문제는 위 사진에서 볼수있듯이 수많은 공기구멍들이 벌집처럼 형성되어 있다보니 그 구멍들이 찢어지거나 해서 샐수도 있기 때문에 오래 입다
보면 내수압이 떨어지고, 특히 세탁이 반복되면 내수압문제가 심각해집니다.
그러나 뭐니뭐니해도 PU만 부착한 제품에 비해서 가장 큰 취약점은 아무래도 가격 문제일 것입니다.
5. Microporous polyproplylene Laminate(3M Propore)
eVent 에 버금가는 투습도를 가지면서도 상,하 rainsuit의 가격이 $30선에 불과한 저렴이 상품으로 대표적인 것이 3M의
Propre입니다.
구조는 microporous PP membrane을 부직포(nonwoven PP fabric)와 라미네이팅을 하거나
microporous PP membrane을 가운데두고 양면에 nonvown pp부직포로 라미네이팅하는 식입니다. 따라서 eVent나
Gore-Tex XCR과는 비교가 안될 정도로 가별고 쌉니다.
문제는 microporus PP가 내구성이 너무약해서 인열강도가 형편없다는 것입니다.
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