Vải chống thấm thoáng khí: màng ePTFE và màng PU hoạt động thế nào

Vải chống thấm thoáng khí là vải được dán một lớp màng mỏng: màng ePTFE có hàng tỉ lỗ cực nhỏ, đủ nhỏ để giọt nước không lọt qua nhưng hơi nước vẫn thoát ra; màng PU không lỗ thì cho hơi nước "thấm" qua từng lớp phân tử. Cả hai chỉ thoáng khi bên trong ấm và ẩm hơn bên ngoài, nên ở xứ nóng ẩm như Việt Nam, áo vẫn có thể bí dù màng còn tốt.

Vấn đề cần giải: chặn mưa mà không nhốt mồ hôi

Áo mưa nilon chặn mưa tuyệt đối, nhưng mặc đi bộ nửa giờ là ướt sũng từ bên trong. Cơ thể vận động thải ra rất nhiều hơi nước qua da; lớp nhựa kín không cho hơi đó thoát, nó ngưng tụ thành nước trên mặt trong áo. Ngược lại, áo vải thường thoáng nhưng mưa thấm qua ngay.

Vải chống thấm thoáng khí cố gắng làm cả hai việc cùng lúc, dựa trên một sự thật vật lý đơn giản: giọt nước mưa là khối nước lỏng lớn, còn hơi nước là từng phân tử nước rời rạc, nhỏ hơn giọt mưa rất nhiều lần. Một lớp ngăn biết phân biệt hai thứ này là chìa khoá.

Màng ePTFE: lỗ nhỏ hơn giọt nước, lớn hơn phân tử hơi

Một phát hiện năm 1969

PTFE (polytetrafluoroethylene) là loại nhựa chứa flo nổi tiếng vì trơn và không thấm nước, thứ được phủ lên chảo chống dính. Năm 1969, Bob Gore, con trai người sáng lập một công ty vật liệu ở Mỹ, tìm ra rằng nếu kéo giãn PTFE thật nhanh ở điều kiện thích hợp, vật liệu không đứt mà nở ra thành một cấu trúc xốp đầy lỗ li ti. Vật liệu mới gọi là PTFE giãn nở, viết tắt ePTFE. Màng ePTFE dán lên vải được thương mại hoá trong thập niên 1970 dưới tên Gore-Tex, và từ đó "màng chống thấm thoáng khí" trở thành một nhóm sản phẩm.

Cách nó làm việc

Màng ePTFE dày chỉ cỡ phần nhỏ của milimét, nhưng trên mỗi centimét vuông có rất nhiều lỗ. Mỗi lỗ nhỏ hơn giọt nước nhiều lần nên nước lỏng không chui qua được, nhất là khi bề mặt PTFE vốn kỵ nước. Nhưng lỗ lại lớn hơn phân tử hơi nước rất nhiều lần, nên hơi nước từ cơ thể đi xuyên qua để ra ngoài.

Điểm yếu của lỗ là dầu. Dầu da, mồ hôi, kem chống nắng, khói bếp có thể thấm vào lỗ, làm lỗ "ưa nước" hơn, và nước lỏng bắt đầu len vào. Vì vậy màng ePTFE thường được phủ thêm một lớp PU mỏng kỵ dầu ở mặt trong để bảo vệ.

Màng PU: không lỗ, hơi nước đi bằng khuếch tán

Polyurethane (PU) có thể làm thành màng theo hai kiểu:

• Màng PU không lỗ (đặc, ưa nước): hoàn toàn liền mạch, không có lỗ. Phân tử hơi nước bám vào mặt trong, "nhảy" từ chuỗi phân tử này sang chuỗi khác xuyên qua màng, rồi thoát ở mặt ngoài. Động lực là chênh lệch: bên trong ấm và ẩm hơn thì hơi đi ra.
• Màng PU vi lỗ: có lỗ nhỏ, cách làm việc gần giống ePTFE.

Màng PU không lỗ có ưu điểm không sợ dầu bít lỗ vì vốn không có lỗ, và thường rẻ hơn. Nhược điểm hay được nêu: thường cần chênh lệch ẩm lớn hơn để bắt đầu thoát hơi, màng có thể hút ẩm và hơi phồng khi ướt.

Ngoài hai loại phổ biến này, những năm gần đây có thêm màng sợi nano kéo điện (lớp lưới sợi siêu mảnh) và màng polyetylen giãn nở (ePE) như một hướng thay thế không chứa flo.

Màng không đứng một mình: 2 lớp, 2,5 lớp, 3 lớp

Màng mỏng như vậy không tự chịu được cọ xát, nên luôn được ghép với vải:

• 2 lớp: màng dán vào mặt trong vải ngoài, kèm một lớp lót lưới treo rời để bảo vệ màng. Mềm, mát, hơi nặng.
• 2,5 lớp: màng dán vào vải ngoài, mặt trong in một lớp bảo vệ mỏng thay cho lót. Nhẹ, gấp gọn, hợp áo mưa mang theo; mặt trong dễ dính da khi ra mồ hôi.
• 3 lớp: màng kẹp giữa vải ngoài và một lớp vải lót dệt mỏng, dán thành một tấm. Bền nhất, hợp đồ dùng nặng và đồ bảo hộ.

Thêm vào đó là dán kín đường may. Mỗi mũi kim là một lỗ thủng trên màng; áo chống thấm thật sự phải có băng keo dán kín ở mặt trong mọi đường may. Áo có màng mà đường may không dán thì nước vẫn rỉ vào ở vai, đường nối mũ.

Còn có loại vải tráng: thay vì dán màng riêng, nhà sản xuất tráng một lớp PU lỏng lên mặt trong vải. Rẻ hơn, nhẹ, nhưng lớp tráng mỏng dễ mòn và theo thời gian có thể bị thuỷ phân trong khí hậu nóng ẩm.

Vì sao ở Việt Nam áo vẫn bí

Mọi màng thoáng khí đều dựa vào chênh lệch: bên trong áo phải ấm và ẩm hơn bên ngoài thì hơi nước mới đi ra. Trong mùa đông khô lạnh ở vùng ôn đới, chênh lệch này lớn, áo thoáng rất tốt. Nhưng giữa trưa mùa mưa ở Hà Nội hay TP.HCM, không khí bên ngoài vừa nóng vừa gần bão hoà hơi nước. Chênh lệch nhỏ, hơi thoát chậm, người mặc vẫn thấy ướt bên trong dù áo không hề rỉ.

Những yếu tố khác làm áo bí:

• Mặt ngoài vải bị ngấm nước khi lớp chống thấm bề mặt đã hết. Một màng nước phủ ngoài chặn đường thoát của hơi.
• Vận động mạnh: cơ thể sản sinh hơi nước nhanh hơn khả năng thoát của bất kỳ màng nào.
• Mặc nhiều lớp bên trong bằng cotton: cotton giữ nước, chặn đường hơi đi ra.

Vì vậy những chi tiết thông gió cơ học như khoá kéo nách, lưng có tấm che thoáng, khoá kéo hai chiều quan trọng không kém loại màng.

Màng thoáng khí trong đồ bảo hộ lao động

Vải có màng thoáng khí không chỉ dành cho áo khoác dã ngoại. Quần áo bảo hộ chống mưa cho công nhân làm ngoài trời, đồ cứu hoả, giày bảo hộ chống nước đều dùng màng. Ở châu Âu, quần áo bảo hộ chống mưa được đánh giá theo chuẩn EN 343, xếp lớp riêng cho khả năng chống thấm và khả năng thoát hơi. Người làm ngoài trời cả ca nên để ý cả hai thông số, không chỉ chữ "chống thấm".

Mang về dùng ngay

Đọc một chiếc áo trong ba phút

• Lật mặt trong: có lót lưới (2 lớp), lớp in mỏng (2,5 lớp) hay vải lót dán liền (3 lớp)?
• Đường may có băng dán kín không, kể cả đường nối mũ và vai?
• Có khoá thông gió ở nách, có khoá kéo hai chiều không?
• Nhãn có ghi loại màng, thông số chống thấm và thoát hơi không?

Ba hiểu lầm hay gặp

1. "Áo thoáng khí thì không bao giờ ướt bên trong." Sai: vận động mạnh trong trời nóng ẩm thì áo nào cũng đọng mồ hôi.
2. "Ướt bên trong là áo rỉ." Thường là mồ hôi ngưng tụ, kiểm tra kỹ trước khi kết luận.
3. "Màng càng đắt càng mát." Thông gió cơ học và cách mặc lớp trong ảnh hưởng không kém.