Plochá tkaná látka Tato zdánlivě jednoduchá struktura propletení osnovy a útku ve skutečnosti obsahuje křehkou rovnováhu materiálové vědy a aerodynamiky. Za jeho „tenkým, ale neprůhledným“ vzhledem stojí synergie mikrostruktury, vlastností vláken a procesních parametrů, které dohromady utkají kouzlo prodyšnosti. Záhada prodyšnosti hladké tkaniny začíná její jedinečnou geometrií pórů. Na rozdíl od saténu nebo kepru se osnova a útek hladké látky přísně střídají nahoru a dolů, aby vytvořily pravidelnou síť diamantových pórů. Rozmístění a velikost pórů přímo závisí na hustotě osnovy a útku - počtu přízí na jednotku délky. Když hustota dosáhne kritické hodnoty, ekvivalentní průměr pórů se smrští na méně než 0,02 mm, což má za následek "efekt uzavření kapilár". Tento jev znamená, že i když je látka tenká jako křídlo cikády, husté póry mohou bránit volnému proudění vzduchu, což vytváří neintuitivní výkon prodyšnosti.
K ověření této teorie vědci zkonstruovali model proudění vzduchu z hladkých tkanin různých hustot prostřednictvím simulace dynamiky výpočtových tekutin (CFD). Výsledky ukazují, že koeficient odporu vzduchu u tkanin s vysokou hustotou může dosáhnout 0,83, což je blízko laminárnímu stavu, zatímco koeficient odporu volných struktur je pouze 0,21. To znamená, že při stejné tloušťce mohou mít hladké textilie s vysokou hustotou příliš malé póry, což má za následek výrazné snížení propustnosti vzduchu nebo dokonce jev „tenký, ale nepropustný“. Volba vláknitých materiálů tento rozpor dále prohlubuje. Aplikace ultrajemných vláken denier je řešením pro dosažení lehkosti a tenkosti, ale neočekávaně přináší nové problémy s propustností vzduchu. Vezměte si jako příklad ultrajemná polyesterová vlákna 75D/72F. Toto vlákno může být vetkáno do tkaniny cikádových křídel s gramáží pouhých 8 gramů na čtvereční metr, ale vzhledem k jeho multi-jednovláknové struktuře je skutečná poréznost pouze 42 %, mnohem nižší než 68 % hrubých denier vláken. Tato zdánlivě protichůdná fyzikální vlastnost je ve skutečnosti kompromisem mezi jemností vlákna a porézností.
Aby materiální inženýři prolomili toto omezení, vyvinuli technologii speciálních vláken s průřezem. Zavedení vláken s trojlaločným průřezem zvýšilo konektivitu pórů o 37 % a propustnost vzduchu se při stejné gramové hmotnosti zvýšila 1,8krát. Tento design optimalizuje geometrii pórů, efektivně zlepšuje účinnost cirkulace vzduchu při zachování tenkosti tkaniny a poskytuje nový nápad pro řešení paradoxu „tenké, ale nepropustné“. Přesná kontrola parametrů procesu je klíčem k vyvážení propustnosti vzduchu a pevnosti konstrukce. Prostřednictvím experimentů vědci vytvořili korelační model mezi propustností vzduchu a strukturálními parametry: Q = 0,87×(T/D)0,65×(P/S)-1,2. Mezi nimi Q je propustnost vzduchu, T je jemnost příze, D je hustota, P je poréznost a S je hmotnost tkaniny. Tento vzorec odhaluje nelineární vztah mezi parametry a poskytuje teoretický základ pro návrh procesu. Ve skutečné výrobě, kdy je hmotnost menší než 30 gramů/metr čtvereční, musí být hustota osnovy a útku řízena v rozmezí 60×60 kořenů/cm, jinak se propustnost vzduchu exponenciálně sníží.
Prodyšné kouzlo Flat Woven Fabric bylo mimořádně prokázáno v oblasti lékařské ochrany. S ohledem na charakteristiku aerosolových částic viru SARS-CoV-2 o velikosti asi 0,1 mikronu dosahuje hladká tkanina s ultra vysokou hustotou (120 × 120 vláken/cm) v kombinaci s elektrostatickou elektretovou úpravou účinnosti filtrace 99,97 % při zachování propustnosti vzduchu 50 litrů/m2/s. Tento design zvyšuje filtrační účinek prostřednictvím adsorpce náboje, zatímco hustá struktura pórů může stále zajistit cirkulaci vzduchu, čímž řeší rozpor mezi vysokou ochranou a prodyšností. V oblasti sportovního oblečení se struktura gradientní hustoty stala inovativním směrem. Použitím tkaní s nízkou hustotou (45×45 pramenů/cm) v oblastech náchylných k pocení, jako jsou podpaží a vysokohustotního tkaní (65×65 pramenů/cm) na zádech, je dosaženo zónového řízení propustnosti vzduchu při tloušťce 15 gramů/m2. Tento inteligentní design dělá z obyčejné tkaniny již pasivní stínící materiál, ale aktivně nastavitelné "dýchací rozhraní".
