Țesătură plată , această structură de împletire a urzelii și bătăturii aparent simplă conține de fapt un echilibru delicat între știința materialelor și aerodinamică. În spatele aspectului său „subțire, dar nu transparent” se află sinergia microstructurii, proprietăților fibrelor și parametrilor de proces, care împreună împletesc magia respirabilității. Misterul respirabilității țesăturii simple începe cu geometria sa unică a porilor. Spre deosebire de satin sau twill, urzeala și bătătura țesăturii simple alternează strict în sus și în jos pentru a forma o rețea obișnuită de pori de diamant. Distribuția și dimensiunea porilor depind direct de densitatea urzelii și bătăturii - numărul de fire pe unitate de lungime. Când densitatea atinge o valoare critică, diametrul echivalent al porilor se va micșora la mai puțin de 0,02 mm, rezultând un „efect de închidere capilară”. Acest fenomen înseamnă că, chiar dacă țesătura este la fel de subțire ca aripa unei cicadele, porii denși pot împiedica fluxul liber al aerului, formând o performanță contraintuitivă a respirabilității.
Pentru a verifica această teorie, cercetătorii au construit un model de flux de aer al țesăturilor simple de diferite densități prin simularea dinamicii fluidelor computaționale (CFD). Rezultatele arată că coeficientul de rezistență la aer al țesăturilor de înaltă densitate poate ajunge la 0,83, aproape de starea laminară, în timp ce coeficientul de rezistență al structurilor libere este de doar 0,21. Aceasta înseamnă că, la aceeași grosime, țesăturile simple de înaltă densitate pot avea pori prea mici, rezultând o scădere semnificativă a permeabilității la aer sau chiar un fenomen „subțire, dar nu permeabil”. Alegerea materialelor fibroase exacerbează și mai mult această contradicție. Aplicarea fibrelor de denier ultrafine este o soluție pentru a urmări ușurința și subțirea, dar introduce în mod neașteptat noi probleme de permeabilitate la aer. Luați ca exemplu fibrele de poliester ultrafine 75D/72F. Această fibră poate fi țesută într-o țesătură cu aripi de cicadară cu o greutate în grame de numai 8 grame pe metru pătrat, dar datorită structurii sale cu mai multe filamente, porozitatea reală este de doar 42%, mult mai mică decât 68% din fibrele grosiere de denier. Această proprietate fizică aparent contradictorie este de fapt un compromis între finețea și porozitatea fibrelor.
Pentru a depăși această limitare, inginerii de materiale au dezvoltat tehnologia fibrelor cu secțiune transversală în formă specială. Introducerea fibrelor cu secțiune transversală trilobată a crescut conectivitatea porilor cu 37%, iar permeabilitatea aerului a crescut de 1,8 ori la aceeași greutate în grame. Acest design optimizează geometria porilor, îmbunătățind eficient eficiența circulației aerului, menținând în același timp subțirea țesăturii și oferă o nouă idee pentru rezolvarea paradoxului „subțire, dar nepermeabilă”. Controlul precis al parametrilor procesului este cheia pentru echilibrarea permeabilității aerului și rezistenței structurale. Prin experimente, cercetătorii au stabilit un model de corelație între permeabilitatea aerului și parametrii structurali: Q = 0,87×(T/D)0,65×(P/S)-1,2. Printre acestea, Q este permeabilitatea la aer, T este finețea firului, D este densitatea, P este porozitatea și S este greutatea țesăturii. Această formulă dezvăluie relația neliniară dintre parametri și oferă o bază teoretică pentru proiectarea procesului. În producția efectivă, când greutatea este mai mică de 30 de grame/metru pătrat, densitatea urzelii și bătăturii trebuie controlată în 60×60 rădăcini/cm, altfel permeabilitatea aerului va scădea exponențial.
Magia respirabila a Flat Woven Fabric a fost extrem de demonstrata in domeniul protectiei medicale. Având în vedere caracteristica dimensiunii particulelor de aerosoli a virusului SARS-CoV-2 de aproximativ 0,1 microni, țesătura simplă de densitate ultra-înaltă (120×120 fire/cm) combinată cu tratamentul cu electret electrostatic realizează o eficiență de filtrare de 99,97% menținând în același timp o permeabilitate la aer de 50 litri/m2/s. Acest design îmbunătățește efectul de filtrare prin absorbția sarcinii, în timp ce structura densă a porilor poate asigura în continuare circulația aerului, rezolvând contradicția dintre protecție ridicată și respirabilitate. În domeniul îmbrăcămintei sport, structura de densitate a gradientului a devenit o direcție inovatoare. Prin utilizarea țesăturii cu densitate redusă (45×45 șuvițe/cm) în zonele predispuse la transpirație, cum ar fi axilele și țesăturii cu densitate mare (65×65 șuvițe/cm) pe spate, se realizează gestionarea zonelor permeabilității la aer la o grosime de 15 grame/m2. Acest design inteligent face ca materialul simplu să nu mai fie un material de ecranare pasiv, ci o „interfață de respirație” reglabilă activ.
