Plat geweven stof , bevat deze ogenschijnlijk eenvoudige verweven structuur van schering en inslag feitelijk een delicaat evenwicht tussen materiaalwetenschap en aerodynamica. Achter het ‘dunne maar niet transparante’ uiterlijk schuilt de synergie van microstructuur, vezeleigenschappen en procesparameters, die samen de magie van ademend vermogen verweven. Het mysterie van het ademend vermogen van effen stof begint met zijn unieke poriëngeometrie. In tegenstelling tot satijn of keperstof wisselen de schering en inslag van effen stof strikt op en neer om een regelmatig diamantporiënnetwerk te vormen. De verdeling en grootte van de poriën zijn rechtstreeks afhankelijk van de schering- en inslagdichtheid: het aantal garens per lengte-eenheid. Wanneer de dichtheid een kritische waarde bereikt, zal de equivalente diameter van de poriën krimpen tot minder dan 0,02 mm, wat resulteert in een "capillair sluitingseffect". Dit fenomeen betekent dat zelfs als de stof zo dun is als de vleugel van een cicade, dichte poriën de vrije luchtstroom kunnen belemmeren, wat een contra-intuïtieve prestatie van ademend vermogen vormt.
Om deze theorie te verifiëren, construeerden de onderzoekers een luchtstroommodel van gewone stoffen met verschillende dichtheden door middel van computationele vloeistofdynamica (CFD)-simulatie. De resultaten laten zien dat de luchtweerstandscoëfficiënt van stoffen met een hoge dichtheid 0,83 kan bereiken, dichtbij de laminaire toestand, terwijl de weerstandscoëfficiënt van losse structuren slechts 0,21 bedraagt. Dit betekent dat effen stoffen met een hoge dichtheid bij dezelfde dikte te kleine poriën kunnen hebben, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de luchtdoorlaatbaarheid, of zelfs een "dun maar niet doorlaatbaar" fenomeen. De keuze van vezelmaterialen verergert deze tegenstrijdigheid nog verder. De toepassing van ultrafijne deniervezels is een oplossing om lichtheid en dunheid na te streven, maar introduceert onverwacht nieuwe problemen met de luchtdoorlaatbaarheid. Neem als voorbeeld 75D/72F ultrafijne polyestervezels. Deze vezel kan worden geweven tot een cicadevleugelweefsel met een gramgewicht van slechts 8 gram per vierkante meter, maar vanwege de meervoudige filamentstructuur is de werkelijke porositeit slechts 42%, veel lager dan de 68% van grove deniervezels. Deze ogenschijnlijk tegenstrijdige fysieke eigenschap is eigenlijk een afweging tussen vezelfijnheid en porositeit.
Om deze beperking te doorbreken, hebben materiaalingenieurs speciaal gevormde vezeltechnologie met dwarsdoorsnede ontwikkeld. De introductie van vezels met een drielobbige dwarsdoorsnede verhoogde de porieconnectiviteit met 37%, en de luchtdoorlaatbaarheid nam met 1,8 keer toe bij hetzelfde gramgewicht. Dit ontwerp optimaliseert de geometrie van de poriën, verbetert effectief de efficiëntie van de luchtcirculatie terwijl de dunheid van de stof behouden blijft, en biedt een nieuw idee voor het oplossen van de paradox van "dun maar niet doorlaatbaar". Nauwkeurige controle van procesparameters is de sleutel tot het balanceren van luchtdoorlaatbaarheid en structurele sterkte. Door middel van experimenten hebben onderzoekers een correlatiemodel opgesteld tussen luchtdoorlaatbaarheid en structurele parameters: Q = 0,87×(T/D)0,65×(P/S)-1,2. Onder hen is Q de luchtdoorlaatbaarheid, T de fijnheid van het garen, D de dichtheid, P de porositeit en S het gewicht van de stof. Deze formule onthult de niet-lineaire relatie tussen de parameters en biedt een theoretische basis voor procesontwerp. Bij daadwerkelijke productie, wanneer het gewicht minder dan 30 gram/vierkante meter bedraagt, moet de schering- en inslagdichtheid binnen 60×60 wortels/cm worden gecontroleerd, anders zal de luchtdoorlaatbaarheid exponentieel afnemen.
De ademende magie van platgeweven stof is op het gebied van medische bescherming extreem gedemonstreerd. Met het oog op de kenmerkende deeltjesgrootte van het SARS-CoV-2-virus in de aërosol van ongeveer 0,1 micron, bereikt effen weefsel met ultrahoge dichtheid (120×120 strengen/cm) in combinatie met een elektrostatische elektreetbehandeling een filtratie-efficiëntie van 99,97%, terwijl een luchtdoorlaatbaarheid van 50 liter/m2/s behouden blijft. Dit ontwerp verbetert het filtratie-effect door ladingadsorptie, terwijl de dichte poriënstructuur nog steeds voor luchtcirculatie kan zorgen, waardoor de tegenstelling tussen hoge bescherming en ademend vermogen wordt opgelost. Op het gebied van sportkleding is de structuur met gradiëntdichtheid een innovatieve richting geworden. Door weven met een lage dichtheid (45×45 strengen/cm) te gebruiken op plaatsen die gevoelig zijn voor zweet, zoals de oksels, en weven met een hoge dichtheid (65×65 strengen/cm) op de rug, wordt de luchtdoorlaatbaarheid in zones verdeeld bij een dikte van 15 gram/m2. Dit intelligente ontwerp zorgt ervoor dat effen stof niet langer een passief afschermingsmateriaal is, maar een actief aanpasbare "ademende interface".
