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轉貼自吳雪舫的部落格

解密防水排汗布料的攻心計
揭開性能數據背後的秘密

序言
喜愛戶外活動的人，即使沒穿過Gore-Tex或類Gore-Tex的「防水透濕」布料所製造的機能性服裝，至少也聽說過Gore-Tex。但是當要選購一件合適的防水排汗衣物時，除了品牌、樣式、價格的考量之外，面對各廠家推陳出新的各種機能性布料，以及服裝吊牌上一堆令人迷惑的名詞及性能數據，恐怕會讓人無所適從，不知如何選擇符合需求的產品。看官們若想要進一步瞭解此類機能性布料的本質，並看穿隱藏在各種數據背後的心機與秘密，就請耐心看完本文。

所謂「防水透濕」或「防水排汗」布料（waterproof & breathable fabric），是一種既能夠防止雨水滲透進入，又能將水汽（汗水）透過布料排出，衣服內不會有水汽凝結的機能性布料。「防水性」是指布料具有完全抵擋水分穿透的能力，此類布料通常在布料內面有一層不透水的薄膜，而在布料表面則塗佈一層耐刮磨的撥水劑。「透濕性」係指在運動時，身體排汗所釋出的水汽，可以穿透布料散發至外界，達到維持體表乾燥、舒適及保溫的效果。

讓布料具有防水透濕功能的手段非僅一種。從防水透濕的原理，可分為多孔性薄膜（porous membrane）及非多孔性（non-porous）薄膜兩種微結構；多孔性薄膜含有數以億計的微細孔，這些微細孔的開口遠比水滴的體積要小，因此即使受壓之下也能阻擋水分的滲透；但其開口又比水蒸汽分子大很多，所以能讓衣著內的汗水排出，保持乾爽。非多孔性薄膜的透濕則是藉助材料特有的親水性/疏水性的特性，其過程分為內層吸濕、中層擴散、外層排濕三個階段，靠近身體側的薄膜之親水官能基將汗水吸附後，藉由毛細現象擴散到另一側的疏水官能基，再由空氣以對流的方式將濕氣排除。

從化學材質區分，有聚四氟乙烯（PTFE）樹脂、聚乙烯（PE）樹脂及聚氨基甲酸酯（PU）；前兩者通常是屬於多孔性微結構的薄膜，而後者則有多孔性和非多孔性兩種不同的微結構。依照固著防水層的加工方式，可區分為樹脂塗佈（Coating）、薄膜貼合（lamination），以及纖維包覆（encapsulated）防水材料三種。

發展沿革
Gore-Tex是防水排汗布料的鼻祖，但是其核心技術—具有多孔性微結構的ePTFE薄膜的發展，卻是肇始於1966年由紐西蘭人John W. Cropper所發明的聚四氟乙烯（PTFE，俗稱鐵氟龍）擴張膠帶的製造方法及相應的生產機器。只是他不願公開其技術，所以並未申請專利，選擇以營業秘密的手段保護其技術。1969年，美國的Wilbert L. Gore與子Robert W. Gore及Rowena Taylor，也開發出ePTFE的生產技術，隨即向美國申請並獲得三項發明專利，同時註冊了Gore-Tex的商標。

原先的Gore-Tex透氣性頗佳，但是卻有個令人詬病的致命傷，就是薄膜的微小孔隙容易被灰塵、油污所堵塞而破壞了薄膜的透氣性，而造成污堵的來源，包括環境中的懸浮微塵以及皮膚代謝的細胞及油脂。後來Gore公司在薄膜上塗佈上PU作為保護層，有效地抑制了污堵的現象。此法雖然可以延長Gore-Tex的使用壽命，但也付出透濕性降低的代價。其實，當表布的撥水劑因為洗滌、摩擦而損壞時，表布的纖維就會開始吸收水份，一旦纖維上的水份填滿纖維交織形成的空隙，變成完整的水膜時，機能性布料的透氣性就喪失了。Gore-Tex的構造，如下圖所示。

Gore-Tex最外層是塗佈撥水劑的表布，底下貼合一層ePTFE薄膜，

再下來是一層PU保護膜，最內層則是提供舒適觸感的裡櫬。

作為產業技術的先行者，Gore-Tex開發了各種規格的機能性材料，這些標示在服裝吊牌上的商標名稱，往往讓不明究理的人難窺其中奧妙，更難理解由不同規格的材料製作的外套之間的價格差異。W. L. Gore公司近年來將自家產品，依照使用環境、目的做一番區分，分述如下：

u  Performance Shell：就是Gore-Tex的常規產品，以2層構造最為常見，用於低階用途或是平價的產品。適合一般旅遊用。

u 
ProShell：採用與Gore-Tex XCR相同的薄膜材料，XCR代表Extend Comfort Range，XCR目前主要用於鞋類。ProShell通常是3層構造，因為薄膜厚度減少，其透濕性比Performance Shell提高了25%。這種改良也意味著透濕性對於機能性布料的重要性。除了在透濕性提升之外，布料也比較堅韌，改善了對抗惡劣環境的功能性。適合惡劣環境、冰攀、長程重裝登山等需要高度防水、高度透濕及耐磨的場合。

Gore-Tex Pro薄膜較薄，透濕性提升（Source: Gore-Tex.eu）

u  Paclite：1990年代進入市場的2.5層構造，致力於成品的輕薄化，可說是ProShell的輕量版（PacLite外套重量，一般低於500克）。除了透濕性比常規產品提高25%之外，布料也減輕至少15%，同時，壓縮性也提高30%（採特殊的纖維織品，便於折疊收納）。適合郊山、健行、背包客、輕量化登山之用。

u  Soft Shell：直接將Gore-Tex與保暖的刷毛層（fleece）結合，成為單件式的外套，比常規的Gore-Tex加保暖層的作法更輕薄，保暖性也優於單純的Gore-Tex，透濕性的表現也不錯。適合滑雪活動用。

u  Active Shell：是W. L. Gore公司最新的薄膜加工技術，同樣3層布構造，但是內層與ePTFE薄膜採取新的結合技術，而非傳統的貼合方式。除了透濕性較佳之外，輕量化是另一個優點，一般外套重量都低於400g，收納體積也較小。適合於需要高排溼氣量的活動。

u  DryLoft：是專門開發給睡袋、露宿袋用的布料，特別提高其透濕性以防止睡袋內發生反潮，但是防水性就不如常規產品。

u  2L/2.5L/3L構造：2層構造是將薄膜貼合在表布上，以獨立的內襯來保護薄膜；這是原先就有的方式，優點是觸感舒適，缺點是較膨鬆、較重。3層構造則是因應高山攀登的需求，特別針對2層構造的缺點而開發，是將一層薄薄的平紋紗貼合在薄膜上作為保護層，讓成品更為輕薄、耐用，代價則是降低了舒適感、柔軟性及透濕性，價格當然也隨之水漲船高。2.5層構造是伴隨著Paclite一起上市，常用於輕量型雨衣及雨褲；跟3層構造的主要差異，是其保護層採用塗佈或印刷的方式固著在薄膜上，其優點是較輕薄、透氣性較佳，而代價則是耐用性；少了良好的保護層，使用壽命自然會縮短。

支撐一項產品的高單價，除了優良的品質之外，還要有嚴格的性能測試及良好的售後服務，這也是Gore-Tex一直能夠維繫其品牌聲譽的重要因素之一。但是隨著中國的經濟崛起，W. L. Gore公司在上海設立了維修中心之後，在台的維修中心似乎不再維持了。

具有防水透濕功能的布料並非只有Gore-Tex，其它類似的ePTFE多孔性薄膜，還有美國GE公司的eVent薄膜、台灣聚紡公司的G-Tex及中國寧波登天氟材的Dentik薄膜。其中，eVent DVL的構造相當於Gore-Tex的2.5L，也是採用印刷的保護層，所以可以預期它會有透濕性和輕薄的優點，但是價格、耐用性就是消費者必須付出的代價。eVent薄膜的構造示意圖如下：

eVent薄膜構造示意圖（Source: GE website）

PU（Polyurethane聚氨基甲酸酯，簡稱聚氨酯）薄膜也被廣泛使用於防風防水透氣的布料上。日本的東麗（Toray）公司是這方面的翹楚，該公司的非多孔性PU塗佈薄膜，利用材料的親水性/疏水性特質，達到的防水透濕性能表現，已經與ePTFE相當。除了該公司自有的Dermizax、Dermizax EV、Dermizax MP商標之外，也與專業的戶外用品公司合作，以不同的品牌問世，推廣其防風防水透氣薄膜。Dermizax的結構如下：

Dermizax薄膜構造示意圖（Source: Toray website）

The North Face公司的HyVent也屬於PU薄膜的家族。原始的HyVent為3層結構，擁有耐磨耗的外層，中層為多層塗佈構成的PU薄膜，可吸附人體散發的汗水並擴散出去，內襯加強把流汗的蒸氣給散發掉，使身體永遠保持乾爽。它的進階產品有：HyVent Alpha主要用於專業系列產品，在惡劣的環境下，仍能保持其作用。HyVent DT則是2.5層的結，使其更輕、更透氣，DT是Dry Touch的縮寫，意味著產品的乾爽觸感。

Marmot公司也是國內登山界耳熟能詳的廠商，也推出自有的防水透濕品牌產品，包括MemBrain及Precip兩類。MemBrain是Marmot最早推出的採用PU薄膜的防水透濕產品，據稱性能與Gore-Tex XCR相當。MemBrain 10則是其較低階的產品。MemBrain Strata是採用新技術的產品，其PU薄膜內含有陶瓷粉粒體，陶瓷粉體不但構成PU薄膜的多孔性微結構，也提升了耐用度；由於少了內襯，因此在重量、透濕性都有優異的表現。Precip是比較經濟型的技術，跟HyVent一樣都屬於2.5層構造，但HyVent是採用凸起的紗幕作為薄膜的保護層，而Precip的多孔性PU薄膜內則含有氧化矽粉粒體，可強化其耐用性、防水性及舒適感。

以保暖材料聞名的Polartec公司，在自家之多孔性PU薄膜軟殻技術的基礎上，也推出高透濕性的NeoShell防水透濕材料。NeoShell為具有疏水性的多孔性PU薄膜，其薄膜層的次微米級絲狀結構較傳統材質稀疏，所以單位面積擁有比傳統材質更多的透氣孔，透濕性當然也高了許多。Gore-Tex、eVent與NeoShell的結構比較，如下圖所示。

產品結構比較圖（Source: www.outsideonline.com）

Columbia公司的Omni-Dry可以說是獨樹一幟，它是唯一以超高分子量聚乙烯（UHMW PE）所製成的多孔性薄膜，透氣性與其它材質的多孔性薄膜相當，但是每件外套所需要的薄膜重量卻輕很多，大約僅為其它材質薄膜的六分之一。對於斤斤計較的登山客而言，這可是非常誘人的優點。

當然還有其它公司的類似產品，例如Mountain Hardwear公司的Conduit系列、Patagonia公司的H2No系列、台灣福懋紡織的Abletex及鼎基公司之Dintex® 透濕布等等，品類繁多，不勝枚舉。

說了這麼多，看官一定會問到底是哪一種防水透濕布料的性能最好？哪一種的性價比最高、最值得購買？每個消費者的功能需求、價格接受度、品牌偏好及價值取向都不同，很難明確的說哪一種最值得購買；至於哪一種的性能最佳，倒是可以用性能測試的數據做參考。

在國外的戶外用品專賣店的網站上，經常可以看到店家提供以下的性能數據比較表，讓消費者參考。這種比較表有意義嗎？未必！至少對我而言。因為它並未註明數據的來源（廠商提供還是第三方的公正測試），也沒說明是不是每一種布料都採用相同的標準、方法進行測試。

為什麼我會對這些數據存疑？因為相同的防水透氣布料，採用不同的標準測試方法，可能會得到差異極大的數值；而不同材質、不同結構的產品，都會有其最佳表現的測試方法。拿台灣的紡織工業研究中心所發表的一篇測試報告為例，以不同的測試方法測試各種樣品的透濕度結果如下表。很明顯的，若採用ISO 11092法測試，PTFE樣品的透濕效果優於其它樣品，同一樣品在ASTM E96BW的測試方法下，可以得到最高的數據；但若是採用JIS L1099A1方法，則PU3樣品的表現最佳。

有鑑於此，我們有必要對常用的測試方法及其意涵有一番基本的理解。一件具有防水透濕功能的服裝，其優劣取決於四個重要元素，分別是表布的撥水效果，薄膜的防水能力、透濕能力，以及縫線的防水能力。前三種都各有專業的測試方法可以遵循。一般業界採用的標準測試方法，有美規的ASTM、日規的JIS、國際ISO標準或英國的BS。首先，要認識幾個機能性布料常見的試驗及相關名詞：

u  Sulter試驗：測量水滲透過布料所需要的水壓，可以推估在極端惡劣天候（暴風雨、暴風雪）下的防水能力，與透濕性能無關。

u  Wp：是指靜水壓，代表布料可承受多少水壓而不會滲水，水壓以mmH2O水柱高表示。另一種耐水壓的標示為psi，代表每平方英吋所承受的磅重，1個psi相當於704mm的水柱高所呈現的壓力。

u  Bundersmann雨淋試驗：在人造的淋雨條件下，測量布樣在運動狀態下經受陣雨的拒水性，可評價布樣的吸水量和滲透過布樣的水量。由於測試條件比較嚴酷且持久，此一測試更能反應惡劣的天候條件。

u  MVTR透濕度試驗：是在控制條件下，測量在一定時間內穿透特定面積的布料之總水汽量，數據單位為g/m2/24hr。測量MVTR的方法不僅一種，如果測試方法未納入溫度、濕度、壓力的影響，測試條件並無法反應真實的惡劣環境，測試數據的參考價值就值得商榷了。

u  Dry Time試驗：在標準的溫度、濕度條件下，隨時測量吸飽水分的布樣之重量，直到布樣不再失重為止的時間，即為乾燥時間。乾燥時間是重要的因素，潮濕衣物會從人體帶走熱量導致失溫，所以，乾燥時間越短，越能維持衣物的乾爽。

u  Ret蒸發阻力試驗：測量維持水汽穩定透過布料蒸發所需要輸入的熱量大小，代表水汽穿透布料所需克服的阻力（water evaporative resistance）大小。水蒸發阻度單位為m2Pa/W。

u  Mullens耐洗試驗：是測試服裝經過特定次數的洗滌之後，布料的破損狀況以及防水透濕性能的保留程度。

u  Condensation結露量：測量在特定面積的布樣表面所凝結的水分量。凝結俗稱反潮，是水汽來不及排出而在衣服內凝結的現象。

撥水處理牢固試驗
無論是採用何種防水透濕材料，採取貼合或塗佈的結合方式，表布都需要所謂的DWR（Durable Water Repellent）處理，即塗上一層具有撥水性的氟化聚合物，讓濺落在表面的雨水凝聚成水珠狀，不會被表布吸收而阻礙衣物的透氣性，又增加了重量。一般的DWR都屬於80/20等級，表示經過20次的標準洗滌程序後，仍然具有80%的撥水性。因此，使用一段時間之後，就需要重新塗佈撥水劑，才能保持其外層的撥水性。

防水性能試驗
常用的防水性能測試，包括雨淋試驗法及靜水壓試驗法。靜水壓測試是將樣本固定在測試座，再覆蓋金屬網以免樣品膨脹，確保測量的準確性。低速法（JIS L1092A或ISO 811）以每分鐘升壓600mmH2O的方式進行，用於測試2,000mm以下的範圍，基本上不屬於登山客需求的範圍；高速法（JIS L1092B）的升壓速度則為每分鐘10,000mmH2O，用於測試2,000mm到30,000mm的壓力範圍。

通常5000mm等級就具有防雨效果，可稱為rainproof，但要超過10,000mm（10K）等級，才真正是防水waterproof。不過，一件服裝的防水性能，還要受到拉鍊、縫線、通風口、頭套、加工品質等因素的影響。撇開這些因素不談，以下的分級可以作為選購時的參考依據：

5K等級：可以在下小雨或乾雪的情況下，保持裡面乾燥；

10K等級：可在一般的風雨或下雪天使用，保持裡面乾燥；

15K等級：適合大雨、中雪程度，風壓不大情況下使用；

20K等級：適合豪雨、潮濕的雨夾雪情況下使用，適度耐壓；

30K等級：適合暴風雨、暴風雪，風壓或水壓很大的情況。

其實要防水、防雨並不難，一件便宜的塑膠雨衣就可以了。但是穿著雨衣從事戶外活動的人都有過的經驗是：外面下大雨，而雨衣裡面下小雨。這是因為人體流汗所排出的濕氣，無法順利排出而在雨衣內凝結所致，就是俗稱的反潮。所以選擇防水排汗布料的重點，是在於其透濕性，尤其是完整布料結構的透濕性，而非單純的內層薄膜的透濕性！以台灣的環境來說，是屬於高溫潮濕的地方，水氣含量較高，透濕性反而是最重要的考量因素。

透濕排汗性能試驗
常用的透濕性能測試有兩種，一為透濕度試驗法，以g/m2/24hrs標示，數值越大表示透濕排汗的能力越高：二為蒸發阻力試驗法，代表濕氣要穿透布料的阻力，以m2Pa/W表示，數值越小表示透濕排汗越快速。

透濕度的測試標準有很多種，主要是計算透濕杯放置於設定的環境條件下，其初始重量與一段時間後之重量差，套入公式以求出測試樣品的透濕度。本法又分為正杯法及倒杯法兩大類，正杯法又分為水法及乾燥劑法兩種方式。以下是業界較常引用的三種標準及測試方法：

ü  ASTM E96 Procedure A-Desiccant Method（正杯法）

ü  ASTM E96 Procedure B-Water Method（正杯法）
測試環境：溫度23℃、相對濕度50%、風速2.8m/sec

ü  ASTM E96 Procedure BW-Inverted Water Method（倒杯法）
測試環境：溫度23℃、相對濕度50%、風速2.8m/sec

ü  ASTM E96 Procedure C-Desiccant Method（正杯法）

ü  ASTM E96 Procedure D-Water Method（正杯法）

ü  ASTM E96 Procedure E-Desiccant Method（正杯法）

ü  ASTM F 2298 Dynamic moisture permeation cell（氮氣法）

ü  JIS L1099 A1氯化鈣吸濕法（正杯法）
測試環境：溫度40℃、相對濕度90%、風速0.8m/sec

ü  JIS L1099 A2水杯法（正杯法）
測試環境：溫度40℃、相對濕度50%

ü  JIS L1099 B1醋酸鉀法（倒杯法）

各測試方法所使用之介質、測試樣品尺寸、透濕杯擺放時間及方式（正杯、倒杯），和測試環境條件（風速、溫度、濕度）的差異，不同方法的測試數據之間，並無法換算。兩種不同結構的防水透濕布料，即使具有相同的A1（正杯乾燥法）數值，但卻可能會有一高一低，截然不同的B1（倒杯法）數值。化學材料的熱漲冷縮比較明顯，所以微孔式薄膜材質受溫度變化的影響會比較大。以下的等級分類，可以作為選購時的參考。

BS 7209是英國測試透濕度的標準，其特點是需要一件標準樣品作為對照組。將測試樣品準備好並記錄初始重量，然後同時將兩組樣品放置在特定溫、溼度的箱內進行測試，一段時間後再次記錄重量，帶入公式算出透溼度。因此測試方法是以兩組重量比對差異，故以百分比作為單位。

蒸發阻力試驗為歐美等國評估防水透濕紡織品的主要依據，同樣有多種不同的方法，例如ISO 11092、ISO 1999、ASTM F 1868、EN 31092等。以ISO 11092標準為例，測試箱設定在溫度35℃、相對溼度40%、抽風罩風速1.0 m/s的環境下，金屬熱板的溫度設定在35℃，將測試樣品平放在以PTFE膜隔絕的熱板上，量取熱板（模擬人體皮膚）溫度達到平衡時所需的熱流量，利用計算求得樣本的蒸發阻力數值。Ret數值與機能性布料的透濕效果，如下表所示。

回到前面的問題，哪一種產品的防水透濕性能最佳？這方面，以下由美國陸軍實驗室所發表的測試報告，可以作為大家的參考。

各種機能性薄膜及布料的透濕度（Source: US Army Lab.）

不難理解，少了保護層的擴散阻力，薄膜本身之透濕性會高於有保護層的薄膜；而保護層的結構及結合方式，也會顯著的影響整體布料的透濕性。薄膜本身之透濕度，相對而言，不受環境濕度變化所影響；但值得注意的是，多數機能性布料的透濕性，會隨環境濕度的下降而顯著的下降，亦即濕氣的擴散阻力，在乾燥的環境下會迅速增高。

各種機能性薄膜及薄膜的擴散阻力（Source: US Army Lab.）

按ASTM E96測試所設定的溫度、濕度比較低，與合涼爽乾燥的大陸型氣候適配，可反映晴天時的排汗能力；反之，按JIS L1099測試所設定的溫度、濕度較高，較符合台灣高溫潮濕的海島型氣候，可反映陰雨天的排汗能力。其實，購買防水透濕的服裝，必須考慮自身的功能需求及使用的環境，選擇不同的耐水壓及透溼度組合的布料。最好是選購能夠提供詳細的測試方法與數據之廠商的產品，如下圖例示。

完整的機能性數據（Source: Toray Website.）

一條鍊子的強度，取決於其最脆弱的一環。昂貴的機能性服裝之透濕功能，依賴表層的撥水劑來維持，容易磨損、剝落的撥水層就成為其致命的弱點。Nextec公司的EPIC技術，或許提供了解決之道。與眾不同的是該布料的防水性能，並非來自於傳統的薄膜或是塗佈技術，而是直接在纖維上包覆（encapsulated）一層疏水性矽膠（silicone）。因為並非使用會磨損、剝落的氟化聚合物塗層，EPIC的撥水性是近乎永久性的；根據EPIC官網所述，EPIC衣物可以按一般的洗滌方式清潔。

EPIC防水布料構造示意圖（Source: www.nextec.com）

如果能夠採用EPIC布料作為表布，中間層採用高透氣性的NeoShell薄膜或是極輕量化的Omni-Dry薄膜，或許可以算是完美的夢幻組合吧！當然，這純屬筆者的猜測，並無實際的實驗數據可以證明。