Plochá tkaná látka Táto zdanlivo jednoduchá štruktúra prepletenia osnovy a útku v skutočnosti obsahuje jemnú rovnováhu materiálovej vedy a aerodynamiky. Za jeho „tenkým, ale nie priehľadným“ vzhľadom je synergia mikroštruktúry, vlastností vlákna a procesných parametrov, ktoré spolu spájajú kúzlo priedušnosti. Záhada priedušnosti obyčajnej látky začína jej jedinečnou geometriou pórov. Na rozdiel od saténu alebo kepru sa osnova a útek hladkej látky striktne striedajú hore a dole, aby vytvorili pravidelnú sieť diamantových pórov. Rozloženie a veľkosť pórov priamo závisí od hustoty osnovy a útku - počtu priadzí na jednotku dĺžky. Keď hustota dosiahne kritickú hodnotu, ekvivalentný priemer pórov sa zmenší na menej ako 0,02 mm, čo má za následok "efekt uzavretia kapilár". Tento jav znamená, že aj keď je látka tenká ako krídlo cikády, husté póry môžu brániť voľnému prúdeniu vzduchu, čo vytvára neintuitívny výkon priedušnosti.
Na overenie tejto teórie výskumníci skonštruovali model prúdenia vzduchu z obyčajných tkanín rôznych hustôt prostredníctvom simulácie výpočtovej dynamiky tekutín (CFD). Výsledky ukazujú, že koeficient odporu vzduchu pri tkaninách s vysokou hustotou môže dosiahnuť 0,83, čo je blízko laminárneho stavu, zatiaľ čo koeficient odporu voľných štruktúr je len 0,21. To znamená, že pri rovnakej hrúbke môžu mať hladké tkaniny s vysokou hustotou príliš malé póry, čo vedie k výraznému zníženiu priepustnosti vzduchu alebo dokonca k javu „tenké, ale nie priepustné“. Voľba vláknitých materiálov tento rozpor ešte viac prehlbuje. Aplikácia ultrajemných vlákien denier je riešením na dosiahnutie ľahkosti a tenkosti, ale neočakávane prináša nové problémy s priepustnosťou vzduchu. Ako príklad si vezmite ultrajemné polyesterové vlákna 75D/72F. Toto vlákno môže byť tkané do tkaniny cikádových krídel s gramážou iba 8 gramov na meter štvorcový, ale vďaka svojej štruktúre s viacerými vláknami je skutočná pórovitosť iba 42%, čo je oveľa menej ako 68% hrubých denier vlákien. Táto zdanlivo protichodná fyzikálna vlastnosť je v skutočnosti kompromisom medzi jemnosťou vlákna a pórovitosťou.
Na prekonanie tohto obmedzenia vyvinuli materiáloví inžinieri technológiu špeciálneho vlákna s prierezom. Zavedením vlákien s trojlaločným prierezom sa zvýšila konektivita pórov o 37 % a priepustnosť vzduchu sa zvýšila 1,8-krát pri rovnakej gramovej hmotnosti. Tento dizajn optimalizuje geometriu pórov, efektívne zlepšuje účinnosť cirkulácie vzduchu pri zachovaní tenkosti tkaniny a poskytuje nový nápad na riešenie paradoxu „tenkého, ale nie priepustného“. Presná kontrola parametrov procesu je kľúčom k vyváženiu priepustnosti vzduchu a pevnosti konštrukcie. Prostredníctvom experimentov vedci vytvorili korelačný model medzi priepustnosťou vzduchu a štrukturálnymi parametrami: Q = 0,87×(T/D)0,65×(P/S)-1,2. Medzi nimi Q je priepustnosť vzduchu, T je jemnosť priadze, D je hustota, P je pórovitosť a S je hmotnosť tkaniny. Tento vzorec odhaľuje nelineárny vzťah medzi parametrami a poskytuje teoretický základ pre návrh procesu. Pri skutočnej výrobe, keď je hmotnosť menšia ako 30 gramov/meter štvorcový, hustota osnovy a útku musí byť kontrolovaná v rámci 60 x 60 koreňov/cm, inak sa priepustnosť vzduchu exponenciálne zníži.
Priedušné kúzlo Flat Woven Fabric bolo mimoriadne preukázané v oblasti lekárskej ochrany. Vzhľadom na charakteristiku aerosólových častíc vírusu SARS-CoV-2 s veľkosťou približne 0,1 mikrónu dosahuje hladká tkanina s ultra vysokou hustotou (120 × 120 prameňov/cm) v kombinácii s elektrostatickou elektretovou úpravou účinnosť filtrácie 99,97 % pri zachovaní priepustnosti vzduchu 50 litrov/m2/s. Tento dizajn zvyšuje filtračný efekt prostredníctvom adsorpcie náboja, zatiaľ čo hustá štruktúra pórov môže stále zabezpečiť cirkuláciu vzduchu, čím sa rieši rozpor medzi vysokou ochranou a priedušnosťou. V oblasti športového oblečenia sa štruktúra gradientu hustoty stala inovatívnym smerom. Použitím tkania s nízkou hustotou (45 × 45 prameňov/cm) v oblastiach náchylných na pot, ako sú podpazušie a vysokohustotného tkania (65 x 65 prameňov/cm) na chrbte, sa dosiahne zónové riadenie priepustnosti vzduchu pri hrúbke 15 gramov/m2. Tento inteligentný dizajn robí z obyčajnej látky už nie pasívny tieniaci materiál, ale aktívne nastaviteľné „dýchacie rozhranie“.
