Статья написана исключительно по порыву души, а не по заказу каких-либо лиц или фирм. Статья содержит как сведения и факты, почерпнутые из открытых источников, так и мои личные рассуждения, выводы и домыслы.
В статье делается акцент на общих характеристиках и свойствах мембран, физических принципах их работы, существующих типах мембран, преимуществах и недостатках, критериях выбора и т.п. В статье не ставятся цели систематически перечислить все существующие мембраны, их характеристики, показать их логотипы, устроить "соревнование" кто лучше и т.п. Поэтому, конкретные цифры в последнем разделе, являясь реальными, носят иллюстративный характер.
Надеюсь, что более общая, если хотите "фундаментальная" информация, позволит вам увереннее ориентироваться в различных мембранах, более объективно оценивать рекламу и делать осознанный выбор.
Все торговые марки, названия продуктов и компаний, а также их логотипы являются собственностью их законных владельцев.
Формальности выполнены - поехали.

Зачем

Основная цель применения мембран - изготовление непромокаемых и, в то же время, паропроницаемых ("дышащих") одежды, обуви, снаряжения. Необходимость в непромокаемой одежде не вызывает сомнений. Но чем не устраивают, например, прорезиненные ткани или непромокаемые ткани со спецобработкой?

При любых условиях с кожи человека (через поры) испаряется влага. При высоких физических нагрузках начинается потоотделение с целью терморегуляции (отведения избыточного тепла). Этот процесс происходит, даже если вы, например, плаваете в воде. Поэтому одежда, через которую пары (пота) не могут пройти, очень некомфортна - вы тонете в собственном поту. Для устранения этого недостатка, вместо непроницаемых для паров воды покрытий, используются паропроницаемые мембраны. Их функция - не дать воде снаружи (осадки) попасть внутрь одежды, и одновременно, дать возможность поту и парам, которые выделяются через кожу, испариться и уйти в окружающую атмосферу. Тем самым, под одеждой, поддерживается более благоприятный, по сравнению с прорезиненной тканью, микроклимат.

Важно!
Ни одна мембрана, в принципе, не спасает от потоотделения - она не может его как-то искусственно снизить в сравнении с обычными текстильными тканями. По паропроницаемости (см. ниже) одежда с мембранами занимает промежуточное положение между одеждой из простых необработанных тканей и одеждой из полностью непроницаемых, для паров воды, тканей (например прорезиненной).
В сравнении с обычной текстильной тканью, вы получаете практически 100% непромокаемость в ущерб "дышимости".
Отсюда следует, что при одинаковых внешних условиях и нагрузке, в одежде с мембраной, вы можете (а по факту - будете) потеть сильнее, чем в аналогичной одежде без мембраны.
Учтите это и не "ведитесь" на рекламу.

"Побочный" эффект мембраны - 100% непродуваемость ветром. Это очень значительно снижает конвективные потери тепла из под одежды (унос нагретого воздуха и замена его холодным в результате конвекции или из-за ветра), что является положительным свойством при низких температурах и/или ветре. Но это же свойство, практически сводит на нет эффект охлаждение ветром в жаркую погоду.
Встречаются вопросы типа: "Правда ли, что, надев куртку с Gore-Tex на футболку и в -30°С мерзнуть не будешь?".
Или есть люди, убеждающие вас, что "мембрана греет" или даже что "мембрана поддерживает температуру тела +37°С". Строго говоря, это полный бред. Полимерная пленка (т.е. мембрана), толщиной в десятые и сотые миллиметра, не обладает сколь-нибудь значимой теплоизоляцией. Поэтому, несмотря на то, что мембрана препятствует уносу нагретого воздуха из-под одежды, воздух будет быстро охлажадаться теплопроводностью через мембрану, что не позволяет рассматривать мембраны как значимый теплоизолятор. И уж тем более, в ней нет никаких механизмов поддержания температуры воздуха или вашего тела.
Механизм терморегуляции встроен в наше тело.

Водостойкость, паропроницаемость, факторы комфорта

Основными потребительскими характеристиками мембран являются способность не пропускать через себя воду (осадки) и способность пропускать через себя водяные пары. Первая количественно характеризуется понятием "водостойкость". Способность мембраны пропускать водяные пары количественно характеризуется понятиями "паропроницаемость" или "сопротивление проникновению паров", в зависимости от применяемого метода измерения.

Водостойкость (или водонепроницаемость), waterproofness (миллиметры водного столба, мм вод. ст., mm H₂0) - высота столба воды, который мембрана (ткань) выдерживает не промокая. Фактически этот параметр указывает давление воды, выдерживаемое без промокания. Чем выше водостойкость мембраны, том более интенсивные осадки он может выдержать, не пропустив через себя воду.
Конечно, здесь не имеется в виду механическая прочность мембраны на разрыв. Мембрана сама по себе, без усиливающей ткани, "не обязана" механически выдерживать это давление. Её задача - не пропустить воду, а порваться ей не дает ткань или кожа, к которой она крепится.
Измерения водостойкости регламентируются стандартами JIS (Japanese Industrial Standards) L 1092 A/ISO 811 для измерения водостойкости до 2000 мм,
JIS L 1092 B - от 2000 мм до 30000 мм. и другими

Западные производители часто указывают водостойкость в фунтах на квадратный дюйм (PSI - pounds per square inch).

Паропроницаемость (г/м², g/m²) - количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны (ткани). Применяются и другие термины: Moisture Vapour Transfer Rate(MVTR), moisture permeability. Чаще всего указывается усредненная, за длительный промежуток времени, величина g/(m²•24h) - количество паров воды, которое способен пропустить квадратный метр мембраны (ткани) за 24 часа. Чем она выше, тем комфортнее одежда.

Наиболее распространенными методами измерения паропроницаемости являются методы
JIS L 1099 A1 (upright cup, calcium chloride method),
JIS L 1099 B1 (inverted cup, potassium acetate method) и
ISO 11092:1993 (The Sweating Hot Plate Test).

Паропроницаемость, измеренная по методу A1 более адекватно отражает уровень комфорта при низкой физической активности (низком потоотделении). Паропроницаемость, измеренная по методу B1 более адекватно отражает уровень комфорта при высокой физической активности (высоком уровне потоотделения).

По тестам Toray, чем выше паропроницаемость по методу A1, тем ниже абсолютная влажность кожи, в условиях низкой физической активности при средних и высоких температурах (+10°С и выше). Чем выше паропроницаемость по методу B1, тем ниже конденсация (на внутренней стороне мембраны).

Сопротивление проникновению паров (RET - Resistance Evaporative Thermique, moisture permeability resistance) (m²•Pa/W). Фактически это сопротивление квадратного метра мембраны и по сути, является обратным понятию "паропроницаемость".
Вычисляется эта величина косвенно и её суть объясняется ниже.
Величина RET измеряется по стандарту ISO 11092:1993 и чем она меньше, тем лучше.
Считается, что стандарт ISO 11092:1993 более адекватно отражает уровень комфорта в реальных условиях и в этом смысле ISO 11092:1993 и JIS L 1099 B1 близки.

Теперь о соответствии величин разных систем и методов.
С водостойкостью все ясно - прямое соответствие есть.
Берем соотношение ед. СИ: 1 PSI (6895 Па) и 1000 мм вод. ст. (9807 Па).
Получаем 1 PSI=703,07 мм вод. ст., 20 PSI = 14000 мм вод. ст., 40 PSI = 28000 мм вод. ст.
Однако это не всегда совпадает с приводимыми на некоторых сайтах значениями 20 PSI = 10000 мм вод. ст. и 40 PSI 20000 мм вод. ст. Не знаю почему. Исходя из этих цифр, вы можете соотнести эти величины самостоятельно. Сути это не меняет.

С паропроницаемостью и cопротивлением проникновению паров все гораздо хуже. Давайте рассмотрим, как производятся измерения по методам A1, B1 и ISO.

JIS L 1099 A1 ("вертикально стоящая чашка")
Абсорбент (хлорид кальция) помещается в сосуд в форме цилиндра с открытым верхом. Исследуемым образцом плотно закрывают емкость (тканью к сосуду, мембраной наружу). Вся конструкция помещается в контролируемые условия (+40°С, отн. влаж. 90%). Под действием разницы концентрации (давления) водяных паров снаружи и внутри сосуда происходит диффузия паров через мембрану внутрь сосуда, где они абсорбируются осушителем. Через некоторое время осушитель взвешивают и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняют, сколько водяных паров прошло через мембрану и соответственно поглощено абсорбентом. Результат экстраполируют до величины g/(m²•24h). Данный метод ничего не говорит о конденсации, и показывают поведение мембраны при низких физических нагрузках с низким потоотделением.

JIS L 1099 A2
Модифицированный вариант A1. Оказывается, я сам того не зная, осуществил его (примерно) в данном любительском опыте "Как я измерял паропроницаемость Sofitex 2000". В данном методе в сосуд наливается вода (+40°С), сосуд плотно закрывается исследуемым образцом (мембрана к сосуду). Конструкция помещается в контролируемые условия (+40°С, отн. влаж. 50%). Под действием разницы концентрации (давления) водяных паров внутри сосуда и снаружи происходит диффузия паров через мембрану из сосуда в окружающее пространство. Через некоторое время сосуд взвешивают и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняют, сколько водяных паров прошло через мембрану. Данный метод ничего не говорит о конденсации, и характеризует поведение мембраны при низких физических нагрузках с низким потоотделением.

JIS L 1099 B1 ("перевернутая чашка")
Абсорбент (раствор ацетата калия) помещается в перевернутый сосуд (дно вверху) закрытый пленкой ePTFE (политетрафторэтилен). ePTFE водонепроницаем и настолько хорошо "дышит" что не оказывает влияния на измерения (и почему его не используют вместо всего остального?). Исследуемым образцом плотно закрывают сосуд поверх ePTFE (тканью к ePTFE и мембраной наружу). Вся эта конструкция частично погружается в бОльшую емкость с водой. Под действием абсорбционных сил жидкого раствора ацетата калия, который непосредственно прилегает к ePTFE, происходит диффузия воды через мембрану внутрь абсорбента. Через некоторое время осушитель взвешивают и, сравнивая его вес с весом в начале измерения, выясняют, сколько водяных паров прошло через мембрану. Измерения по данному методу коррелируют с конденсацией (чем больше, тем меньше конденсация) и показывают поведение мембраны в условиях высоких физических нагрузок с высоким потоотделением.

JIS L 1099 B2 ("перевернутая чашка без непосредственного контакта с водой")
В отличии от метода B1, исследуемый образец закрывается еще одним слоем ePTFE. Тем самым, исключается контакт мембраны с водой в которую она погружена.

ISO 11092:1993 ("потеющая тёплая пластина")
Этот метод считается наиболее реалистичным и отражающим условия комфорта в реальных условиях, так как в нем лабораторные данные сопоставляются с ощущением комфорта людей, выполняющих упражнения или бегущих по беговой дорожке. Исследуемый образец (мембрана) размещается на металлизированной пористой тарелке. Тарелка подогревается и через мелкие отверстия в тарелке подается вода (+35°С, отн. влаж. 100%), симулируя тем самым процесс потоотделения. Снаружи конструкция обдувается потоком воздуха с контролируемыми параметрами. В процессе измерений температура тарелки поддерживается на постоянном уровне. По мере того, как вода проходит через мембрану, она испаряется. На испарение воды тратится энергия и для поддержания постоянной температуры пластины надо ее дополнительно подогревать. Так вот RET подсчитывается исходя из того, сколько энергии надо затрачивать, на поддержание постоянной температуры пластины. Чем больше на это затрачивается энергии, тем большее испарение через мембрану имеет место быть, а значит ткань оказывает меньшее сопротивление парам воды. Меньше сопротивление = больше паропроницаемость. Т.е. чем меньше RET, тем лучше.

Как видите, методы различаются существенно. A1 и B1 никак не коррелируются - цифра по A1 ничего не говорит о том, что показывает метод B1. Методы B1 и ISO 11092 по сути близки, но о каких-то конкретных пропорциях говорить трудно - они не вычислимы по какой-либо формуле. Из таблиц ниже можно будет составить некоторое представление об этом соотношении.

Теперь о конкретных цифрах.

Водостойкость.
По стандартам, ткань считается водостойкой, если она выдерживает минимум 1500 мм. Однако этого недостаточно в большинстве реальных ситуаций. Чем больше интенсивность осадков, тем больший размер имеют капли дождя. Капли при падении разгоняются до определенной скорости и, ударяясь о поверхность одежды, создают некое гидростатическое давление. К действию силы тяжести прибавляется скорость ветра, которая при штормах и ураганах достигает 30 м/с (100 км/ч) и выше. Кроме того, в процессе движения, одежда сминается и в определенных участках ткани происходит сжатие-растяжение, что так же может увеличить давление воды. Еще один фактор - внешнее давление предметов и тел на ткань, например: лямки рюкзаков, участки тела человека, на которые происходит опора в положении сидя (брюки) или лежа (дно палаток) и т.п.

Для оценки необходимой водостойкости можно использовать следующую таблицу.

Данные с www.torayentrant.com

Минимальная водостойкость, необходимая, чтобы мембрана выдерживала давление сидящего человека - 8000-

10000 мм. Для давления, оказываемого локтями или коленями, например на дно палатки, еще больше - около 20000 мм.

Паропроницаемость.
Исходя из вышесказанного, очевидно, что одних цифр недостаточно. Надо еще знать по какому методу проводились измерения.

Для оценки необходимой паропроницаемости можно использовать следующие две таблицы.

Хотя, конечно чем больше паропроницаемость, тем лучше.

Данные с http://www.planetfear.com/article_detail.asp?a_id=982

RET=0 соответсвует случаю, когда на вас нет одежды.

"Взгляд снаружи" - из чего и как

Для изготовления мембран используются синтетические полимеры, например: полиуретан - PU (Toray), политетрафторэтилен - ePTFE (Gore-Tex, eVENT),
сополимеры полиэстера и простых полиэфиров (Sympatex).

Мембрана Sympatex (с сайта Wikipedia)

Мембрана, как таковая, самостоятельно, не используется (я таких конструкций не знаю). Хотя бы по причине механических ограничений - из пленки толщиной порядка десятых и сотых миллиметра прочную одежду не сошьешь, и небольшие механические усилия легко повредят её. Посему, мембрана каким-либо образом плотно (без пустот) крепится (наносится) на изнаночную сторону ткани и выполняет функцию водонепроницаемого слоя.

С моей точки зрения, неправильно (нелогично) называть такую конструкцию словом "мембрана". Breathable fabrics ("дышащие ткани") тоже неудачно отражает суть. Англоязычный термин, который чаще всего используется - "waterproof breathable fabrics" - "водонепроницаемые дышащие ткани" (ВДТ). Такой "бутерброд" (ткань-мембрана(-ткань)), как единое целое, в дальнейшем и используется в качестве верхней ткани при изготовлении изделия. Тканый слой при этом при этом "смотрит" наружу, мембрана "смотрит" внутрь изделия.

Мембрана - только часть (элемент) такой конструкции. Поэтому, как вы понимаете, окончательные свойства конструкции ткань-мембрана(-ткань) будут зависеть и от свойств тканей. Поэтому, используя одну и ту же мембрану, в сочетании с различными тканями, получают водонепроницаемые конструкции с некоторым диапазоном свойств. Наружная ткань, в первую очередь, определяет прочность, толщину, жесткость, внешний вид ВДТ. Ткань так же уменьшает, в какой-то степени, паропроницаемость результирующей конструкции, так как волокна ткани перекрывают часть площади мембраны.

Мембрана может крепиться к ткани двумя способами:
Сoating - состав (в жидком виде) наносится тонким слоем на изнаночную сторону ткани, где он и полимеризуется с образованием пор.
Lamination - готовая мембранная пленка крепится к изнаночной стороне ткани посредством нагрева и давления (примерно как полиэтилен прилипает к ткани, если аккуратно прогладить утюгом через бумагу).

Итак, конструкции могут быть следующими.
2L (2-Layer) - конструкция представляет собой двухслойный сэндвич - наружная (обычно нейлоновая) ткань (1), к которой ламинируется (на которую наносится) собственно мембрана (2). При изготовлении изделий (куртки, брюки и т.д.) из 2L тканей, для защиты мембраны от механических повреждений, обычно используют дополнительную подкладку (сетка, подкладочная ткань).

2.5L (2.5-Layer) - конструкция представляет собой двухслойный сэндвич - наружная (обычно нейлоновая) ткань (1), к которой ламинируется (на которую наносится) собственно мембрана (2). В данном варианте, дополнительно, на мембране, c изнаночной стороны, делается объемное тиснение ("рифление", "вдавленный рисунок") или полиуретановые "пупырышки". Это уменьшает зону контакта мембраны с другими слоями одежды и предметами - т.е. косвенно защищает мембрану от повреждений. Отсюда и это "0.5". Но реальных слоя два!

3L (3-Layer) - конструкция представляет собой трехслойный сэндвич - наружная (обычно нейлоновая) ткань (1), к которой ламинируется (на которую наносится) собственно мембрана (2). К мембране ламинируется мелкая защитная сетка (3), изолирующая мембрану от контакта с предметами, деталями одежды и телом.

"Взгляд изнутри" - как это устроено и работает

Первый важный момент.
Пусть, далее по тексту, сторона мембраны, обращенная к телу человека, называется "внутренней", а сторона, обращенная в атмосферу - "внешней". Так вот, мембраны, используемы в одежде и обуви, не обладают свойствами однонаправленной паропроницаемости и водонепроницаемости. Т.е. исходя из первого впечатления, можно сделать ошибочный вывод, что мембрана не пропускает воду "снаружи" "внутрь" и пропускает е