بنية ونفاذية الهواء لأقمشة المظلات المصنوعة من البولي أميد والبوليستر

لماذا يهم القماش فوق رأسك

عندما تفتح المظلة، يعيش مصيرك حرفياً معلقاً بشبكة من الخيوط فائقة النحافة. يجب أن تتفتح هذه الخيوط في جزء من الثانية، وتتحمل قوى عنيفة، وفي الوقت نفسه تسمح بمرور كمية مناسبة من الهواء حتى يبقى المظلل مستقرًا بدلاً من التذبذب أو الانهيار. تبحث هذه الدراسة بعناية في الأقمشة الخاصة المستخدمة في مظلات الرياضة والإنقاذ الحديثة، وتقارن بين نوعين شائعين من الألياف — البولي أميد الشبيه بالنايلون والبوليستر — وتطرح سؤالًا عمليًا: كيف تتحكم البنية الدقيقة الداخلية لهذه الأقمشة في تدفق الهواء من خلالها، وكيف يمكننا التنبؤ بهذا السلوك قبل أن يقفز أي شخص؟

من الحرير إلى الخيوط عالية التقنية

قطعة قماش المظلة قطعت شوطًا طويلاً منذ الحقبة التي كان يُستخدم فيها الحرير. اليوم تُصنع العديد من الأشرعة من بولي أميد 6,6 (الذي يُطلق عليه غالبًا نايلون) أو من بوليستر (PET). البولي أميد قوي وناعم ويتحمل جيدًا الفتحات المتكررة عالية السرعة، ولهذا حل محل الحرير في السبعينيات. لكنه له أيضًا عيوب: يمكن أن يسخن بسبب الاحتكاك عندما تنساب الحبال عبر القماش، ويمتص الرطوبة، وحساس لأشعة الشمس وبعض المواد الكيميائية. بالمقابل، البوليستر أكثر صلابة وأقل مرونة وأقل تأثراً بالرطوبة، ما قد يحسن من الانزلاقات الطويلة والثابتة. ومع ذلك، فإن الصلابة نفسها تجعل فتحات المظلة أكثر قسوة على القافز. لذلك يحتاج المصممون إلى موازنة هذه المزايا والعيوب، وتعتمد هذه الموازنة ليس فقط على نوع الألياف ولكن على كيفية حزم آلاف الخيوط الدقيقة وتسويتها في القماش النهائي.

كم عدد الفجوات الدقيقة التي تصنع فارقًا كبيرًا

يضع المؤلفون نموذجًا هندسيًا يعامل كل خيط في النسيج كمجموعة من العديد من الخيوط المتوازية مرتبة في نمط قرص عسلي كثيف — مثل فقاعات مصفوفة بإحكام. أثناء حياكة القماش، وخاصة عندما يُضغط بين بكرات ساخنة في عملية تسمى الكالندر، تُسحق هذه الحزم الدائرية لتصبح أكثر تسطحًا عند التقاطع. في النموذج، يتغير مقطعها العرضي من شكل دائري إلى مستطيل مستدير الحواف، يشبه كبسولة مسطحة قليلاً. من خلال تتبُّع مدى اتساع هذه الحزم وسماكتها، ومدى قربها من بعضها في اتجاهي الحرفة واللحمة، يمكن للباحثين حساب نسبة حجم القماش التي تشكلها الألياف الصلبة ونسبة المساحة الخالية. هذه «المسامية» هي المفتاح لمدى سهولة تسرب الهواء عبر المظلة.

قماش المظلة الحقيقي تحت الميكروسكوب

اختبر الفريق أقمشة مظلات تجارية من نوع Ortex مصنوعة من خيوط بولي أميد وبوليستر موفرة من مصنع تشيكي. قاسوا نعومة الألياف، وقوتها، وتمددها، وصلابتها، وفحصوا التركيبات النسيجية باستخدام مجاهر ضوئية وكهربونية. تبين أن حزم البوليستر أصغر قليلاً في القطر لأن كثافة البوليستر أعلى من البولي أميد؛ وهذا يعني أنه يمكن حشر مزيد من الحزم في نفس المساحة. في الأقمشة المعالجة بالكالندر، تسطحت خيوطات البولي أميد أكثر بكثير من خيوطات البوليستر، منتجة بنية أكثر إحكامًا. ونتيجة لذلك، كان للقماش النهائي من البولي أميد مسامية أقل — نحو 31% فراغ — بينما بقيت الأقمشة المماثلة من البوليستر أكثر انفتاحًا، بحوالي 49% مسامية، حتى بعد الكالندرة المتكررة.

ربط تدفق الهواء بتصميم القماش

لربط البنية بالأداء، قاس الباحثون كمية الهواء التي مرت عبر عينات قماش بمساحة 20 سنتيمترًا مربعًا تحت فروق ضغط مختلفة باستخدام جهاز اختبار متخصص. سمح قماش البولي أميد باستمرار بأقل كمية من الهواء، في حين سمح البوليستر غير المعالج بأكثرها، وجاء البوليستر المعالج بالكالندر في الوسط، موافقًا لاتجاهات المسامية. ثم قارن الفريق بين وصيفين رياضيين لكيفية تحرك الهواء عبر المواد المسامية. قاعدة خطية بسيطة تعرف باسم قانون دارسي تفترض أن فرق الضغط عبر القماش يرتفع تناسبًا مباشرًا مع تدفق الهواء. قاعدة أكثر تعقيدًا، تربيعية، تُستخدم غالبًا لسرر الحبيبات المعبأة، تضيف حدًا إضافيًا ينمو بمربع التدفق. عند ملاءتها مع القياسات، لم يقدم الحد التربيعي أي تحسين ذي معنى: فقد وصفت البيانات جيدًا القاعدة الخطية البسيطة.

ماذا يعني هذا من أجل هبوط أكثر أمانًا

بالنسبة لمصممي المظلات، توفر الدراسة مجموعة أدوات عملية. بالانطلاق من نوع الألياف وبنية الخيط، ثم بأخذ كيفية تسطيح حزم الخيوط أثناء الحياكة والكالندرة في الاعتبار، يمكنهم تقدير سماكة القماش وكثافته ومساميته—والأهم من ذلك—نفاذية الهواء. إن الاستنتاج القائل بأن علاقة خطية بسيطة تربط بين فرق الضغط وتدفق الهواء يعني أن التنبؤ بالأداء عبر ظروف مختلفة أسهل مما كان يعتقد سابقًا. أقمشة البولي أميد، التي تتسطح أكثر تحت الكالندرة، تنتج بطبيعة الحال أشرعة أكثر إحكامًا وأقل تنفوسًا من البوليستر عند نفس حجم الخيط. يمكن لاستخدام البوليستر أن ينجح أيضًا، لكنه يتطلب نسيجًا أكثر كثافة قليلًا للوصول إلى نفاذية هواء منخفضة تحافظ على استقرار المظلة. باختصار، الطريقة التي تُشكَّل وتُضغط بها ملايين الفجوات المجهرية هي التي تحدد مدى رفقة—ومدى أمان—عود الشخص إلى الأرض.

الاستشهاد: Křemenáková, D., Militký, J. & Venkataraman, M. Structure and air permeability of polyamide and polyester parachute fabrics. Sci Rep 16, 12810 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43221-4

الكلمات المفتاحية: أقمشة المظلات, نفاذية الهواء, بولي أميد نايلون, بوليستر PET, المسامية