基于溫感可變色材料的智能服裝設(shè)計與應(yīng)用

孫劉雙,陳書琴,顧竹珺,上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院

基于溫感可變色材料的智能服裝設(shè)計與應(yīng)用

孫劉雙,陳書琴,顧竹珺,上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院

隨著人們生活水平的提高，消費者對著裝智能化的追求層次越來越高，尤其對服裝的顏色的要求也正在由實用型向科技型轉(zhuǎn)變。因此，采用光敏、熱敏變色等變色原理，利用變色纖維和變色染料制造技術(shù)研發(fā)的變色材料，近幾年來在智能服裝中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文將就基于溫感可變色材料，對智能服裝的設(shè)計及其應(yīng)用展開研究。

變色纖維；變色材料；智能服裝；感溫變色漿料

染料是指纖維和其他材料著色的物質(zhì)，但是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，僅有染色功能的染料已不能滿足需求。目前世界上對擴(kuò)大染料功能的研究日益廣泛。例如，當(dāng)受到光照或加熱時它能發(fā)生顏色變化?？萍脊ぷ髡邔⒆兩牧嫌糜谌粘Ｉ畹姆b、服飾紡織品中。使服裝、服飾在不同的條件下產(chǎn)生特殊的色彩變化，讓人耳目一新、打破原有的服裝功能性。因此，變色材料借助現(xiàn)代高新科技，使服裝的顏色或者圖案隨著光照的變化、溫度的變化、干濕的變化而呈現(xiàn)出由常規(guī)的“靜態(tài)”變?yōu)槿綦[若現(xiàn)的“動態(tài)”效果的特殊材料得到了飛快的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用。

由于不同顏色會給人們以不同感覺，加上人們對色調(diào)及其精細(xì)等分辨能力，顏色已成為各種信號標(biāo)志的基礎(chǔ)和用以傳遞信息的一種手段。為此人們在應(yīng)用天然有色材料等同時，大量合成各種染料和顏料，廣泛應(yīng)用于建筑材料、印染工業(yè)、印刷工業(yè)和服裝中。顏色的產(chǎn)生和光與物質(zhì)等作用分不開。自然界已發(fā)現(xiàn)有些植物或動物的顏色可以在光照下發(fā)生可逆性的變化，仿照這個原理，人們創(chuàng)造出了變色太陽鏡、節(jié)能玻璃、變色油墨等受到外界刺激能發(fā)生顏色變化的所謂變色材料。

1 變色材料的定義及選用

所謂的變色材料是指隨著外界環(huán)境條件變化而發(fā)生顏色變化的物質(zhì)。

變色材料按其受外界因素影響導(dǎo)致材料變色分類，主要分為：光敏變色材料、熱敏變色材料、電致變色材料、濕敏變色材料和一些特殊的變色材料，如壓制變色材料、溶劑致變色材料等。[1]本文將僅就熱敏變色材料在服裝設(shè)計中的應(yīng)用加以討論。

目前市場上有兩種可以根據(jù)溫度變化的材料，一種是熱敏變色油墨，防偽原理是色料采用顏色隨溫度變化的物質(zhì)。防偽特征是手感或加熱時顏色出現(xiàn)變化。就像變色杯就是利用熱敏變色油墨的原理，手持是一種顏色，放下又是一種顏色。此油墨如今已有顏色可逆、顏色不可逆和記憶三種。[2]另外一種熱敏材料是感溫變色溫變漿料（感溫變色粉）是一種隨溫度的上升、下降而反復(fù)改變顏色的微膠囊材料。廣泛應(yīng)用于棉、汗布等各類棉混織物的涂料印花，通過在面料表面加入溫變漿料可以使普通布料達(dá)到功能性效果。其外觀為奶酪類的糊狀，屬于高分子聚合物混合體，其變色過程是根據(jù)物理學(xué)的熱敏原理制成的，跟化學(xué)制劑毫無關(guān)系。產(chǎn)品通過EN-71及RoHS測試?？蛇m用于食品包裝及玩具制造。用于直接接觸皮膚無任何對人體有害的物質(zhì)。兩種感溫變色材料均為世界級原料，是一種隨溫度上升、下降而反復(fù)改變顏色的微膠囊材料。[2]再加入傳感器的使用，傳感器在功能性服裝上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對服裝舒適性指標(biāo)的測定和信號的采集，為服裝提供實時的測量，監(jiān)控，實現(xiàn)對著裝人體的動態(tài)測量與監(jiān)護(hù)方面。

根據(jù)上述兩類材料的性能，由于感溫變色溫變漿料的成分不含汞、鉛等有毒成分，對人體皮膚無毒無刺激性。并且隨著溫度而變化，在生活上能更好地預(yù)測溫度，本文將采用感溫變色溫變漿料開展設(shè)計試驗。

2 感溫變色溫變漿料在智能服裝中的應(yīng)用原理

采用感溫變色溫變漿料應(yīng)用于智能服裝。感溫變色溫變漿料為世界級原料，是一種隨溫度的上升、下降而反復(fù)改變顏色的微膠囊材料，[3]見圖1。若應(yīng)用感溫變色溫變漿料，溫度下降，顏色加深,當(dāng)溫度升高，顏色則變淺。

圖1 溫變漿料感溫變色溫變圖

感溫變色溫變漿料的原理是：微膠囊包裹著隱形材料、色形成劑及控溫劑，籍由不同的控溫因子材料選擇，可制作成不同溫度區(qū)間的變色的色料。利用溫度的差異控制顏色的改變。現(xiàn)已開發(fā)的產(chǎn)品有低溫變色、手觸變色、高溫變色，有色變無色、有色變有色二段變色（一種顏色變化成另一種顏色）、三段變色（從一種顏色變化成另一種顏色再變化成一種顏色）。[4]

感溫變色溫變漿料能夠發(fā)生感溫變色的現(xiàn)象是因為溫度改變時物質(zhì)的相態(tài)發(fā)生改變，這種變化可以是物理也可以是化學(xué)的。目前成功運(yùn)用于紡織服裝領(lǐng)域中的物質(zhì)主要有兩種：一種是液晶體，一種是含有電子給予體和接受體等不同物質(zhì)的變色體系。兩類物質(zhì)都必須運(yùn)用微膠囊技術(shù)將其完全包覆[5]，才能應(yīng)用于紡織服裝中，才能保證對人體的安全，同時保證溫度變化時變色反應(yīng)的順利進(jìn)行。

將感溫變色溫變漿料應(yīng)用于紡織品可以通過印染技術(shù)。印染技術(shù)通過印花、浸染等技術(shù)將感溫變色溫變漿料應(yīng)用于面料中。

智能服裝具有感知和反應(yīng)的雙重功能服裝。除了像普通服裝那樣穿著以外，還可根據(jù)設(shè)計的意圖實現(xiàn)某些特殊功能。例如在春夏秋冬的季節(jié)里，通過把感溫變色溫變漿料應(yīng)用于圖案來感知外部環(huán)境或內(nèi)部溫度的變化，制定溫度區(qū)間透過溫度的變化反應(yīng)人的心理變化，建立心理情感與色彩變化之間的聯(lián)系。

3 基于可變色材料的智能服裝設(shè)計方法探索

基于可變色材料的智能服裝設(shè)計方法：

3.1 服裝類型的設(shè)計案例及其方法

設(shè)計采用oversize設(shè)計，設(shè)計時考慮了寬松和實用性。

圖2 oversize設(shè)計案例

2017年流行的設(shè)計款式是oversize感覺，如圖2的三款設(shè)計，在一定程度上保證了其寬松的款式以及一定的實穿性，身體總體采用了h型的設(shè)計，不強(qiáng)調(diào)衣身腰部的線條，總體是落肩的，并且袖窿會比較大，方便活動。因此設(shè)計的衣服主要是男女都可以穿著，所以在設(shè)計的時候主要考慮比較中性的設(shè)計，也采用了類似的oversize設(shè)計，男女均可穿。圖3設(shè)計的衣服也是采用了oversize設(shè)計，并且特別的寬大長度也是比較長的款式。

圖3 設(shè)計1

圖4采用了比較日常的款式，但是在材料上選用了tpu，日常的款式，比一般的雨衣更有可看性和時穿性，長度也是比較短的，總體偏向日常的款式，實穿性較高。大部分的時尚設(shè)計雨衣，都是在設(shè)計上更加偏向一些日常服裝。

3.2 服裝款式的設(shè)計

在瀏覽了以上設(shè)計案例之后，把方向定在了具有實穿性，可看性并且便于活動的設(shè)計，在設(shè)計上主要以實用為主并有本專業(yè)服裝設(shè)計的設(shè)計感和時尚感。將服裝設(shè)計的較為寬松，方便活動，并且因為是雨衣，所以里面還是要穿日常服裝的，所以寬松一點穿著方便也比較舒適。在款式上面，設(shè)計主要以日常的穿著風(fēng)格為主，但是都比較的寬松，也比較的運(yùn)動風(fēng)。第二件的衣服考慮到長度比較長，在上下的地方制作了一圈拉鏈，拉鏈方便可以將下部分的拉鏈拉開，衣服會變得比較的短有利于運(yùn)動，所有三件服裝的設(shè)計，都是采用了h型的廓形，衣服上都配有帽子，下雨天遮蓋頭部，第一件衣服偏向風(fēng)衣的設(shè)計。第三件在原有的雨衣設(shè)計上，加上了設(shè)計并且分割剪裁，顏色上下分開，具有可看性。長度普遍比較長，因為下雨天使用，太短的話，無法照顧到下半身，容易淋濕。在口袋上，第一件衣服和第三件衣服均設(shè)計了口袋，可以方便放入東西。拉鏈采用了比較大的拉鏈，可以方便拉開穿脫，小拉鏈很難拉開雨衣這種tpu的材料所以設(shè)計的拉鏈會比較大。在面料的選擇上主要是以防水和比較硬挺的tpu材料，符合雨衣的防水效果。并且在面料透明度上有一個漸變的過程。上部分的材料選擇半透明的tpu，而腿部的防水面料則采用透明的tpu材料，比較有層次感。并且下層的透明設(shè)計可以拆卸，方便在騎行或者需要大量運(yùn)動時使用。

3.3 服裝色彩的設(shè)計

雨衣的顏色上采用了藍(lán)白的設(shè)計，通透感比較強(qiáng)，對于雨衣的定義一直都是比較不好看的不是時尚的和比較單一的款式。在設(shè)計的時候盡量讓雨衣的時穿性和美觀性可以同時擁有，藍(lán)色是博大的色彩，天空和大海遼闊的景色都呈蔚藍(lán)色。藍(lán)色是永恒的象征，也是最冷的色彩。比較之下選擇了天藍(lán)色。在心理暗示來說，天藍(lán)和粉紅色一樣，都是“安撫色”，是令人安靜并放松的顏色。

3.4 服裝圖案的設(shè)計

服裝圖案設(shè)計的靈感主要來源于下雨天滴落的雨滴，由于這次服裝設(shè)計的服裝款式是雨衣，也是為了與設(shè)計的服裝款式相搭配吻合主題，所以采用了雨滴的外形特征。為了配合此次服裝設(shè)計的智能變色功能，雨滴的圖案需要具備可變色的能力，在設(shè)計上必須考慮到顏色的變色問題。

其實在此之前，設(shè)計過幾種圖案，經(jīng)過討論之后，選擇了否定重做。一開始的圖案設(shè)計本來構(gòu)想的是一葉知秋，可以通過葉子的變色來感知季節(jié)溫度的變化，制做四種顏色的變色方案，來體現(xiàn)服裝的智能性。但由于后來制作出來的圖案效果不太好，予以了否定。之后也進(jìn)行了小組討論，跟導(dǎo)師溝通協(xié)商之后，決定用比較具體卡通，有童趣的圖案，例如小汽車、棒棒糖之類，設(shè)計的盡量有設(shè)計感一些。通過幾次的斟酌之后，繪制了一個小的馬卡龍的造型，比較可愛的類型，有人物一樣可愛的面容，但顏色上設(shè)計了兩種可以供選擇，一個深色一個淺色，但后面還是沒有通過大家的肯定，原因是跟主題無法呼應(yīng)。在此之后，小組成員提出了用雨滴造型的想法，于是就用此來設(shè)計本次智能服裝的圖案。

首先是設(shè)計雨滴的輪廓造型，有尖頭彎曲的，也有不彎曲的，有比較細(xì)長的，也有比較扁的，最終是決定了箭頭不彎曲的較為胖乎乎的雨滴造型，這樣顯得比較有童趣。由于只用雨滴的造型來填充圖案顏色太過于單調(diào)乏味，于是在雨滴的造型當(dāng)中做一些設(shè)計，增加設(shè)計感和趣味性。一開始想到的是用反復(fù)的雨滴造型，尖頭處重疊，發(fā)現(xiàn)呈現(xiàn)的效果不理想，后選擇用分割的方式，符合了之前的想法，剩下的就是顏色設(shè)計的部分。

由于智能服裝的特殊性，圖案需要有變色的功能，而要設(shè)計出的變色效果必須是人一眼便可以分辨出的顏色變化，顏色的變色范圍要大，同時顏色的跨度變化也要大，這樣才能夠體現(xiàn)人性化的智能服裝，而不是為使用者增加分辨顏色變化的難度。在變化上，在22度時，使用從紫紅色變?yōu)樗{(lán)色的變化，從較暖的顏色變?yōu)槔渖?3度時，從無色變?yōu)辄S色，顏色的變化都很明顯。如圖5為圖案在服裝上的分布。

圖5 服裝圖案分布圖

3.5 溫感變色智能服裝的制作過程

智能服裝綜合采用了多門科學(xué)的前沿技術(shù)，開發(fā)思路新穎獨特，符合時代發(fā)展的需求。另外，智能服裝的開發(fā)也兼顧了服裝的款式設(shè)計、色彩變換、面料選擇及其舒適性和衛(wèi)生性能等要素。這類高科技服裝還迎合了新時代人們衣著理念的改變。智能服裝的智能化功能主要通過以下四種途徑得以實現(xiàn)。

1.將感溫變色溫變?nèi)玖嫌∪镜綀D案上。印染是前處理，染色，印花，后整理，洗水等的總稱。

2.設(shè)定溫度區(qū)間，夏天20℃～35℃變成冷色調(diào)。冬天零下至10℃變成暖色調(diào)。冷色與暖色是依據(jù)心理錯覺對色彩的物理性分類，對于顏色的物質(zhì)性印象，大致由冷暖兩個色系產(chǎn)生。波長長的紅光和橙、黃色光，本身有暖和感，以次光照射到任何色都會有暖和感。相反，波長短的紫色光、藍(lán)色光、綠色光，有寒冷的感覺。夏日，關(guān)掉室內(nèi)的白熾燈，打開日光燈，就會有一種變涼爽的感覺。顏色也是如此，在冷食或冷的飲料包裝上使用冷色，視覺上會引起對這些食物冰冷的感覺。冬日，把臥室的窗簾換成暖色，就會增加室內(nèi)的暖和感。

3.將傳感器應(yīng)用于服裝。加入傳感器的使用，傳感器在功能性服裝上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對服裝舒適性指標(biāo)的測定和信號的采集，為服裝提供實時的測量，監(jiān)控，實現(xiàn)對著裝人體的動態(tài)測量與監(jiān)護(hù)。[6]

4 基于可變色材料的智能服裝設(shè)計案例分析

依據(jù)上述理論基礎(chǔ)，本研究設(shè)計開發(fā)的可變色智能服裝由外部環(huán)境溫度的變化從而改變服裝圖案的顏色，以此體現(xiàn)色彩變化與心理情感的關(guān)系。心理學(xué)家對此曾做過許多試驗。他們發(fā)現(xiàn)，在紅色環(huán)境中，人的脈搏會加快，血壓有所升高，情緒興奮沖動。而處在藍(lán)色環(huán)境中，脈搏會減緩，情緒也較沉靜。有的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，顏色能影響腦電波，腦電波對紅色反應(yīng)是警覺，對藍(lán)色的反應(yīng)是放松。

課題選擇方向為可變色智能雨衣。下雨天給人的感覺灰蒙蒙的、沒有生機(jī)。通過研究可變色智能雨衣，讓下雨天不在單調(diào)乏味，給雨衣帶來一絲生氣。讓顏色的變化給人們帶來一絲絲暖意、一絲絲活力。

設(shè)計的構(gòu)思：在未來幾年，人們的衣柜里都將是智能服裝，這其中蘊(yùn)含的巨大市場需求，非常直觀與可預(yù)見?？勺兩悄苡暌聭?yīng)用范圍廣泛，可用于一年四季，通過春夏秋冬的溫度變化，例如在炎熱的夏天，雨衣的顏色會變成冷色調(diào)，使人們心理產(chǎn)生一絲涼意，在寒冷的冬天，雨衣的顏色變成暖色調(diào)，在冷風(fēng)中感受溫暖。一方面是因為雨衣的設(shè)計很單一匱乏，一方面是想體現(xiàn)色彩變化與心理情感的關(guān)系。心理學(xué)家對此曾做過許多實驗，顏色是能影響人們的心情的。

設(shè)計的效果見圖6：

圖6 設(shè)計效果圖

款式的結(jié)構(gòu)見圖7：

圖7 款式結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計的方案：在設(shè)計上主要以實用為主并有本專業(yè)服裝設(shè)計的設(shè)計感時尚感，在設(shè)計過程中，主要設(shè)計以較為寬松，方便運(yùn)動的設(shè)計為主。并且在顏色上采用了通透感比較強(qiáng)的藍(lán)色和白色。在面料的選擇上主要是以防水和比較硬挺的tpu材料，符合雨衣的防水效果。并且在面料透明度上有一個漸變的過程,比較有層次感。并且下層的透明設(shè)計可以拆卸。畫出草稿與導(dǎo)師交流意見，對于造型得到肯定后，加以設(shè)計圖案，在圖案的設(shè)計方面，盡可能設(shè)計簡單直觀的圖案，組員修改了多次圖案加以完善。因為圖案是本研究智能穿戴主要的變化處，草稿完成后開始描外形，加以完善設(shè)計圖。

圖案設(shè)計圖：采用雨滴的輪廓造型，箭頭不彎曲的較為胖乎乎的雨滴造型，顯得比較有童趣。由于只用雨滴的造型來填充圖案顏色太過于單調(diào)乏味，于是在雨滴的造型中做一些設(shè)計，增加設(shè)計感和趣味性。圖8為設(shè)計的服裝圖案。

圖8 服裝圖案設(shè)計圖

本研究設(shè)計的可變色智能雨衣應(yīng)用范圍廣泛，可用于一年四季的雨衣，通過春夏秋冬的溫度變化，例如在炎熱的夏天，雨衣的顏色會變成冷色調(diào)，使人們的心理產(chǎn)生一絲涼意。在寒冷的冬天，人們看到暖色調(diào)的顏色，脈搏會加快，血壓有所升高，會產(chǎn)生興奮沖動的情緒，雨衣的顏色由冷色調(diào)變?yōu)榕{(diào)，使人們在冷風(fēng)中感受溫暖。圖9為設(shè)計并制作完成的成衣。

圖9 成衣圖

5 結(jié)語

可變色材料智能服裝設(shè)計的目的是為了讓人產(chǎn)生更好的體驗，研究這款智能雨衣的實用性和創(chuàng)意性令人感到興奮。從遮羞御寒的單一功能到各種功能型服裝，人們希望身體最親密的服裝擁有更多的功能來滿足現(xiàn)代生活的需要。作為服裝設(shè)計者，通過可變色材料智能服裝設(shè)計來完善服裝設(shè)計，達(dá)到改善和革新新用戶體驗的目的。使用可變色雨衣來改善人們對下雨天煩悶的心情，為雨天的無趣增添了一絲生機(jī)與活力。使用戶在與智能服裝產(chǎn)品交流時能產(chǎn)生良好的體驗，考慮到服裝是否更符合用戶的思維邏輯和穿著方式的同時，通過服裝顏色的變化，體現(xiàn)色彩與心理的關(guān)系，讓人在情感上發(fā)生微妙的變化。

［1］顧振亞，陳莉.智能紡織品設(shè)計與應(yīng)用.[M]工業(yè)出版社.2006年：76-77.

［2］張彥，王凱.熱致變色油墨[J]絲網(wǎng)印刷.2008年（5）：21-23.

［3］萬震，王煒，謝均.光敏變色材料及其在紡織品上的應(yīng)用[J]針織工業(yè);2003年（6）：87-89.

［4］蔣大富，變色材料在紡織產(chǎn)品中的應(yīng)用.[J].紡織科技進(jìn)展.2016（3）：6-7.

［5］胡亞康，史麗敏，安樂樂，感溫變色材料在童裝圖案中的應(yīng)用設(shè)計初探.[J]山東紡織科技.2015（6）：15-18.

［6］沙占友.溫度傳感器技術(shù)與應(yīng)用溫度傳感器研究應(yīng)用技術(shù)[M]機(jī)械工業(yè)出版社.2002年：20-23.

Applied Research on Design of Smart Clothing Base on Thermochromic Material

With the higher living standard,customers requires higher level on smart clothing.People transfer their attentions from practicality to scientificalness based on the requirement of the color of clothes.Therefore,according to the theory that colors change when lights and temperature change,Thermochromic material that made from chromotropic dyes and chromotropic fibers get widely used in the smart clothing industry.This paper will disclose the research of the design and application of smart clothing based on the study ofThermochromic material.

Chromotropic dyes;chromotropic fibers;smart clothing;thermochromic pigment powders

孫劉雙（1996-）女，本科在讀，研究方向為服裝與服飾設(shè)計，E-mail:sunliushuang@126.com.

胡越（1975-）男，教授，博士，研究方向為服裝藝術(shù)設(shè)計，E-mail：huyue2006_1@126.com.