聚合物光纖在服飾刺繡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張華玲，王立晶

(1.黎明職業(yè)大學(xué) 紡織鞋服工程學(xué)院，福建 泉州 362000，2.墨爾本皇家理工大學(xué) 紡織服裝設(shè)計(jì)學(xué)院，澳大利亞 墨爾本 3056)

光纖常被用于一些功能面料，如安全防護(hù)服、兒童外套等[1]。近年來(lái)，光纖也逐步應(yīng)用于時(shí)尚服飾領(lǐng)域，為穿著者帶來(lái)新奇趣味的體驗(yàn)，不僅使服裝藝術(shù)綴上點(diǎn)睛之筆，還滿足了服飾藝術(shù)多元化、新穎化、差異化的需求。目前光纖在服飾上的應(yīng)用主要是將光纖以紗線的形式植入織物，從而形成具有發(fā)光效果的平面織物，這種發(fā)光織物可用于生產(chǎn)登山露營(yíng)用品、安全警示產(chǎn)品以及一些舞臺(tái)服裝[2]。例如香港理工大學(xué)研發(fā)的以納米發(fā)光布織成的“發(fā)光芭蕾舞裙”和臺(tái)灣喜多坊婚紗公司推出的“光纖婚紗”。但將光纖織入紡織品的難度較高，制作過(guò)程比較復(fù)雜，對(duì)材料的性能要求也較高，加上服裝需洗滌等，使光纖在服裝上的應(yīng)用受到了一定限制。而一些服裝的配飾、小工藝品則操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)且成本低廉，它們可獨(dú)立成型，用于裝飾點(diǎn)綴；或穿插其間，參與結(jié)構(gòu)布局等[3]。

文中通過(guò)設(shè)計(jì)并制作兩組線繡作品，根據(jù)不同的圖案特征，選擇端發(fā)光光纖或側(cè)發(fā)光光纖，將塑料光纖與部分繡線相結(jié)合，植入線繡圖案中，用發(fā)光二極管提供光源，并通過(guò)對(duì)光源顏色的選擇，以及發(fā)光時(shí)間、發(fā)光順序的控制，嘗試使線繡圖案呈現(xiàn)不同的色彩效果，從而豐富布藝包袋、鞋面、帽子、胸針等服飾配件的設(shè)計(jì)。

1 光纖發(fā)光的原理與制備

1.1 光纖發(fā)光的原理

聚合物光纖是以高折射率的聚合材料制作的纖芯和低折射率皮層構(gòu)成的光導(dǎo)纖維[4]。光纖自身并不發(fā)光，須給予一定的光線照射，光線由光導(dǎo)纖維的一端進(jìn)入，沿芯線經(jīng)多次全反射，從另一端將光的明暗、光點(diǎn)的明滅、信號(hào)的變化射出。

1.2 光纖的制備

光纖發(fā)光的效果以端發(fā)光為主，即在光纖的一端給予光線，則光纖首尾兩端發(fā)光。發(fā)光后色相飽和，等向性好，在可見(jiàn)光區(qū)不吸收、不散射、不產(chǎn)生輻射、不受電磁及無(wú)線電的干擾、受光角大，具有鮮明耀眼的藝術(shù)視覺(jué)效果。光纖端發(fā)光的效果如圖1所示。

圖1 光纖端發(fā)光的效果Fig.1 Effects of optical fiber end luminescence

側(cè)發(fā)光光纖是指光在光纖傳輸過(guò)程中，不僅將光從光纖的入射端面?zhèn)鬏斨脸錾涠嗣?，而且還有一部分光從光纖包覆層透射出來(lái)，從而形成光纖側(cè)面發(fā)光的現(xiàn)象[5]。側(cè)發(fā)光光纖的制備通常以端面光纖為原料，對(duì)需要發(fā)光部分的光纖進(jìn)行特殊處理，使光纖可在指定的側(cè)部透出光[6]。目前，以端面光纖為原料制備側(cè)發(fā)光光纖[7]的方法主要有機(jī)械破壞、化學(xué)腐蝕、等離子處理、激光雕刻和彎曲等[8-9]，其中機(jī)械破壞法中砂紙摩擦法是最簡(jiǎn)單的制備方法之一。塑料光纖皮層較薄，容易被破壞而導(dǎo)致側(cè)漏光[10]。根據(jù)設(shè)計(jì)作品的要求，利用不同型號(hào)的砂紙，在所設(shè)定位置進(jìn)行不同程度的摩擦，即可獲得不同位置、不同亮度的發(fā)光效果。圖2是光纖摩擦前與摩擦后發(fā)光效果的對(duì)比。此方法雖然無(wú)法適用于批量生產(chǎn)，但其操作簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉，可將其應(yīng)用于一些手工DIY作品，不僅滿足人們的個(gè)性化需求，而且拓展了發(fā)光織物的使用范圍。

(a)摩擦前

(b)摩擦后

2 端發(fā)光光纖繡花圖案的設(shè)計(jì)與制作

端發(fā)光光纖的發(fā)光特點(diǎn)為首尾兩端發(fā)光，中間不發(fā)光。文中根據(jù)這一特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的線繡圖案設(shè)計(jì)，以達(dá)到最好的發(fā)光效果。所需要的材料包含：15 cm×15 cm左右麻布料一塊，各色繡線足量；光纖若干；繡花針2支。首先在平紋織物上描繪好所設(shè)計(jì)的圖案，確定圖案發(fā)光部分及光纖切入位置，端發(fā)光興纖繡花圖案設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 線繡圖案設(shè)計(jì)Fig.3 Pattern design of thread embroidery

將光纖分束，每束若干支(根據(jù)所需效果確定)。按照所繪圖案與繡線一并縫入，可縫于面料正面上亦可藏于面料底面，最后在面料正面穿出。設(shè)計(jì)圖案為小薊花，光纖束的上端沿花莖一直繡至花托，穿出布面2 cm左右，散布花朵之中，呈放射狀花形；下端留出3～5 cm左右，插入面料的反面，以便接入LED燈。完成所有的線繡圖案后，將光纖的底端接入LED燈光源處。如若需要分色、分動(dòng)靜態(tài)閃爍，則要進(jìn)行進(jìn)一步的分類工作，并在LED燈珠內(nèi)部安裝不同顏色的發(fā)光管芯，對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。固定好光纖與LED光源的接頭及電路板，接通電源，即可完成發(fā)光圖案的制作。圖4為小薊花線繡的正、背面圖。

圖4 小薊花線繡正背面Fig.4 Front and back of the pattern of thistle

3 側(cè)發(fā)光光纖繡花圖案的設(shè)計(jì)與制作

由于端發(fā)光光纖僅在入射端與出射端發(fā)光，使圖案設(shè)計(jì)受到了很大的限制，為了使光纖的應(yīng)用更廣泛，發(fā)光圖案不再單調(diào)并更具動(dòng)態(tài)耀眼的藝術(shù)視覺(jué)效果，將光纖進(jìn)行一定的處理，使之不僅在入射端與出射端發(fā)光，同時(shí)在側(cè)面也能發(fā)光，從而進(jìn)一步拓展光纖藝術(shù)品的設(shè)計(jì)空間。側(cè)發(fā)光光纖線繡圖案制作方法與端發(fā)光光纖相同。

所需材料包含：25 cm×30 cm左右麻布料一塊，將圖案在布料上描繪好,薔薇花圖案設(shè)計(jì)花稿如圖5所示；各色繡線足量 ；光纖若干；繡花針2支；25 cm×18 cm繡棚1個(gè)。

圖5 薔薇花圖案設(shè)計(jì)Fig.5 Pattern design of rosa multiflora thunb

線繡方法與前面相同，將光纖分束，每束若干支(根據(jù)所需效果確定)。按照所繪圖案與繡線一并縫入，縫于面料正面，最后在面料反面穿出。本圖案為薔薇花的設(shè)計(jì)，光纖束沿花莖一直繡至花芯，穿出布面2 mm左右，下端留出3～5 cm左右，插入面料的反面，接入LED燈。薔薇花繡花效果如圖6所示。

4 電路設(shè)計(jì)

4.1 原理圖設(shè)計(jì)

LED電路示意如圖7所示，控制部分采用PIC16F1937微控制器，一般控制器只能控制燈亮與不亮，PIC12F1937帶有LCD驅(qū)動(dòng)器、采用nanoWattXLP技術(shù)的CMOS閃存單片機(jī)，耗電低、抗干擾能力強(qiáng)，輸入、輸出端口多，擴(kuò)展能力強(qiáng)，可以根據(jù)用戶需求做出各種不同的顯示。

圖6 薔薇花線繡正背面Fig.6 Front and back of the pattern

圖7 LED電路示意Fig.7 LED circuit diagram

4.2 線路板設(shè)計(jì)

根據(jù)圖案設(shè)計(jì)，對(duì)光纖進(jìn)行分組，分別插入不同顏色的LED燈，并用絕緣塑料套管連接光纖束與發(fā)光二極管。將不同顏色的發(fā)光二極管連接到電路上，利用定時(shí)器產(chǎn)生方波，通過(guò)計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，驅(qū)動(dòng)功率管控制發(fā)光二極管的開(kāi)關(guān)，從而使不同顏色LED燈交替發(fā)光，令線繡圖案呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果。線路板設(shè)計(jì)如圖8所示。其中，輕觸按鈕S1，可對(duì)顯示類型進(jìn)行選擇；輕觸按鈕S2，可對(duì)顯示的速度進(jìn)行選擇，如循環(huán)顯示、遞減顯示等；LED燈接口，用于點(diǎn)亮光纖。

1為電池接口；2為充電接口；3為輕觸按鈕S1；4為輕觸按鈕S2；5為L(zhǎng)ED燈接口。圖8 線路板設(shè)計(jì)Fig.8 PCB circuit diagram

選用5種顏色的LED燈(見(jiàn)圖7)，分別為紅(D1)、藍(lán)(D2)、黃(D3)、綠(D4)、白(D5)。設(shè)置了7種類型的閃爍方式：①全閃：所有顏色的燈同時(shí)閃，即D1+D2+D3+D4+D5；②跑馬燈式閃爍1：D1→D2→D3→D4→D5；③跑馬燈式閃爍2：D5→D4→D3→D2→D1；④交替閃爍：D1+D2→D3+D4+D5，再交替閃；⑤遞增閃爍：D1→D1+D2→D1+D2+D3→D1+D2+D3+D4→D1+D2+D3+D4+D5；⑥遞減閃爍：與遞增閃爍相反，即D1+D2+D3+D4+D5→D1+D2+D3+D4→D1+D2+D3→D1+D2→D1；⑦綜合顯示：先遞增閃爍D1→D1+D2→D1+D2+D3→D1+D2+D3+D4→D1+D2+D3+D4+D5，再遞減閃爍D1+D2+D3+D4+D5→D1+D2+D3+D4→D1+D2+D3→D1+D2→D1，然后所有燈全閃3次，再由兩邊向中間遞增，最后從中間向兩邊遞增。

7種顯示類型可循環(huán)，通過(guò)輕觸按鈕S1選擇不同的顯示類型，S2選擇不同的顯示速度，每次選擇速度和類型后，都會(huì)自動(dòng)保存，開(kāi)機(jī)后的顯示狀態(tài)為上一次關(guān)機(jī)前的顯示方式。

4.3 端發(fā)光成品效果

按照4.2的方法設(shè)計(jì)并制作的線繡作品，在接通LED燈，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)后，花朵尖端顯現(xiàn)端發(fā)光的光纖，并可以控制其閃爍的顏色、順序及頻率，使線繡圖案呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)發(fā)光的效果。特別是在黑暗背景的烘托下，更能制造出別具一格的視覺(jué)效果，形、色、光交相呼應(yīng)，變化萬(wàn)千。小薊花發(fā)光效果如圖9所示。

4.4 側(cè)發(fā)光成品效果

按照4.2設(shè)計(jì)并制作的線繡作品，在接通LED燈，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)后，不僅在花芯端發(fā)光，花莖也可以發(fā)光，并且通過(guò)控制燈光閃爍的顏色、順序及頻率，使線繡圖案效果更加豐富。薔薇花發(fā)光效果如圖10所示。

圖9 小薊花發(fā)光效果Fig.9 Luminous effects of the finished product with light transmitted between the two ends of each optical fiber

圖10 薔薇花發(fā)光效果Fig.10 Luminous effects of Scape and rose flower

5 結(jié)語(yǔ)

光纖作為非紡織類材料，在多元化跨界應(yīng)用的背景下，其特點(diǎn)尚未得到更好的發(fā)揮。把光纖與紡織、電子相結(jié)合，開(kāi)發(fā)新的工藝和表現(xiàn)手法，通過(guò)圖案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)制作的服飾配件作品有一定新穎性，滿足服飾藝術(shù)多元化、個(gè)性化的需求。文中使用端發(fā)光及側(cè)發(fā)光光纖設(shè)計(jì)線繡圖案，制作的可發(fā)光、圖案色彩可變換的線繡作品，簡(jiǎn)單易學(xué)，成本低，無(wú)需特殊設(shè)備，人們可購(gòu)買配件自己組裝(DIY)。此方法可以應(yīng)用到服裝、鞋、包袋及其他服飾手工藝品，甚至可以應(yīng)用到窗簾及墻上紡織飾品中。

[1] 武睿，金子敏,陸浩杰,等.圖案色彩可變換的光纖織物[J].紡織學(xué)報(bào)，2010,31(12)：43- 46，52.

WU Rui,JIN Zimin,LU Haojie,et al.Development of optical fiber fabric with pattern color changeable[J].Journal of Textile Research，2010,31(12)：43- 46，52.(in Chinese)

[2] 尚超,楊斌.光纖發(fā)光針織物的側(cè)發(fā)光性能研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2014(3)：9-13.

SHANG Chao，YANG Bin.Research on side glowing performance of luminous knitted fabrics with optical fiber[J].Advanced Textile Technology，2014(3)：9-13.(in Chinese)

[3] 劉健.光導(dǎo)纖維在裝飾藝術(shù)中的應(yīng)用研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2014：12-14.

[4] 金瑞鵬,金子敏,楊斌,等.摩擦法制備側(cè)發(fā)光光纖及亮度變化研究[J].絲綢,2015,52(2):31-35.

JIN Ruipeng，JIN Zimin，YANG Bin，et al.Preparation of side-glowing optical fiber by friction method and study on luminance change[J].Journal of Silk,2015,52(2):31-35.(in Chinese)

[5] 陳園園，俞玲玲,楊斌,等.一種新型織物——發(fā)光織物的研制[J].絲綢，2008,47(5)：19-21.

CHEN Yuanyuan,YU Lingling,YANG Bin,et al.Research on a new type of fabric—a luminous fabric[J].Journal of Silk,2008,47(5):19-21.(in Chinese)

[6] 陳園園，楊斌,金子敏.可控發(fā)光織物的研制及其亮度表征[J].紡織學(xué)報(bào)，2008,29(8)：38- 41.

CHEN Yuanyuan,YANG Bin,JIN Zimin.Manufacture of controllable luminous fabric and characterization of the luminance[J].Journal of Textile Research，2008,29(8)：38- 41.(in Chinese)

[7] Kermenakova D，Meryova B，Militky J.Illumination intensity changes of side emitting optical fibers[J].Word Journal of Engineering，2013,10(3)：217-222.

[8] 王金春，光纖提花織物的織造工藝研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[D].杭州：浙江理工大學(xué)，2012：4-8.

[9] 江源,凌根華,殷志東.側(cè)面發(fā)光光纖的制備原理及其應(yīng)用[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2004(4)：10-16.

JIANG Yuan,LING Genhua,YIN Zhidong .Preparing principle and applications of side-glowing optical fiber[J].Optical Fiber and Electric Cable，2004(4)：10-16.(in Chinese)

[10] Ali Harlin,Mailis Makinen,Anne Vuorivirta.Development of polymeric optical fibrics as illumination elements and textile displays[J].Autex Research Journal,2003,3(1):1-8.