基于温感可变色材料的智能服装设计与应用

孙刘双,陈书琴,顾竹珺,上海工程技术大学服装学院

基于温感可变色材料的智能服装设计与应用

孙刘双,陈书琴,顾竹珺,上海工程技术大学服装学院

随着人们生活水平的提高，消费者对着装智能化的追求层次越来越高，尤其对服装的颜色的要求也正在由实用型向科技型转变。因此，采用光敏、热敏变色等变色原理，利用变色纤维和变色染料制造技术研发的变色材料，近几年来在智能服装中得到了越来越广泛的应用。本文将就基于温感可变色材料，对智能服装的设计及其应用展开研究。

变色纤维；变色材料；智能服装；感温变色浆料

染料是指纤维和其他材料着色的物质，但是随着科学技术的进步和社会的发展，仅有染色功能的染料已不能满足需求。目前世界上对扩大染料功能的研究日益广泛。例如，当受到光照或加热时它能发生颜色变化。科技工作者将变色材料用于日常生活的服装、服饰纺织品中。使服装、服饰在不同的条件下产生特殊的色彩变化，让人耳目一新、打破原有的服装功能性。因此，变色材料借助现代高新科技，使服装的颜色或者图案随着光照的变化、温度的变化、干湿的变化而呈现出由常规的“静态”变为若隐若现的“动态”效果的特殊材料得到了飞快的发展及广泛的应用。

由于不同颜色会给人们以不同感觉，加上人们对色调及其精细等分辨能力，颜色已成为各种信号标志的基础和用以传递信息的一种手段。为此人们在应用天然有色材料等同时，大量合成各种染料和颜料，广泛应用于建筑材料、印染工业、印刷工业和服装中。颜色的产生和光与物质等作用分不开。自然界已发现有些植物或动物的颜色可以在光照下发生可逆性的变化，仿照这个原理，人们创造出了变色太阳镜、节能玻璃、变色油墨等受到外界刺激能发生颜色变化的所谓变色材料。

1 变色材料的定义及选用

所谓的变色材料是指随着外界环境条件变化而发生颜色变化的物质。

变色材料按其受外界因素影响导致材料变色分类，主要分为：光敏变色材料、热敏变色材料、电致变色材料、湿敏变色材料和一些特殊的变色材料，如压制变色材料、溶剂致变色材料等。[1]本文将仅就热敏变色材料在服装设计中的应用加以讨论。

目前市场上有两种可以根据温度变化的材料，一种是热敏变色油墨，防伪原理是色料采用颜色随温度变化的物质。防伪特征是手感或加热时颜色出现变化。就像变色杯就是利用热敏变色油墨的原理，手持是一种颜色，放下又是一种颜色。此油墨如今已有颜色可逆、颜色不可逆和记忆三种。[2]另外一种热敏材料是感温变色温变浆料（感温变色粉）是一种随温度的上升、下降而反复改变颜色的微胶囊材料。广泛应用于棉、汗布等各类棉混织物的涂料印花，通过在面料表面加入温变浆料可以使普通布料达到功能性效果。其外观为奶酪类的糊状，属于高分子聚合物混合体，其变色过程是根据物理学的热敏原理制成的，跟化学制剂毫无关系。产品通过EN-71及RoHS测试。可适用于食品包装及玩具制造。用于直接接触皮肤无任何对人体有害的物质。两种感温变色材料均为世界级原料，是一种随温度上升、下降而反复改变颜色的微胶囊材料。[2]再加入传感器的使用，传感器在功能性服装上的应用主要体现在对服装舒适性指标的测定和信号的采集，为服装提供实时的测量，监控，实现对着装人体的动态测量与监护方面。

根据上述两类材料的性能，由于感温变色温变浆料的成分不含汞、铅等有毒成分，对人体皮肤无毒无刺激性。并且随着温度而变化，在生活上能更好地预测温度，本文将采用感温变色温变浆料开展设计试验。

2 感温变色温变浆料在智能服装中的应用原理

采用感温变色温变浆料应用于智能服装。感温变色温变浆料为世界级原料，是一种随温度的上升、下降而反复改变颜色的微胶囊材料，[3]见图1。若应用感温变色温变浆料，温度下降，颜色加深,当温度升高，颜色则变浅。

图1 温变浆料感温变色温变图

感温变色温变浆料的原理是：微胶囊包裹着隐形材料、色形成剂及控温剂，籍由不同的控温因子材料选择，可制作成不同温度区间的变色的色料。利用温度的差异控制颜色的改变。现已开发的产品有低温变色、手触变色、高温变色，有色变无色、有色变有色二段变色（一种颜色变化成另一种颜色）、三段变色（从一种颜色变化成另一种颜色再变化成一种颜色）。[4]

感温变色温变浆料能够发生感温变色的现象是因为温度改变时物质的相态发生改变，这种变化可以是物理也可以是化学的。目前成功运用于纺织服装领域中的物质主要有两种：一种是液晶体，一种是含有电子给予体和接受体等不同物质的变色体系。两类物质都必须运用微胶囊技术将其完全包覆[5]，才能应用于纺织服装中，才能保证对人体的安全，同时保证温度变化时变色反应的顺利进行。

将感温变色温变浆料应用于纺织品可以通过印染技术。印染技术通过印花、浸染等技术将感温变色温变浆料应用于面料中。

智能服装具有感知和反应的双重功能服装。除了像普通服装那样穿着以外，还可根据设计的意图实现某些特殊功能。例如在春夏秋冬的季节里，通过把感温变色温变浆料应用于图案来感知外部环境或内部温度的变化，制定温度区间透过温度的变化反应人的心理变化，建立心理情感与色彩变化之间的联系。

3 基于可变色材料的智能服装设计方法探索

基于可变色材料的智能服装设计方法：

3.1 服装类型的设计案例及其方法

设计采用oversize设计，设计时考虑了宽松和实用性。

图2 oversize设计案例

2017年流行的设计款式是oversize感觉，如图2的三款设计，在一定程度上保证了其宽松的款式以及一定的实穿性，身体总体采用了h型的设计，不强调衣身腰部的线条，总体是落肩的，并且袖窿会比较大，方便活动。因此设计的衣服主要是男女都可以穿着，所以在设计的时候主要考虑比较中性的设计，也采用了类似的oversize设计，男女均可穿。图3设计的衣服也是采用了oversize设计，并且特别的宽大长度也是比较长的款式。

图3 设计1

图4采用了比较日常的款式，但是在材料上选用了tpu，日常的款式，比一般的雨衣更有可看性和时穿性，长度也是比较短的，总体偏向日常的款式，实穿性较高。大部分的时尚设计雨衣，都是在设计上更加偏向一些日常服装。

3.2 服装款式的设计

在浏览了以上设计案例之后，把方向定在了具有实穿性，可看性并且便于活动的设计，在设计上主要以实用为主并有本专业服装设计的设计感和时尚感。将服装设计的较为宽松，方便活动，并且因为是雨衣，所以里面还是要穿日常服装的，所以宽松一点穿着方便也比较舒适。在款式上面，设计主要以日常的穿着风格为主，但是都比较的宽松，也比较的运动风。第二件的衣服考虑到长度比较长，在上下的地方制作了一圈拉链，拉链方便可以将下部分的拉链拉开，衣服会变得比较的短有利于运动，所有三件服装的设计，都是采用了h型的廓形，衣服上都配有帽子，下雨天遮盖头部，第一件衣服偏向风衣的设计。第三件在原有的雨衣设计上，加上了设计并且分割剪裁，颜色上下分开，具有可看性。长度普遍比较长，因为下雨天使用，太短的话，无法照顾到下半身，容易淋湿。在口袋上，第一件衣服和第三件衣服均设计了口袋，可以方便放入东西。拉链采用了比较大的拉链，可以方便拉开穿脱，小拉链很难拉开雨衣这种tpu的材料所以设计的拉链会比较大。在面料的选择上主要是以防水和比较硬挺的tpu材料，符合雨衣的防水效果。并且在面料透明度上有一个渐变的过程。上部分的材料选择半透明的tpu，而腿部的防水面料则采用透明的tpu材料，比较有层次感。并且下层的透明设计可以拆卸，方便在骑行或者需要大量运动时使用。

3.3 服装色彩的设计

雨衣的颜色上采用了蓝白的设计，通透感比较强，对于雨衣的定义一直都是比较不好看的不是时尚的和比较单一的款式。在设计的时候尽量让雨衣的时穿性和美观性可以同时拥有，蓝色是博大的色彩，天空和大海辽阔的景色都呈蔚蓝色。蓝色是永恒的象征，也是最冷的色彩。比较之下选择了天蓝色。在心理暗示来说，天蓝和粉红色一样，都是“安抚色”，是令人安静并放松的颜色。

3.4 服装图案的设计

服装图案设计的灵感主要来源于下雨天滴落的雨滴，由于这次服装设计的服装款式是雨衣，也是为了与设计的服装款式相搭配吻合主题，所以采用了雨滴的外形特征。为了配合此次服装设计的智能变色功能，雨滴的图案需要具备可变色的能力，在设计上必须考虑到颜色的变色问题。

其实在此之前，设计过几种图案，经过讨论之后，选择了否定重做。一开始的图案设计本来构想的是一叶知秋，可以通过叶子的变色来感知季节温度的变化，制做四种颜色的变色方案，来体现服装的智能性。但由于后来制作出来的图案效果不太好，予以了否定。之后也进行了小组讨论，跟导师沟通协商之后，决定用比较具体卡通，有童趣的图案，例如小汽车、棒棒糖之类，设计的尽量有设计感一些。通过几次的斟酌之后，绘制了一个小的马卡龙的造型，比较可爱的类型，有人物一样可爱的面容，但颜色上设计了两种可以供选择，一个深色一个浅色，但后面还是没有通过大家的肯定，原因是跟主题无法呼应。在此之后，小组成员提出了用雨滴造型的想法，于是就用此来设计本次智能服装的图案。

首先是设计雨滴的轮廓造型，有尖头弯曲的，也有不弯曲的，有比较细长的，也有比较扁的，最终是决定了箭头不弯曲的较为胖乎乎的雨滴造型，这样显得比较有童趣。由于只用雨滴的造型来填充图案颜色太过于单调乏味，于是在雨滴的造型当中做一些设计，增加设计感和趣味性。一开始想到的是用反复的雨滴造型，尖头处重叠，发现呈现的效果不理想，后选择用分割的方式，符合了之前的想法，剩下的就是颜色设计的部分。

由于智能服装的特殊性，图案需要有变色的功能，而要设计出的变色效果必须是人一眼便可以分辨出的颜色变化，颜色的变色范围要大，同时颜色的跨度变化也要大，这样才能够体现人性化的智能服装，而不是为使用者增加分辨颜色变化的难度。在变化上，在22度时，使用从紫红色变为蓝色的变化，从较暖的颜色变为冷色，在33度时，从无色变为黄色，颜色的变化都很明显。如图5为图案在服装上的分布。

图5 服装图案分布图

3.5 温感变色智能服装的制作过程

智能服装综合采用了多门科学的前沿技术，开发思路新颖独特，符合时代发展的需求。另外，智能服装的开发也兼顾了服装的款式设计、色彩变换、面料选择及其舒适性和卫生性能等要素。这类高科技服装还迎合了新时代人们衣着理念的改变。智能服装的智能化功能主要通过以下四种途径得以实现。

1.将感温变色温变染料印染到图案上。印染是前处理，染色，印花，后整理，洗水等的总称。

2.设定温度区间，夏天20℃～35℃变成冷色调。冬天零下至10℃变成暖色调。冷色与暖色是依据心理错觉对色彩的物理性分类，对于颜色的物质性印象，大致由冷暖两个色系产生。波长长的红光和橙、黄色光，本身有暖和感，以次光照射到任何色都会有暖和感。相反，波长短的紫色光、蓝色光、绿色光，有寒冷的感觉。夏日，关掉室内的白炽灯，打开日光灯，就会有一种变凉爽的感觉。颜色也是如此，在冷食或冷的饮料包装上使用冷色，视觉上会引起对这些食物冰冷的感觉。冬日，把卧室的窗帘换成暖色，就会增加室内的暖和感。

3.将传感器应用于服装。加入传感器的使用，传感器在功能性服装上的应用主要体现在对服装舒适性指标的测定和信号的采集，为服装提供实时的测量，监控，实现对着装人体的动态测量与监护。[6]

4 基于可变色材料的智能服装设计案例分析

依据上述理论基础，本研究设计开发的可变色智能服装由外部环境温度的变化从而改变服装图案的颜色，以此体现色彩变化与心理情感的关系。心理学家对此曾做过许多试验。他们发现，在红色环境中，人的脉搏会加快，血压有所升高，情绪兴奋冲动。而处在蓝色环境中，脉搏会减缓，情绪也较沉静。有的科学家发现，颜色能影响脑电波，脑电波对红色反应是警觉，对蓝色的反应是放松。

课题选择方向为可变色智能雨衣。下雨天给人的感觉灰蒙蒙的、没有生机。通过研究可变色智能雨衣，让下雨天不在单调乏味，给雨衣带来一丝生气。让颜色的变化给人们带来一丝丝暖意、一丝丝活力。

设计的构思：在未来几年，人们的衣柜里都将是智能服装，这其中蕴含的巨大市场需求，非常直观与可预见。可变色智能雨衣应用范围广泛，可用于一年四季，通过春夏秋冬的温度变化，例如在炎热的夏天，雨衣的颜色会变成冷色调，使人们心理产生一丝凉意，在寒冷的冬天，雨衣的颜色变成暖色调，在冷风中感受温暖。一方面是因为雨衣的设计很单一匮乏，一方面是想体现色彩变化与心理情感的关系。心理学家对此曾做过许多实验，颜色是能影响人们的心情的。

设计的效果见图6：

图6 设计效果图

款式的结构见图7：

图7 款式结构图

设计的方案：在设计上主要以实用为主并有本专业服装设计的设计感时尚感，在设计过程中，主要设计以较为宽松，方便运动的设计为主。并且在颜色上采用了通透感比较强的蓝色和白色。在面料的选择上主要是以防水和比较硬挺的tpu材料，符合雨衣的防水效果。并且在面料透明度上有一个渐变的过程,比较有层次感。并且下层的透明设计可以拆卸。画出草稿与导师交流意见，对于造型得到肯定后，加以设计图案，在图案的设计方面，尽可能设计简单直观的图案，组员修改了多次图案加以完善。因为图案是本研究智能穿戴主要的变化处，草稿完成后开始描外形，加以完善设计图。

图案设计图：采用雨滴的轮廓造型，箭头不弯曲的较为胖乎乎的雨滴造型，显得比较有童趣。由于只用雨滴的造型来填充图案颜色太过于单调乏味，于是在雨滴的造型中做一些设计，增加设计感和趣味性。图8为设计的服装图案。

图8 服装图案设计图

本研究设计的可变色智能雨衣应用范围广泛，可用于一年四季的雨衣，通过春夏秋冬的温度变化，例如在炎热的夏天，雨衣的颜色会变成冷色调，使人们的心理产生一丝凉意。在寒冷的冬天，人们看到暖色调的颜色，脉搏会加快，血压有所升高，会产生兴奋冲动的情绪，雨衣的颜色由冷色调变为暖色调，使人们在冷风中感受温暖。图9为设计并制作完成的成衣。

图9 成衣图

5 结语

可变色材料智能服装设计的目的是为了让人产生更好的体验，研究这款智能雨衣的实用性和创意性令人感到兴奋。从遮羞御寒的单一功能到各种功能型服装，人们希望身体最亲密的服装拥有更多的功能来满足现代生活的需要。作为服装设计者，通过可变色材料智能服装设计来完善服装设计，达到改善和革新新用户体验的目的。使用可变色雨衣来改善人们对下雨天烦闷的心情，为雨天的无趣增添了一丝生机与活力。使用户在与智能服装产品交流时能产生良好的体验，考虑到服装是否更符合用户的思维逻辑和穿着方式的同时，通过服装颜色的变化，体现色彩与心理的关系，让人在情感上发生微妙的变化。

［1］顾振亚，陈莉.智能纺织品设计与应用.[M]工业出版社.2006年：76-77.

［2］张彦，王凯.热致变色油墨[J]丝网印刷.2008年（5）：21-23.

［3］万震，王炜，谢均.光敏变色材料及其在纺织品上的应用[J]针织工业;2003年（6）：87-89.

［4］蒋大富，变色材料在纺织产品中的应用.[J].纺织科技进展.2016（3）：6-7.

［5］胡亚康，史丽敏，安乐乐，感温变色材料在童装图案中的应用设计初探.[J]山东纺织科技.2015（6）：15-18.

［6］沙占友.温度传感器技术与应用温度传感器研究应用技术[M]机械工业出版社.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

孙刘双（1996-）女，本科在读，研究方向为服装与服饰设计，E-mail:sunliushuang@126.com.

胡越（1975-）男，教授，博士，研究方向为服装艺术设计，E-mail：huyue2006_1@126.com.