海藻酸鈉生物面料的成型影響因素及造型方法分析

張佳敏,陳曉鵬,嚴曉燕,尚 婕

(中原工學院 服裝學院,河南 鄭州 450007)

生物材料是一種環保的新材料,可降解、無污染,原料取自大自然中可再生的微生物[1]。生物面料指用生物材料制成,對環境友好,具有一定服用性能的面料。生物面料利用自然形成的原料制成并且最終可以在自然中降解,可用于服裝、飾品與包裝等時尚設計領域[2]。海藻酸鈉是褐藻類的海帶和馬尾藻的提取物,屬于生物材料的一種,其來源廣泛、成本低廉,制成生物面料的方法簡單[3]。現有的生物面料研究大多集中在制備工藝和服用性能方面,在視覺效果變化和設計應用方面的研究相對較少;現有的生物面料以平面形式為主,對立體造型方面的研究相對薄弱。針對海藻酸鈉生物面料的特點,分析其成型影響因素,探討造型設計方法。

1 海藻酸鈉生物面料的特點

1.1 基本特點

海藻酸鈉生物面料成型以后質地柔韌,制作者可以通過改變材料成分和配置比例控制其柔軟度、韌性、彈性和堅固度,使其達到需要的效果。海藻酸鈉生物面料的質感類似熱塑性聚氨酯(TPU)材料,結構致密,透氣性相對較差。除此之外還有縫制會留下針孔、長時間浸泡水洗會引起變形等特點。這些特點限制了生物面料在服裝中的使用范圍,在設計應用中,應針對其特點或結合其他材料進行設計。

海藻酸鈉生物面料具有良好的環保屬性,是TPU、PVC等不可降解材料的理想替代品,常用于概念化設計,表達可持續發展的理念。由于具有良好的透明性和造型靈活性,海藻酸鈉生物面料常用于創意設計,為藝術性服裝設計打開了廣闊的發揮空間。

1.2 藝術特點

1.2.1 染色的靈活性

制作生物面料所用的染色劑限制低,可使用染色劑類型較廣,但不同成分、不同狀態的染色劑以及不同的上色手法都會對生物面料最終呈現的色彩效果產生影響。日常生活中我們接觸的兩大類帶有顏色附著性的物質有顏料和染料。顏料是一種粉末狀的有色物質,不溶于水和油,進行著色時,要在配置材料階段將其倒入量杯容器中,與其他材料和溶液一同攪拌,雖然不會分解溶于液體中,但是它會均勻地分散開來,溶解后有細微顆粒感,形成的海藻酸鈉面料透明度較低。染料是以分子狀態或分散狀態使其他物質獲得色澤的化合物,質地細膩,色彩顆粒非常細微,將其倒進液體中,海藻酸鈉面料的染色更勻凈、更透亮[4]。

生物面料的染色可以在材料配置、半凝固和成型后3個階段進行。材料配置階段的海藻酸鈉水溶液與染料攪拌融合獲得的生物面料著色最為均勻,色彩滲透整體材質,圖1是在該階段用扎染染料混合海藻酸鈉溶液生成面料的色彩效果,具體的細微效果受染料性質影響。倒入模具中等待晾干階段,在未完全凝固的海藻酸鈉膠體中加入染料,會出現著色不均勻、染色區域邊緣滲化等現象。利用這一特點,可以通過點涂、噴繪等手法創作出無明顯邊線、霧感、漸變的藝術效果。凝固成型之后的海藻酸鈉面料的染色只能在材料表面進行,可以采用印、染、繪等手法進行染色或圖案設計,效果可以靈活控制,但存在染料難以滲透、染色牢度差的問題,一般較少使用。

1.2.2 造型的可塑性

海藻酸鈉溶于水形成液體,隨著水分蒸發變成黏稠的膠體,完全干燥即可成型。常用的海藻酸鈉生物面料是將其水溶液倒在底部水平的容器中,形成薄層,待干燥后形成膜狀材料。在海藻酸鈉材料成膜的過程中施力或者使用工具可使其產生不同的造型,例如采用底部有肌理、有造型的容器,可以使成型材料具有立體、半立體造型;或者在材料半干狀態下施加外力和支撐,使其形成非平面的造型,待干燥后其造型能夠在一定程度上固定[5]。結合材料成分與用量的不同,海藻酸鈉面料晾干成型的效果也會有所差異。海藻酸鈉材料的可塑性為設計師提供了創意設計的可能,使其成為藝術創作的好素材。

1.2.3 質感的變化

改變海藻酸鈉水溶液的成分用量、配比和輔助材料,能夠對面料質感有較大影響。同一單位面積的海藻酸鈉溶液量越多,生成的生物面料越厚。從觸感上來說,較薄的生物面料易皺,觸感輕盈,強度較小,質感類似于紙張;適中的生物面料有彈性,彎折靈活,能承受一定的拉扯力;較厚的生物面料相對來說硬挺、彈性小、不易變形。液體生物面料含有大量水分,水分蒸發后得到固體生物面料,厚度也隨著水分的蒸發而變小。所以在制作時,要充分考慮到后期固體生物面料厚薄效果,控制好液體狀態時的厚度[1]。

從外觀上來說,沒有添加染料的海藻酸鈉面料是透明的,但是由于溶液難以做到高度純凈和均勻,造成面料有雜質感。在應用中,常添加染料使面料的不透明度降低,從而減少面料的雜質感。通過染料濃度的變化可以控制面料的透明度,使其形成從透明到不透明的變化。如圖2所示分別是未加入染料和加入不同濃度的同種染料形成的面料透明度效果。海藻酸鈉具有易著色、得色量高等特點,因此能夠得到晶瑩鮮艷的視覺效果。

圖2 不同透明度的海藻酸鈉面料

另外,通過在海藻酸鈉溶液中添加顆粒物、碎片甚至現成物等材料,能夠加強雜質效果,使面料形成獨特的粗糙、自然的質感,甚至形成圖案,常用于創意服裝和飾品設計中。

1.2.4 可控性與偶發性的結合

在海藻酸鈉面料的成型過程中,可采用多種手法進行創意圖案和肌理設計。

在海藻酸鈉為液體狀態時,可以通過控制添加物的品種和數量,達到所需要的效果。但是,由于液體的流動性,在這個階段進行面料設計是難以完全掌控添加物的位置和分布的。

在海藻酸鈉液體流動性降低或半干的膠體狀態時,對其進行造型或色彩設計的可控性加強。在所需位置添色,使面料形成色彩變化,添加的色料融入局部,可以控制位置和體量。但由于未干狀態下海藻酸鈉材料具有一定的滲透性,創作者并不能完全精準控制設計,就像在生宣上用水墨作畫,形成匠意和天成兼具的自然滲化效果,如圖3所示。通過這種具有不確定性的創作過程,能夠制造出特殊的、獨一無二的藝術圖案。

圖3 染料的偶發性

在海藻酸鈉完全干燥后,可以在其表面進行設計創作,這個過程可控性強,可以充分發揮設計師的主觀性。

海藻酸鈉面料的設計過程是主觀性和偶發性的結合,是人工和天然共同作用的結果。每個環節都能通過改變人工和偶發因素,促使其形成新穎效果,為創意服裝提供豐富的素材。

2 海藻酸鈉生物面料造型的影響因素

2.1 材料因素

海藻酸鈉生物面料以海藻酸鈉為凝膠劑,除了作為溶解劑的純凈水以外,根據不同的造型要求,還需輔以不同的材料,如氯化鈉、氯化鈣、甘油等。

2.1.1 純凈水

水是制作生物面料必不可少的材料,主要用來稀釋海藻酸鈉和其他材料,使材料的濃稠度、干濕度等方面達到制作生物面料的最佳狀態。在其他材料不變的情況下,水的比例越大,制成的海藻酸鈉溶液會越稀,越不易晾干,影響干燥后生物面料的質感。但若水分占比太小,配置的海藻酸鈉溶液過于黏稠,會使攪拌過程中產生的氣泡難以消除,影響生物面料的最終效果。

2.1.2 甘油

甘油(丙三醇)具有潤滑和保濕功能,在制作生物面料時主要起到加強面料柔韌性的作用,在其他材料不變的情況下,甘油比例越高,形成的生物面料的柔韌度越好。但需要注意,添加過多的甘油會使面料表面呈潮濕狀態,不易干透。在各組分不同的情況下,適合的甘油比例需要通過實驗(CaCl2)確定。

2.1.3 液態氯化鈣

液態的氯化鈣與海藻酸鈉發生化學反應后海藻酸鈉溶液表面能夠迅速凝固,加快生物面料的形成。

制作生物面料的基本步驟為:準備托盤,在托盤表面噴灑液體氯化鈣→倒入靜置過的海藻酸鈉混合溶液,晃動使其均勻平整→再次噴灑液體氯化鈣→風干晾曬。

完成生物面料的藝術化處理后,海藻酸鈉溶液可自然晾曬風干,但相同量的溶液自然風干比使用氯化鈣輔料形成的生物片更薄,強度更小,且時間相對較長。為了避免產生霉菌或者其他因素導致的損壞,一般需要將氯化鈣和水以1∶10比例配制,在倒置海藻酸鈉溶液前后噴灑,經過鈣離子和鈉離子的置換發生化學反應,使溶液表面迅速凝固,變得緊密平滑,降低被破壞的風險。此時凝膠內部仍為液體,還需經過晾曬風干才可最終形成生物面料,同時生物面料的面積也隨著水分的蒸發而變小。

2.2 環境和工具因素

環境因素包括室內溫度、空氣濕度、日照時長等。這些因素主要在風干晾曬階段起作用,會影響生物面料的干燥速度,若干燥得過慢會造成生物片產生菌體,破壞美觀性,如圖4所示。

圖4 產生霉菌的生物面料

工具也能夠影響面料的造型,利用托盤模具可以制作出特定形狀的材料,并且控制生物面料的厚薄。另外,借助烤箱或烘干機等機器能夠加快生物面料的成膜速度。

3 海藻酸鈉生物面料的造型方法

3.1 形成面材

目前,海藻酸鈉面料最基本的成型方法是將溶液倒在敞口托盤里,使其平攤形成一薄層,逐漸脫水風干、凝固,形成膜狀材料。

在制作面材中,可以采用一定的工具進行面料造型變化。例如,改變托盤底面肌理,可以使成膜材料的底層具有與托盤肌理凹凸相反的肌理,如圖5所示,圖(a)是肌理底板,圖(b)為生物面料平鋪在肌理底板上風干后形成的面料效果。

在面材成型中,可以采用多種多樣的手段對面料效果進行設計,制造出具有豐富肌理和形狀的面材,形成生物面料后,還可以利用鏤空雕刻、拼接組合、灼燒撕扯等工藝增加變化。

3.2 形成體材

通過使用模具,可以形成較厚的、具有立體造型的體塊材料。在模具的限制下,生物材料的形狀、厚度可以自行控制。

將海藻酸鈉的膠體溶液附著、填充、包裹在具有立體造型的模具上,能夠形成所需要的立體造型。圖6是學者制作的一組(bio-bra)生物材料胸衣,利用了生物面料的塑性特點,意在通過無鋼圈穿戴和生物面料來解決女性乳房發育面臨的個體差異問題。

圖6 生物材料胸衣

利用工具將半干未定型的海藻酸鈉膠體進行吊掛、牽拉、支撐,改變受力面積和受力點,能夠使其形成具有立體造型的材料。

3.3 形成線材

將海藻酸鈉制成生物紗線,再對此線材進行編織,也是制作生物面料的一種方法。這種方法能夠通過靈活的手工編織產生組織結構變化,但是因為制作過程復雜,成型面料的結構穩定性、強度較差,目前在服裝領域的應用很少,或僅用于局部設計。

海藻酸鈉線材的制作采用濃度較高的溶液,攪勻后倒入有孔的容器,用力擠壓使溶液從孔中噴出,落入氯化鈣溶液中,海藻酸鈉中的鈉離子被鈣離子置換后能夠快速形成海藻酸鈣凝膠,凝膠飽水狀態是柔軟的透明濕粉條形狀,有一定彈性和韌性。當凝膠干燥后,可以用來編織形成面料。線材的粗細可以通過調整噴絲孔的口徑來實現。

3.4 面料再造

在海藻酸鈉面料形成后,可以通過折疊、做皺、拆解、重組、分割、堆積、縫繡等再造手法對面料進行二次設計和改造,圖7為海藻酸鈉生物面料的折疊再造塑型。這個階段的造型方式與傳統面料的再造手法相似,但其成型的效果受制于材料的特點,在設計中應發揮優點,回避缺點。一些再造手法需要面料具有某些性能,那么在制作面料時就需注意通過材料配比和工藝調整達到所需的性能,例如,需要有較好的柔韌性,在制作面料時應適當增加甘油的比例,使材料成型后適于塑形。

生物面料的結構非常緊密,在進行裁剪時沒有脫絲、卷邊等現象,可直接進行縫紉或造型。同時,面料在縫紉后會留下針眼,不可逆轉,設計師在使用生物面料進行再設計時要考慮這一特性,預先做好規劃,減少反復拆線[6]。

4 結束語

(1)通過控制所需材料的成分、比例,生物面料的柔軟度、厚度、強度等更加符合服飾設計的需求。

(2)利用生物面料的可塑性能,在海藻酸鈉溶液的干燥和成型階段,通過對材料、工具和成型工藝進行控制和改變,能夠豐富海藻酸鈉生物面料的視覺效果,甚至直接形成立體化的面料。

(3)對面料色彩、質感、肌理和造型進行靈活的調整,配合面料再造,能夠增強生物面料的表現力。

(4)海藻酸鈉生物面料取材環保、生產過程無污染、用后可降解,是對環境友好的新型面料,為服裝行業開辟了可持續發展道路,也為面料的藝術創造提供了更多的可能性。