海藻酸钠生物面料的成型影响因素及造型方法分析

张佳敏,陈晓鹏,严晓燕,尚 婕

(中原工学院 服装学院,河南 郑州 450007)

生物材料是一种环保的新材料,可降解、无污染,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,对环境友好,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终可以在自然中降解,可用于服装、饰品与包装等时尚设计领域[2]。海藻酸钠是褐藻类的海带和马尾藻的提取物,属于生物材料的一种,其来源广泛、成本低廉,制成生物面料的方法简单[3]。现有的生物面料研究大多集中在制备工艺和服用性能方面,在视觉效果变化和设计应用方面的研究相对较少;现有的生物面料以平面形式为主,对立体造型方面的研究相对薄弱。针对海藻酸钠生物面料的特点,分析其成型影响因素,探讨造型设计方法。

1 海藻酸钠生物面料的特点

1.1 基本特点

海藻酸钠生物面料成型以后质地柔韧,制作者可以通过改变材料成分和配置比例控制其柔软度、韧性、弹性和坚固度,使其达到需要的效果。海藻酸钠生物面料的质感类似热塑性聚氨酯(TPU)材料,结构致密,透气性相对较差。除此之外还有缝制会留下针孔、长时间浸泡水洗会引起变形等特点。这些特点限制了生物面料在服装中的使用范围,在设计应用中,应针对其特点或结合其他材料进行设计。

海藻酸钠生物面料具有良好的环保属性,是TPU、PVC等不可降解材料的理想替代品,常用于概念化设计,表达可持续发展的理念。由于具有良好的透明性和造型灵活性,海藻酸钠生物面料常用于创意设计,为艺术性服装设计打开了广阔的发挥空间。

1.2 艺术特点

1.2.1 染色的灵活性

制作生物面料所用的染色剂限制低,可使用染色剂类型较广,但不同成分、不同状态的染色剂以及不同的上色手法都会对生物面料最终呈现的色彩效果产生影响。日常生活中我们接触的两大类带有颜色附着性的物质有颜料和染料。颜料是一种粉末状的有色物质,不溶于水和油,进行着色时,要在配置材料阶段将其倒入量杯容器中,与其他材料和溶液一同搅拌,虽然不会分解溶于液体中,但是它会均匀地分散开来,溶解后有细微颗粒感,形成的海藻酸钠面料透明度较低。染料是以分子状态或分散状态使其他物质获得色泽的化合物,质地细腻,色彩颗粒非常细微,将其倒进液体中,海藻酸钠面料的染色更匀净、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个阶段进行。材料配置阶段的海藻酸钠水溶液与染料搅拌融合获得的生物面料着色最为均匀,色彩渗透整体材质,图1是在该阶段用扎染染料混合海藻酸钠溶液生成面料的色彩效果,具体的细微效果受染料性质影响。倒入模具中等待晾干阶段,在未完全凝固的海藻酸钠胶体中加入染料,会出现着色不均匀、染色区域边缘渗化等现象。利用这一特点,可以通过点涂、喷绘等手法创作出无明显边线、雾感、渐变的艺术效果。凝固成型之后的海藻酸钠面料的染色只能在材料表面进行,可以采用印、染、绘等手法进行染色或图案设计,效果可以灵活控制,但存在染料难以渗透、染色牢度差的问题,一般较少使用。

1.2.2 造型的可塑性

海藻酸钠溶于水形成液体,随着水分蒸发变成黏稠的胶体,完全干燥即可成型。常用的海藻酸钠生物面料是将其水溶液倒在底部水平的容器中,形成薄层,待干燥后形成膜状材料。在海藻酸钠材料成膜的过程中施力或者使用工具可使其产生不同的造型,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体、半立体造型;或者在材料半干状态下施加外力和支撑,使其形成非平面的造型,待干燥后其造型能够在一定程度上固定[5]。结合材料成分与用量的不同,海藻酸钠面料晾干成型的效果也会有所差异。海藻酸钠材料的可塑性为设计师提供了创意设计的可能,使其成为艺术创作的好素材。

1.2.3 质感的变化

改变海藻酸钠水溶液的成分用量、配比和辅助材料,能够对面料质感有较大影响。同一单位面积的海藻酸钠溶液量越多,生成的生物面料越厚。从触感上来说,较薄的生物面料易皱,触感轻盈,强度较小,质感类似于纸张;适中的生物面料有弹性,弯折灵活,能承受一定的拉扯力;较厚的生物面料相对来说硬挺、弹性小、不易变形。液体生物面料含有大量水分,水分蒸发后得到固体生物面料,厚度也随着水分的蒸发而变小。所以在制作时,要充分考虑到后期固体生物面料厚薄效果,控制好液体状态时的厚度[1]。

从外观上来说,没有添加染料的海藻酸钠面料是透明的,但是由于溶液难以做到高度纯净和均匀,造成面料有杂质感。在应用中,常添加染料使面料的不透明度降低,从而减少面料的杂质感。通过染料浓度的变化可以控制面料的透明度,使其形成从透明到不透明的变化。如图2所示分别是未加入染料和加入不同浓度的同种染料形成的面料透明度效果。海藻酸钠具有易着色、得色量高等特点,因此能够得到晶莹鲜艳的视觉效果。

图2 不同透明度的海藻酸钠面料

另外,通过在海藻酸钠溶液中添加颗粒物、碎片甚至现成物等材料,能够加强杂质效果,使面料形成独特的粗糙、自然的质感,甚至形成图案,常用于创意服装和饰品设计中。

1.2.4 可控性与偶发性的结合

在海藻酸钠面料的成型过程中,可采用多种手法进行创意图案和肌理设计。

在海藻酸钠为液体状态时,可以通过控制添加物的品种和数量,达到所需要的效果。但是,由于液体的流动性,在这个阶段进行面料设计是难以完全掌控添加物的位置和分布的。

在海藻酸钠液体流动性降低或半干的胶体状态时,对其进行造型或色彩设计的可控性加强。在所需位置添色,使面料形成色彩变化,添加的色料融入局部,可以控制位置和体量。但由于未干状态下海藻酸钠材料具有一定的渗透性,创作者并不能完全精准控制设计,就像在生宣上用水墨作画,形成匠意和天成兼具的自然渗化效果,如图3所示。通过这种具有不确定性的创作过程,能够制造出特殊的、独一无二的艺术图案。

图3 染料的偶发性

在海藻酸钠完全干燥后,可以在其表面进行设计创作,这个过程可控性强,可以充分发挥设计师的主观性。

海藻酸钠面料的设计过程是主观性和偶发性的结合,是人工和天然共同作用的结果。每个环节都能通过改变人工和偶发因素,促使其形成新颖效果,为创意服装提供丰富的素材。

2 海藻酸钠生物面料造型的影响因素

2.1 材料因素

海藻酸钠生物面料以海藻酸钠为凝胶剂,除了作为溶解剂的纯净水以外,根据不同的造型要求,还需辅以不同的材料,如氯化钠、氯化钙、甘油等。

2.1.1 纯净水

水是制作生物面料必不可少的材料,主要用来稀释海藻酸钠和其他材料,使材料的浓稠度、干湿度等方面达到制作生物面料的最佳状态。在其他材料不变的情况下,水的比例越大,制成的海藻酸钠溶液会越稀,越不易晾干,影响干燥后生物面料的质感。但若水分占比太小,配置的海藻酸钠溶液过于黏稠,会使搅拌过程中产生的气泡难以消除,影响生物面料的最终效果。

2.1.2 甘油

甘油(丙三醇)具有润滑和保湿功能,在制作生物面料时主要起到加强面料柔韧性的作用,在其他材料不变的情况下,甘油比例越高,形成的生物面料的柔韧度越好。但需要注意,添加过多的甘油会使面料表面呈潮湿状态,不易干透。在各组分不同的情况下,适合的甘油比例需要通过实验(CaCl2)确定。

2.1.3 液态氯化钙

液态的氯化钙与海藻酸钠发生化学反应后海藻酸钠溶液表面能够迅速凝固,加快生物面料的形成。

制作生物面料的基本步骤为:准备托盘,在托盘表面喷洒液体氯化钙→倒入静置过的海藻酸钠混合溶液,晃动使其均匀平整→再次喷洒液体氯化钙→风干晾晒。

完成生物面料的艺术化处理后,海藻酸钠溶液可自然晾晒风干,但相同量的溶液自然风干比使用氯化钙辅料形成的生物片更薄,强度更小,且时间相对较长。为了避免产生霉菌或者其他因素导致的损坏,一般需要将氯化钙和水以1∶10比例配制,在倒置海藻酸钠溶液前后喷洒,经过钙离子和钠离子的置换发生化学反应,使溶液表面迅速凝固,变得紧密平滑,降低被破坏的风险。此时凝胶内部仍为液体,还需经过晾晒风干才可最终形成生物面料,同时生物面料的面积也随着水分的蒸发而变小。

2.2 环境和工具因素

环境因素包括室内温度、空气湿度、日照时长等。这些因素主要在风干晾晒阶段起作用,会影响生物面料的干燥速度,若干燥得过慢会造成生物片产生菌体,破坏美观性,如图4所示。

图4 产生霉菌的生物面料

工具也能够影响面料的造型,利用托盘模具可以制作出特定形状的材料,并且控制生物面料的厚薄。另外,借助烤箱或烘干机等机器能够加快生物面料的成膜速度。

3 海藻酸钠生物面料的造型方法

3.1 形成面材

目前,海藻酸钠面料最基本的成型方法是将溶液倒在敞口托盘里,使其平摊形成一薄层,逐渐脱水风干、凝固,形成膜状材料。

在制作面材中,可以采用一定的工具进行面料造型变化。例如,改变托盘底面肌理,可以使成膜材料的底层具有与托盘肌理凹凸相反的肌理,如图5所示,图(a)是肌理底板,图(b)为生物面料平铺在肌理底板上风干后形成的面料效果。

在面材成型中,可以采用多种多样的手段对面料效果进行设计,制造出具有丰富肌理和形状的面材,形成生物面料后,还可以利用镂空雕刻、拼接组合、灼烧撕扯等工艺增加变化。

3.2 形成体材

通过使用模具,可以形成较厚的、具有立体造型的体块材料。在模具的限制下,生物材料的形状、厚度可以自行控制。

将海藻酸钠的胶体溶液附着、填充、包裹在具有立体造型的模具上,能够形成所需要的立体造型。图6是学者制作的一组(bio-bra)生物材料胸衣,利用了生物面料的塑性特点,意在通过无钢圈穿戴和生物面料来解决女性乳房发育面临的个体差异问题。

图6 生物材料胸衣

利用工具将半干未定型的海藻酸钠胶体进行吊挂、牵拉、支撑,改变受力面积和受力点,能够使其形成具有立体造型的材料。

3.3 形成线材

将海藻酸钠制成生物纱线,再对此线材进行编织,也是制作生物面料的一种方法。这种方法能够通过灵活的手工编织产生组织结构变化,但是因为制作过程复杂,成型面料的结构稳定性、强度较差,目前在服装领域的应用很少,或仅用于局部设计。

海藻酸钠线材的制作采用浓度较高的溶液,搅匀后倒入有孔的容器,用力挤压使溶液从孔中喷出,落入氯化钙溶液中,海藻酸钠中的钠离子被钙离子置换后能够快速形成海藻酸钙凝胶,凝胶饱水状态是柔软的透明湿粉条形状,有一定弹性和韧性。当凝胶干燥后,可以用来编织形成面料。线材的粗细可以通过调整喷丝孔的口径来实现。

3.4 面料再造

在海藻酸钠面料形成后,可以通过折叠、做皱、拆解、重组、分割、堆积、缝绣等再造手法对面料进行二次设计和改造,图7为海藻酸钠生物面料的折叠再造塑型。这个阶段的造型方式与传统面料的再造手法相似,但其成型的效果受制于材料的特点,在设计中应发挥优点,回避缺点。一些再造手法需要面料具有某些性能,那么在制作面料时就需注意通过材料配比和工艺调整达到所需的性能,例如,需要有较好的柔韧性,在制作面料时应适当增加甘油的比例,使材料成型后适于塑形。

生物面料的结构非常紧密,在进行裁剪时没有脱丝、卷边等现象,可直接进行缝纫或造型。同时,面料在缝纫后会留下针眼,不可逆转,设计师在使用生物面料进行再设计时要考虑这一特性,预先做好规划,减少反复拆线[6]。

4 结束语

(1)通过控制所需材料的成分、比例,生物面料的柔软度、厚度、强度等更加符合服饰设计的需求。

(2)利用生物面料的可塑性能,在海藻酸钠溶液的干燥和成型阶段,通过对材料、工具和成型工艺进行控制和改变,能够丰富海藻酸钠生物面料的视觉效果,甚至直接形成立体化的面料。

(3)对面料色彩、质感、肌理和造型进行灵活的调整,配合面料再造,能够增强生物面料的表现力。

(4)海藻酸钠生物面料取材环保、生产过程无污染、用后可降解,是对环境友好的新型面料,为服装行业开辟了可持续发展道路,也为面料的艺术创造提供了更多的可能性。