示溫防燙保溫杯設計

(華南理工大學 廣東 廣州 510000)

一、緒論

(一)設計動機

(二)設計目標

(1)明確適合人體飲用的水的溫度范圍；

(2)了解感溫變色材料的變色特性；

(3)了解市場現有產品；

(4)為保溫杯設計一種簡便的溫度提醒方式。

二、市場現有產品分析

(一)物理變色水杯

圖1所示為塑料感溫變色水杯，左側的水杯是放入常溫水或者未倒入水時的狀態，右側的水杯是倒入一半熱水之后的狀態。倒入熱水后，塑料外殼內深色涂層的顏色褪去，露出下面的圖案。

圖1 塑料感溫變色水杯

圖2 陶瓷感溫變色馬克杯

圖2所示為陶瓷材質的感溫變色馬克杯，在倒入熱的液體后，其表面圖案有較大變化。

上述兩款依靠產品材質本身的感溫變色特性的水杯，在倒入熱水后，表面顏色出現較大變化，能夠對使用者有一定的提醒作用。并且這種感溫變色是由于材料本身性質產生的，產品的成本也較低。但產品偏重于趣味性，并不能讓使用者很清楚地了解水溫是否適合飲用。

心理壓力又稱心理應激、心理緊張，是個體在生活適應過程中的一種身心緊張狀態。由環境要求和自身應對能力不平衡而產生，這種緊張狀態傾向于通過非特異的心理和生理反應表現出來。它是個體“察覺”到環境刺激對生理、心理和社會系統負擔過重時出現的整體現象所引起的反應[1]。

(二)電子感溫水杯

如圖3所示，這款感溫水杯在下方可以直接顯示水溫，在上方愛心形狀處可以顯示出三種顏色，分別對應不同范圍的水溫。

圖3 電子感溫水杯一

圖4 電子感溫水杯二

圖4所示的這款感溫水杯在開啟處設置有LED燈，可以顯示三種顏色，對應不同的水溫范圍。顯示紅色時，代表水溫高于55℃；顯示綠色時，代表水溫介于55℃與28℃之間，說明水的溫度是在可以放心飲用的范圍內的；顯示藍色時，代表水溫低于28℃。

這兩款感溫水杯通過電子元件感溫，并通過顏色、數字等方式直觀地提醒消費者水溫是在適合飲用的范圍內的。但由于其感溫是通過電子元件實現的，產品的價格也較高。

三、方案設計

(一)設計定位

(1)目標用戶定位

我們這款保溫杯的目標用戶定位在學生群體。大學生獲取飲用水大多是從宿舍、教學樓等處的開水房獲取，而接水后又無法準確了解水溫，直接飲用很容易造成燙傷。中小學生有些是從家中灌好熱水，運動后急于補充水分，喝水時如未加注意也容易造成燙傷。

(2)產品定位

由于產品面向的是學生群體，產品的價格要較為低廉，因而我們選擇利用材料本身性質感溫變色，來達到提醒使用者的目的。同時，保溫杯的外觀要時尚美觀，以吸引年輕的學生群體。

(二)設計依據

(1)適宜飲用的水的溫度

35℃至38℃是最佳飲水溫度，這一溫度最接近人體體溫。對于熱飲來說，沖蜂蜜水的最佳溫度為50℃；熱牛奶、熱湯等在60℃時味道最好[1]。

(2)感溫變色材料

感溫變色材料是指一些物質材料在感受外界環境溫度變化的同時自身的顏色發生變化，顏色變化伴隨著自身物理結構或化學結構的變化，物質結構發生變化導致其光譜性質的轉變，從而表現出宏觀顏色的變化[2]。

感溫變色材料主要包括不可逆感溫變色材料、無機可逆感溫材料、有機感溫變色材料和液晶型感溫變色材料四種。其中，有機感溫變色材料最為常用，廣泛用于服裝、日用品、墻體涂料甚至家具的設計中。該種材料在特定溫度下，因電子轉移而使其分子結構發生變化，從而實現顏色轉變。

本文選擇了一家致力于變色原料生產的企業的官方網站對這種材料進行了解。其產品包括一種感溫微膠囊粉，這是一種顏料，有很好的耐溶劑性和分散性，適用于油墨、涂料、塑料射出等領域。另一種產品是感溫色母粒，可直接用于塑料射出。該企業不同材料的變色范圍至多是-15℃到70℃，并有15種基本顏色可供選擇[3]。感溫變色材料的顏色可以根據需要調配，變色的溫度范圍也會隨著不同顏色材料配比比例的變化而變化。

(三)方案草圖

根據前文可知，35℃至38℃是最佳飲水溫度，我們對其進行適當的擴展，確定30℃至40℃是建議飲水溫度。

本文根據現有技術，以及色彩的冷暖關系，選擇了圖5所示的變色方式[3]作為本文的技術依據，即低溫時為藍色，隨著溫度的升高，逐漸變為紅色，最后變為黃色；這種顏色變化與人們對溫度變化的感受相一致，即藍色給人寒冷的感覺，當顏色逐漸變為紅色、黃色時，人們感到溫度也在逐漸升高。本文據此設計出的色帶如圖6所示，色帶上不同顏色的色塊對應不同的溫度，每個小色塊對應5℃的范圍，五個小色塊對應的范圍從20℃到45℃，在這五個色塊左右兩側的色塊分別表示低于20℃和高于45℃；30℃至40℃的建議飲水溫度則對應第三和第四個小色塊所在區間；每個色塊對應的溫度范圍將被告知消費者并體現在說明書上。此色帶則在后文中被應用到保溫杯的參考色環上。

圖5本文所選的變色方式圖6本設計所使用的色帶

示溫防燙保溫杯設計的方案草圖如圖7所示，在保溫杯下部設有一塊運用感溫變色涂料的示溫區域，此處可以感知內部水的溫度，并通過顏色顯示出來；在其上方有一個可以旋轉的參考色環，旋轉色環匹配下方感溫變色區域，就可以知道保溫杯中水溫的大致范圍，以及是否適合飲用。在使用者使用本產品一段時間后，就可以了解哪種顏色對應的水溫是自己感覺最舒服的。

圖7 方案設計草圖

四、詳細設計

(一)產品效果圖

如圖8所示是產品的效果圖。

圖8 產品效果圖

(二)產品使用情境圖

如圖9所示，使用者轉動色環匹配變色材料的顏色，就能夠得知保溫杯中水的大致溫度；待熱水的水溫降到合適區間時，就可以放心飲用了。

圖9 使用情境圖

(三)產品尺寸圖

如圖10所示是產品的尺寸圖，保溫杯底端的直徑是80mm，頂端直徑是70mm，總高是160mm。杯蓋高度是10mm，杯蓋上有凹槽便于擰開。參考色環的高度是8mm，色環上分布著一些小的凸起，便于旋轉。

圖10 產品尺寸圖

(四)產品結構圖

如圖11所示是產品的結構圖。

圖11 產品結構圖

五、總結

本文利用感溫變色材料設計了一款示溫防燙保溫杯。這款保溫杯能夠將杯中水溫用顏色的方式呈現出來，并搭配可旋轉的參考色環，提示使用者當前杯中水的溫度區間，防止因不了解水溫而造成誤飲燙傷。此外，本文還給出了30℃至40℃這一建議飲水溫度，而這一區間正好能夠對應參考色環的兩個色塊，便于使用者掌握適宜的水溫。這款保溫杯的目標用戶是學生群體，其區別于市場現有產品的突出特點是，不僅能夠較為準確地顯示水溫，還采用非電子式的示溫方式，降低了產品成本且更為環保，因此將具有相對低廉的價格，以滿足學生群體的需求。