探究墊層材料對彈簧床墊舒適度的影響

傅偉

摘 要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展讓人們的收入逐步增加，人們提高生活質(zhì)量的訴求也在隨之增加。生活質(zhì)量的保證離不開各種生活用品，其中床墊便是生活用品中非常重要的一種。為了提高床墊的舒適度，使之更能滿足人們的需求，本文通過對彈簧床墊力學(xué)性能的測試，探究了改變床墊的結(jié)構(gòu)，尺寸等對床墊整體性能的影響，并且結(jié)合具體的睡姿，分析床墊對于不同睡姿下舒適度的影響。

關(guān)鍵詞：彈簧床墊；硬度；彈性；舒適性

中圖分類號：TS665.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0252-02

研究表明，人一生很大一部分時間都是在床上度過的，床對于人的健康影響很大，而人體是直接與床墊接觸的，因此對床墊的舒適性進(jìn)行研究非常有意義。市面上有各種各樣的床墊，他們的材料不同，具體的結(jié)構(gòu)也有所差異，但是大體來說，床墊一般都由床芯、面料復(fù)合層和鋪墊層組成，其中對于床墊力學(xué)性能和舒適度的影響最大的是床芯。根據(jù)床芯填充材料的不同可以將床芯分為海綿床芯、棕櫚床芯、彈簧床芯等，而彈簧床芯由于其價格廉價，材料易得，生產(chǎn)技術(shù)完備等優(yōu)點(diǎn)，備受國內(nèi)外消費(fèi)者的歡迎。對于彈簧而言，其種類非常多，不同的材料，形狀或尺寸的彈簧，性能往往差別很大。因此我們可以通過改變彈簧的直徑，長度，材料和位置分布等來改變床墊性能，進(jìn)而滿足不同的客戶群的需求，例如對于體重較大的人群，我們可以設(shè)計硬度較大的床墊，避免用戶身體下陷。本文除了探究床芯對床墊力學(xué)性能的影響外，還結(jié)合不同的睡姿來評價床芯對床墊舒適性的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)床墊

本實(shí)驗(yàn)采用彈簧床墊，實(shí)驗(yàn)樣品包括22個床墊小樣，幅面尺寸為350×500（mm），其中有6個采用圓柱形袋裝彈簧，7個采用腰鼓形袋裝彈簧，9個采用雙錐形彈簧。這三種彈簧的區(qū)別在于彈簧與彈簧之間連接的方式不同，圓柱形袋裝彈簧采用C形釘連接，腰鼓形袋裝彈簧采用無紡布袋交叉連接，而雙錐形彈簧之間的連接則是通過串簧完成。這22個床墊小樣除了彈簧之間連接方式不同，其余材料的全部相同，用于測量不同床墊的抗壓性能。

實(shí)驗(yàn)樣品還包括11張成品床墊，幅面尺寸為1.2×2（m），其中采用袋裝彈簧、腰鼓形袋裝和雙錐彈簧的床墊數(shù)分別為4張，3張和4張。這11張床墊主要是用于探究不同床墊對舒適性的影響。

1.2 床墊物理性能測試方法

我國床墊力學(xué)性能測試的標(biāo)準(zhǔn)采用國際上通用的ISO2430/BMODⅠ標(biāo)準(zhǔn)，具體的測試方法依據(jù)CTBA方法進(jìn)行。在正式測試前，床墊小樣需要在室溫為23℃（溫差不超過±2℃），濕度為50%（誤差在±5%以內(nèi)）的環(huán)境下放置24小時，并要給與床墊小樣一定的預(yù)壓力。測試所用的壓力設(shè)備為島津萬能力學(xué)測試機(jī)，它的壓頭形狀為圓柱形，直徑為100mm，能夠施加壓力的范圍為0～250N，施加載荷的速度為100mm/min。測試位置為彈簧網(wǎng)格的交點(diǎn)，預(yù)壓101次，其中100次是在1200N的壓力下進(jìn)行的，1次是在壓力達(dá)到300N下完成的。測試要在開敞的空間進(jìn)行，保證空氣能夠流通順暢。

1.3 受試者及臥姿舒適性評價方法

這類測試屬于主觀性測試，因此在測試之前要對測試者進(jìn)行有關(guān)調(diào)查，盡量保證測試結(jié)果的客觀性和具有一定的普遍性。測試內(nèi)容包括受試者的身體狀況、病史、生活習(xí)慣等；此外還需要對受試者進(jìn)行心理測試，保證受試者測試過后給出最真實(shí)的結(jié)果。對于測試合格的志愿者還要通過自由模量估計法的篩選，然后經(jīng)過F檢驗(yàn)，判斷受試者的估計值和實(shí)際值的相關(guān)性，顯著相關(guān)者通過，否則被淘汰。

經(jīng)過上述步驟，最終有27名大學(xué)生志愿者進(jìn)入到睡姿舒適性評價階段，其中男性13人，女性14人，年齡在21-32歲之間，身高介于154.4-184.4（cm），體重最輕為43.5kg，最重為79.9kg。為了讓受試者適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，我們要求受試者連續(xù)一周在實(shí)驗(yàn)床墊上午休。在進(jìn)行主觀感受的實(shí)驗(yàn)時，11張實(shí)驗(yàn)床墊隨機(jī)分布，要求受試者分別采用不同睡姿進(jìn)行充分體驗(yàn)，然后讓受試者依據(jù)七級視覺模擬量表來對每個床墊進(jìn)行評價，評價的內(nèi)容包括受試者對床墊外觀形狀的主觀印象，床墊的舒適度，腰椎支撐度，臀部下陷度等。

2 結(jié)果與分析

2.1 彈簧物理參數(shù)與床墊壓縮性能之間的關(guān)系

按照CTBA標(biāo)準(zhǔn)測量22張床墊小樣的表層硬度、底層硬度和芯層硬度等，并計算實(shí)驗(yàn)結(jié)果的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)而可以依據(jù)數(shù)據(jù)分析得到床墊小樣的力學(xué)性能。分析數(shù)據(jù)可以得到以下幾個結(jié)論：

（1）隨著彈簧線徑的增大，3種床墊的芯層和底層的硬度都有顯著的增加；而增大彈簧的直徑，上述兩層的硬度反而減小；對于彈簧的有效圈數(shù)而言，圈數(shù)越多，底層和芯層的硬度越大。總體來說，床墊表層的硬度和彈簧參數(shù)之間的關(guān)系比較復(fù)雜，這是因?yàn)槿说捏w重是有限的，而這些重量并不會導(dǎo)致芯層和底層有很大的變形量。（2）3種床墊的芯層硬度的增加，都會使得各個測試點(diǎn)所得數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差降低，也就是說，彈簧性能相似，排列均勻，但其硬度并不是均勻分布的。同時，芯層硬度越大，這種均勻分布性相對來說也就越好。（3）3種床墊增大硬度都會減小床墊的滯后性，這是由于床墊硬度越高，其修復(fù)變形的能力越好。綜合三種床墊來看，床墊表層采用腰鼓形袋裝彈簧的較硬，而采用雙錐彈簧床墊的較軟；硬度最大的是采用雙錐彈簧的床墊，它的滯后性最小，硬度分布相對而言是最均勻的；硬度梯度最大的是采用圓柱形袋裝彈簧的床墊，而腰鼓形袋裝彈簧床墊硬度梯度適中，整體硬度大小也不是很大。

2.2 彈簧床墊臥姿的主觀舒適性評價

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對受試者的主觀評價進(jìn)行分析，首先剔除異常判斷的數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)取平均值，依據(jù)這些數(shù)據(jù)可以分析得出以下結(jié)論：

采用圓柱形袋裝彈簧的床墊對腰部的支撐性不好，其余兩種的支撐性都較好；床墊較軟時，圓柱形彈簧床墊最容易導(dǎo)致臀部下陷，緊接著是腰鼓形袋裝彈簧床墊；相對而言穩(wěn)定性最差的是雙錐彈簧床墊，最好的是圓柱形袋裝彈簧床墊；整體上說，對腰鼓形袋裝彈簧床墊的評價最高。

2.3 彈簧床墊壓縮力學(xué)性能與臥姿主觀舒適性之間的關(guān)系

彈簧直徑越大，其剛度較高，支撐性好，尤其是對腰部的支撐較為充分，而且床墊受力均勻，不會產(chǎn)生較大的變形，會給用戶較好的支撐感，但是柔軟性和彈性并不是很好，用戶的評價不高；床墊的滯后性主要影響用戶更換睡姿的體驗(yàn)性，滯后性越小，人體翻身所需能量越少，有利于提高睡眠質(zhì)量；床墊硬度梯度較大，其邊緣很硬，中心很軟，這容易導(dǎo)致臀部下凹，而腰部處于懸空狀態(tài)或是彎曲狀態(tài)，影響脊柱對身體的合理支撐；彈簧結(jié)構(gòu)采用腰鼓形袋裝的床墊，其支撐性能處于合適的區(qū)間，但是床墊的整體穩(wěn)定性要依賴床墊內(nèi)部彈簧排列結(jié)構(gòu)來加以保證。

3 結(jié)論

（1）雙錐彈簧床墊底層硬，表層軟，適合體重較大或者是身體線條不明顯的人群，這樣可以防止臀部下陷。（2）比較三種不同的床墊，雙錐彈簧床墊的硬度分布最為均勻，床的各部位硬度相差不大，體感很好，適用于身體比較敏感的人群；而圓柱袋裝彈簧床墊硬度梯度大，中間部位容易下陷，適用于體重較輕或者是喜歡軟床墊的人群。（3）雙錐彈簧床墊的滯后性相對來說較小，睡覺調(diào)整姿勢所消耗的能量較少，適用于睡覺喜歡變換姿勢的人群。

4 高分子材料床墊的優(yōu)勢

高分子材料，顧名思義就是組成材料的分子相對質(zhì)量較大，例如塑膠、纖維、橡膠等，同時人體內(nèi)的蛋白質(zhì)，糖類等物質(zhì)也是屬于高分子物質(zhì)，因而高分子被譽(yù)為生命存在的形式，所有的生命都可以看成是高分子物質(zhì)的有機(jī)組合。

采用高分子材料制成的床墊可以和人體有很好的適應(yīng)性，它彌補(bǔ)了普通床墊的很多缺點(diǎn)，例如不透氣，難以清洗等；同時，高分子床墊還具有重量輕，保暖性好，不產(chǎn)生噪音等優(yōu)點(diǎn)。此外高分子床墊還可以促進(jìn)血液循環(huán)，避免產(chǎn)生各種疾病，對于人體的健康非常有利，因而高分子床墊是床墊未來的發(fā)展方向。

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