探究墊層材料對彈簧床墊舒適度的影響

傅偉

摘 要：經濟的發展讓人們的收入逐步增加，人們提高生活質量的訴求也在隨之增加。生活質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性能的測試，探究了改變床墊的結構，尺寸等對床墊整體性能的影響，并且結合具體的睡姿，分析床墊對于不同睡姿下舒適度的影響。

關鍵詞：彈簧床墊；硬度；彈性；舒適性

中圖分類號：TS665.1 文獻標識碼：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，具體的結構也有所差異，但是大體來說，床墊一般都由床芯、面料復合層和鋪墊層組成，其中對于床墊力學性能和舒適度的影響最大的是床芯。根據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，生產技術完備等優點，備受國內外消費者的歡迎。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性能的影響外，還結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 實驗床墊

本實驗采用彈簧床墊，實驗樣品包括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。

實驗樣品還包括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

我國床墊力學性能測試的標準采用國際上通用的ISO2430/BMODⅠ標準，具體的測試方法依據CTBA方法進行。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）的環境下放置24小時，并要給與床墊小樣一定的預壓力。測試所用的壓力設備為島津萬能力學測試機，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。測試位置為彈簧網格的交點，預壓101次，其中100次是在1200N的壓力下進行的，1次是在壓力達到300N下完成的。測試要在開敞的空間進行，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行有關調查，盡量保證測試結果的客觀性和具有一定的普遍性。測試內容包括受試者的身體狀況、病史、生活習慣等；此外還需要對受試者進行心理測試，保證受試者測試過后給出最真實的結果。對于測試合格的志愿者還要通過自由模量估計法的篩選，然后經過F檢驗，判斷受試者的估計值和實際值的相關性，顯著相關者通過，否則被淘汰。

經過上述步驟，最終有27名大學生志愿者進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。為了讓受試者適應實驗環境，我們要求受試者連續一周在實驗床墊上午休。在進行主觀感受的實驗時，11張實驗床墊隨機分布，要求受試者分別采用不同睡姿進行充分體驗，然后讓受試者依據七級視覺模擬量表來對每個床墊進行評價，評價的內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 結果與分析

2.1 彈簧物理參數與床墊壓縮性能之間的關系

按照CTBA標準測量22張床墊小樣的表層硬度、底層硬度和芯層硬度等，并計算實驗結果的均值和標準差，進而可以依據數據分析得到床墊小樣的力學性能。分析數據可以得到以下幾個結論：

（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而言，圈數越多，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之間的關系比較復雜，這是因為人的體重是有限的，而這些重量并不會導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所得數據的標準差降低，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

實驗結束后對受試者的主觀評價進行分析，首先剔除異常判斷的數據，其余數據取平均值，依據這些數據可以分析得出以下結論：

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致臀部下陷，緊接著是腰鼓形袋裝彈簧床墊；相對而言穩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 彈簧床墊壓縮力學性能與臥姿主觀舒適性之間的關系

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性，滯后性越小，人體翻身所需能量越少，有利于提高睡眠質量；床墊硬度梯度較大，其邊緣很硬，中心很軟，這容易導致臀部下凹，而腰部處于懸空狀態或是彎曲狀態，影響脊柱對身體的合理支撐；彈簧結構采用腰鼓形袋裝的床墊，其支撐性能處于合適的區間，但是床墊的整體穩定性要依賴床墊內部彈簧排列結構來加以保證。

3 結論

（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勢

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

采用高分子材料制成的床墊可以和人體有很好的適應性，它彌補了普通床墊的很多缺點，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，不產生噪音等優點。此外高分子床墊還可以促進血液循環，避免產生各種疾病，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展方向。

參考文獻

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