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探究垫层材料对弹簧床垫舒适度的影响

2018-08-31傅伟

中国科技纵横 2018年9期
关键词:舒适性硬度弹性

傅伟

摘 要:经济的发展让人们的收入逐步增加,人们提高生活质量的诉求也在随之增加。生活质量的保证离不开各种生活用品,其中床垫便是生活用品中非常重要的一种。为了提高床垫的舒适度,使之更能满足人们的需求,本文通过对弹簧床垫力学性能的测试,探究了改变床垫的结构,尺寸等对床垫整体性能的影响,并且结合具体的睡姿,分析床垫对于不同睡姿下舒适度的影响。

关键词:弹簧床垫;硬度;弹性;舒适性

中图分类号:TS665.1 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)09-0252-02

研究表明,人一生很大一部分时间都是在床上度过的,床对于人的健康影响很大,而人体是直接与床垫接触的,因此对床垫的舒适性进行研究非常有意义。市面上有各种各样的床垫,他们的材料不同,具体的结构也有所差异,但是大体来说,床垫一般都由床芯、面料复合层和铺垫层组成,其中对于床垫力学性能和舒适度的影响最大的是床芯。根据床芯填充材料的不同可以将床芯分为海绵床芯、棕榈床芯、弹簧床芯等,而弹簧床芯由于其价格廉价,材料易得,生产技术完备等优点,备受国内外消费者的欢迎。对于弹簧而言,其种类非常多,不同的材料,形状或尺寸的弹簧,性能往往差别很大。因此我们可以通过改变弹簧的直径,长度,材料和位置分布等来改变床垫性能,进而满足不同的客户群的需求,例如对于体重较大的人群,我们可以设计硬度较大的床垫,避免用户身体下陷。本文除了探究床芯对床垫力学性能的影响外,还结合不同的睡姿来评价床芯对床垫舒适性的影响。

1 材料与方法

1.1 实验床垫

本实验采用弹簧床垫,实验样品包括22个床垫小样,幅面尺寸为350×500(mm),其中有6个采用圆柱形袋装弹簧,7个采用腰鼓形袋装弹簧,9个采用双锥形弹簧。这三种弹簧的区别在于弹簧与弹簧之间连接的方式不同,圆柱形袋装弹簧采用C形钉连接,腰鼓形袋装弹簧采用无纺布袋交叉连接,而双锥形弹簧之间的连接则是通过串簧完成。这22个床垫小样除了弹簧之间连接方式不同,其余材料的全部相同,用于测量不同床垫的抗压性能。

实验样品还包括11张成品床垫,幅面尺寸为1.2×2(m),其中采用袋装弹簧、腰鼓形袋装和双锥弹簧的床垫数分别为4张,3张和4张。这11张床垫主要是用于探究不同床垫对舒适性的影响。

1.2 床垫物理性能测试方法

我国床垫力学性能测试的标准采用国际上通用的ISO2430/BMODⅠ标准,具体的测试方法依据CTBA方法进行。在正式测试前,床垫小样需要在室温为23℃(温差不超过±2℃),湿度为50%(误差在±5%以内)的环境下放置24小时,并要给与床垫小样一定的预压力。测试所用的压力设备为岛津万能力学测试机,它的压头形状为圆柱形,直径为100mm,能够施加压力的范围为0~250N,施加载荷的速度为100mm/min。测试位置为弹簧网格的交点,预压101次,其中100次是在1200N的压力下进行的,1次是在压力达到300N下完成的。测试要在开敞的空间进行,保证空气能够流通顺畅。

1.3 受试者及卧姿舒适性评价方法

这类测试属于主观性测试,因此在测试之前要对测试者进行有关调查,尽量保证测试结果的客观性和具有一定的普遍性。测试内容包括受试者的身体状况、病史、生活习惯等;此外还需要对受试者进行心理测试,保证受试者测试过后给出最真实的结果。对于测试合格的志愿者还要通过自由模量估计法的筛选,然后经过F检验,判断受试者的估计值和实际值的相关性,显著相关者通过,否则被淘汰。

经过上述步骤,最终有27名大学生志愿者进入到睡姿舒适性评价阶段,其中男性13人,女性14人,年龄在21-32岁之间,身高介于154.4-184.4(cm),体重最轻为43.5kg,最重为79.9kg。为了让受试者适应实验环境,我们要求受试者连续一周在实验床垫上午休。在进行主观感受的实验时,11张实验床垫随机分布,要求受试者分别采用不同睡姿进行充分体验,然后让受试者依据七级视觉模拟量表来对每个床垫进行评价,评价的内容包括受试者对床垫外观形状的主观印象,床垫的舒适度,腰椎支撑度,臀部下陷度等。

2 结果与分析

2.1 弹簧物理参数与床垫压缩性能之间的关系

按照CTBA标准测量22张床垫小样的表层硬度、底层硬度和芯层硬度等,并计算实验结果的均值和标准差,进而可以依据数据分析得到床垫小样的力学性能。分析数据可以得到以下几个结论:

(1)随着弹簧线径的增大,3种床垫的芯层和底层的硬度都有显著的增加;而增大弹簧的直径,上述两层的硬度反而减小;对于弹簧的有效圈数而言,圈数越多,底层和芯层的硬度越大。总体来说,床垫表层的硬度和弹簧参数之间的关系比较复杂,这是因为人的体重是有限的,而这些重量并不会导致芯层和底层有很大的变形量。(2)3种床垫的芯层硬度的增加,都会使得各个测试点所得数据的标准差降低,也就是说,弹簧性能相似,排列均匀,但其硬度并不是均匀分布的。同时,芯层硬度越大,这种均匀分布性相对来说也就越好。(3)3种床垫增大硬度都会减小床垫的滞后性,这是由于床垫硬度越高,其修复变形的能力越好。综合三种床垫来看,床垫表层采用腰鼓形袋装弹簧的较硬,而采用双锥弹簧床垫的较软;硬度最大的是采用双锥弹簧的床垫,它的滞后性最小,硬度分布相对而言是最均匀的;硬度梯度最大的是采用圆柱形袋装弹簧的床垫,而腰鼓形袋装弹簧床垫硬度梯度适中,整体硬度大小也不是很大。

2.2 弹簧床垫卧姿的主观舒适性评价

实验结束后对受试者的主观评价进行分析,首先剔除异常判断的数据,其余数据取平均值,依据这些数据可以分析得出以下结论:

采用圆柱形袋装弹簧的床垫对腰部的支撑性不好,其余两种的支撑性都较好;床垫较软时,圆柱形弹簧床垫最容易导致臀部下陷,紧接着是腰鼓形袋装弹簧床垫;相对而言稳定性最差的是双锥弹簧床垫,最好的是圆柱形袋装弹簧床垫;整体上说,对腰鼓形袋装弹簧床垫的评价最高。

2.3 弹簧床垫压缩力学性能与卧姿主观舒适性之间的关系

弹簧直径越大,其刚度较高,支撑性好,尤其是对腰部的支撑较为充分,而且床垫受力均匀,不会产生较大的变形,会给用户较好的支撑感,但是柔软性和弹性并不是很好,用户的评价不高;床垫的滞后性主要影响用户更换睡姿的体验性,滞后性越小,人体翻身所需能量越少,有利于提高睡眠质量;床垫硬度梯度较大,其邊缘很硬,中心很软,这容易导致臀部下凹,而腰部处于悬空状态或是弯曲状态,影响脊柱对身体的合理支撑;弹簧结构采用腰鼓形袋装的床垫,其支撑性能处于合适的区间,但是床垫的整体稳定性要依赖床垫内部弹簧排列结构来加以保证。

3 结论

(1)双锥弹簧床垫底层硬,表层软,适合体重较大或者是身体线条不明显的人群,这样可以防止臀部下陷。(2)比较三种不同的床垫,双锥弹簧床垫的硬度分布最为均匀,床的各部位硬度相差不大,体感很好,适用于身体比较敏感的人群;而圆柱袋装弹簧床垫硬度梯度大,中间部位容易下陷,适用于体重较轻或者是喜欢软床垫的人群。(3)双锥弹簧床垫的滞后性相对来说较小,睡觉调整姿势所消耗的能量较少,适用于睡觉喜欢变换姿势的人群。

4 高分子材料床垫的优势

高分子材料,顾名思义就是组成材料的分子相对质量较大,例如塑胶、纤维、橡胶等,同时人体内的蛋白质,糖类等物质也是属于高分子物质,因而高分子被誉为生命存在的形式,所有的生命都可以看成是高分子物质的有机组合。

采用高分子材料制成的床垫可以和人体有很好的适应性,它弥补了普通床垫的很多缺点,例如不透气,难以清洗等;同时,高分子床垫还具有重量轻,保暖性好,不产生噪音等优点。此外高分子床垫还可以促进血液循环,避免产生各种疾病,对于人体的健康非常有利,因而高分子床垫是床垫未来的发展方向。

参考文献

[1]李莉.垫层材料对弹簧床垫舒适性的影响[J].家具,2012,(3):85-88.

[2]孙燕.多种类型弹簧结构床垫的体压分布特性及个性化设计研究[D].南京林业大学,2012.

[3]姜婷婷,申黎明.基于弹簧床垫综合刚度的不同年龄段人群个性化床垫设计[J].家具,2014,(5):37-41.

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