弹簧软床垫的分区化设计.doc

弹簧软床垫的分区化设计现代床垫发展至今，经过不断的深入研究与产业化发展，已经衍生出竹炭床垫、气垫床垫、羽绒床垫、乳胶床垫和水床垫等多个新的品种。这些新型床垫各有特点，但据专家分析，未来10年传统的弹簧床垫依然是消费者的首选。这不仅是因为弹簧床垫的制造技术已经非常成熟，而且还因为弹簧床垫具有良好的透气性与抗冲击性，其软硬度以及对人体支撑的力度也较为舒适合理。 目前对于弹簧床垫的研发重点依旧围绕结构设计展开，目的是应用不同的材料和组合支撑方式，以达到最佳的睡眠舒适性，其中，分区化设计是弹簧床垫制造技术的主攻方向。 1 “好”床垫的两个标准 从睡眠的角度来说，“好”床垫有两个标准：一是人无论处于哪种睡眠姿势，脊柱都能保持平直舒展；二是人体的各个部位所受回应力的压强均等，躺于其上全身可以得到充分放松。 这就牵扯到了床垫软硬度的问题。弹簧床垫的软硬与否主要取决于芯层弹簧的软硬，除了应有起到支撑作用的必要硬度外，还应具备良好的回弹性，即所谓的“刚柔并济”。现今市场上的弹簧床垫多采用经典的3层构造（上层面料层、中间铺垫层、下层弹簧层）就是为了满足这种回弹性要求。 图1 弹簧床垫的经典3层构造图2 一种5分区袋簧床垫图3 不同体型人群仰卧下的腰背间隙材料的发展给了我们更多的选择。对于弹簧来说，从联结式到独立筒、袋装独立筒，再到线状弹簧、袋装线状弹簧；对于铺垫料来说，如高密度海绵、乳胶棉和“记忆海绵”的使用，都使得改变床垫的应力变形变得越加容易。 而从结构设计的角度看，如今市场上也已推出了1000簧7区的床垫，即在90200厘米的单元面积上分布着1000个弹簧，7个区域的弹性依据人体各个部位的重量精确计算，使得各部位都能得到有力的支撑，从而保持最佳的卧姿舒适性。 那么对于分区弹簧床垫来说，究竟该如何分区、分几个区、各个分区面域的面积，以及弹簧材料的选择，这些都是需要深入思考的。由于床垫产品品种繁多，材料结构各异，故笔者接下来以5分区袋簧床垫为例，就如何进行床垫的分区设计作详细介绍。 2 床垫分区化设计方法 2.1 分区的数量 通过比较我们发现，市场上的3分区床垫（头肩背部、腰臀部和腿部）腰部和臀部均是一个整体，不论过硬还是过软，腰部始终得不到有力的支撑，不分区床垫亦是如此。至于7分区床垫，从人体工程学角度看，划分过细，实为多余，且势必增加制造成本。 相比较而言，5分区床垫（头部、肩背部、腰部、臀部和腿部）的分区更加细腻而科学，可以分别满足肩背部、腰部和背部对床芯不同的软硬度要求，只要在各个部位选择软硬度合适的弹簧组合，便可以提高床垫的舒适性。 因此，笔者认为5分区是未来分区弹簧床垫市场的主流，也是企业应该关注的研发焦点。 2.2 设计依据 2.2.1 腰背间隙的控制 上文中谈到，软硬度是床垫设计的核心问题。先论“好”床垫的第1个标准，床垫太硬太软都不舒适，且易使人形成“W”形不良睡姿，这种睡姿是不自然的。人站立时的脊柱姿态最为自然，此时脊柱呈“S”形，内凹46厘米，睡眠要达到舒适，腰背间隙应该控制在脊柱自然弯曲时腰背间隙的二分之一，即以23厘米为宜。 但由于各人体型不同，不同人的腰背间隙极值是有差别的。偏瘦体型的人卧姿腰背间隙适宜范围为22.65厘米；偏胖体型的人卧姿腰背间隙适宜范围为22.4厘米；一般体型的人卧姿腰背间隙适宜范围为22.85厘米。 2.2.2 体压分布 由上文中“好”床垫的第2个标准可知，床垫局部弹簧床芯的软硬度不同，对人体各部位的受力面积和压力分布的影响显然也不同。 腰部位置的床芯越硬，肩背部和臀部与床垫的接触面积越小，受力越分散，腰部受力越大，各个部位的压强就越大。肩背部位置的床芯越硬，臀部与床垫接触面积越小，受力越集中，压强越大，此时腰部压强变小，受力变小。臀部部位的床芯越硬，肩背部和臀部与床垫的接触面积越大，受力越分散，压强就越小，而腰部受力越发集中，压强也变大。 综合以上两项设计依据，一般认为，对于偏瘦体型人群适宜整体偏硬、腰部床芯的软硬度和肩背部、臀部差异梯度较小的分区床垫。偏胖体型人群适宜腰部床芯软硬度偏硬、肩背部床芯的软硬度中硬、臀部的床芯偏软、腰部与臀部的床芯软硬差异梯度较大的分区床垫。一般标准体型人群适宜肩背部和臀部的床芯偏软、腰部的床芯中硬的分区床垫。 3 分区设计方案 3.1 床垫及其分区尺寸的确定 按照中国人体尺寸的第50百分位来划分各分区部位的尺寸范围，并根据袋簧实际的排布数量情况，最终确定床垫的各分区尺寸为：头部4021005毫米、肩背部2681005毫米、腰部2011005毫米、臀部4021005毫米、腿部7371005毫米.整体尺寸为20101005毫米。 3.2 整体结构 床垫整体结构采用经典的“3层构造”原则设计。袋簧中间芯层厚165毫米，正面面料层采用全面提花面料、25毫米厚腈纶棉、丙纶热压无纺布衍缝复合而成，铺垫层采用20毫米乳胶海绵和普通海绵、10毫米厚的普通海绵组成。 3.3 袋装弹簧的选择 根据床垫总体尺寸以及分区的规划，各区袋簧排布的数量为：头部615个、肩背部415个、腰部315个、臀部615个、腿部1115个。 袋簧的线径、中径、圈数3者决定了其弹性系数，也就是软硬的程度。这里将以这3个参数设置的袋簧模块用“（线径 中径 圈数）”表示，如“（1.8 65 6）”，即表示袋簧的线径为1.8毫米、中径为65毫米、圈数为6圈。 根据弹性系数的不同，我们就可以按照上文的设计依据，对其搭配组合，设计出针对不同体型特征人群的分区床垫了。例如，图4与图5是适宜偏胖体型人群的床垫芯层设计方案。 图4 适宜偏胖体型人群床垫的芯层设计方案图5 袋簧床垫侧视结构4 结语 就笔者所观察，从最近两年的上海展览会上可以看到乳胶床垫以其优异的性能已经占据了很大的市场份额，欧美厂家对乳胶床垫的分区化设计日趋成熟，但鲜见成熟的分区弹簧床垫产品问世。 事实上，床垫的分区化设计还是一个新概念，笔者认为，从结构