《床垫硬度分级与分布测试评价方法》

GB/TXXXX-XXXX

床垫硬度分级与分布测试评价方法

1范围

本文件规定了床垫硬度分级的两种测试评价方法。

——方法A：床垫硬度等级测试，给出了床垫硬度等级的测试和评价方法。

——方法B：床垫硬度分布测试，给出了床垫表层、芯层、底层硬度分布的测试和评价方法。

本文件适用于床垫的硬度分级和分布测试与评价，不适用于充水床垫、充气床垫等特殊床垫产品。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款，其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

QB/T1952.2软体家具弹簧软床垫

QB/T4839软体家具发泡型床垫

3术语和定义

QB/T1952.2和QB/T4839中界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

表层硬度surfacehardness

测试过程中，加载曲线上40N和4N之间的位移差。

3.2

芯层硬度corehardness

测试过程中，加载曲线上200N和40N之间的位移差。

3.3

底层硬度bottomhardness

测试过程中，加载曲线上250N和200N之间的位移差。

3.4

滞后损失率hysteresislossrate

试件在压力下发生变形时，加载与卸载之间的能量差，即加载曲线和卸载曲线间的面积，占加载曲

线与X轴面积的百分比，单位为%。

4仪器设备

1

GB/TXXXX-XXXX

4.1床垫硬度测试仪

仪器示意图如图1所示。设备应配备数据采集装置，用于采集力学测试装置输出的力和位移数据，

可获得并储存测试加载和卸载曲线。

1——测试平台；

2——移动支架；

3——力学测试装置；

4——测试压头；

5——主机；

6——采集卡；

7——显示器；

8——伺服电机。

图1床垫硬度测试仪

4.2测试平台

测试平台为不小于2000mm×2000mm刚性平台，平台上布有直径约6mm排气孔，孔间距离为20

mm。

4.3移动支架

配备可以在平台上自由移动的支架。

4.4力学测试装置

移动支架上设有可自由横向移动的力学测试装置，力学测试装置上所使用的力学传感器量程应大于

1000N，小于等于2000N，精度应满足加载力的±5%。

4.5测试压头

2

GB/TXXXX-XXXX

4.5.1球缺形压头

压头为刚性材料，表面光滑，压头直径为（355±10）mm，底部边缘球形半径为（800±20）mm，

边缘曲率半径为（20±2）mm，如图2所示。

单位为毫米

图2球缺形压头

4.5.2圆柱形压头

直径为100mm的刚性圆柱体，底面平整光滑。如图3所示。

单位为毫米

图3圆柱形压头

5试验条件

样品预处理条件：温度为（23±2）°C，相对湿度为（50±5）%；

测试条件：测试应在温度为15°C~30°C的室内环境下进行，记录测试过程中的最高和最低温度。

6样品

样品为床垫产品，亦可以是用于研发的半成品床垫样品。

3

GB/TXXXX-XXXX

7测试步骤

7.1试样预处理

床垫试样在生产后放置72h以上方可进行测试，如果可以证明经放置16h或48h的测试结果偏差不

大于±10%，测试可以在放置16h或48h后进行。测试前将试样放在不受弯曲、变形和破坏的条件下，

在温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%的条件下放置不小于24h进行预处理，这一状态预处理时

间可包括在生产后72h内。对于压缩床垫，应拆开真空包装后，在以上预处理环境条件下放置至少72h。

7.2测试点分布

床垫在长度方向划分为五个区域，分别为床垫头部至脚部，0mm~280mm为头部区域，280mm~640

mm为肩背部区域，640mm~760mm为腰部区域，760mm~1240mm为臀部区域，1240mm以上为腿

部区域，分布测试点位于五个区域的中心位置。对于床垫宽度大于等于1350mm的双人床垫，分布测

试点于床垫宽度1/4位置的轴线上，分别位于五个区域的中心位置。对于床垫宽度小于1350mm的单人

床垫，分布测试点于床垫宽度中轴线上，分别位于五个区域的中心位置。

以2000mm×1800mm的床垫为例，测试点分布如图4所示。

对于左右分区床垫，应在不同的睡眠区域中轴线上按以上要求，在床垫长度方向分五个区域分布测

试点。对于其他类型硬度分区床垫，应根据实际分区情况针对每一分区的中心位置进行测试。定位精度

为±20mm。

单位为毫米

图4床垫测试点分布

7.3方法A——床垫硬度等级测试

7.3.1测试步骤

a)按7.1的规定进行试样预处理；

4

GB/TXXXX-XXXX

b)将床垫试样放置在测试平台中央位置，移动支架横梁和力学性能测试装置，使球缺形压头（4.5.1）

中心位于床垫测试点的正上方。

c)对床垫进行预压处理，球缺形压头（4.5.1）以（90±5）mm/min的速度匀速下降，当压头载荷

达到1000N后，再以同样的速度卸载至载荷为0N，重复加载和卸载3次。

d)预压处理完成后60s，球缺形压头（4.5.1）以（90±5）mm/min的速度匀速下降，当压头载荷

达到1000N后，立即以同样的速度卸载至载荷为0N，期间记录每次的位移与载荷的数据，绘

制曲线图，如图5所示。

图5床垫硬度等级测试、计算参量示意图

7.3.2结果计算

7.3.2.1加载曲线斜率的平均值T

T的计算公式如下：

(푇+푇+푇)

푇=210275340……(1)

3

式中：

T——为加载曲线斜率的平均值，单位为牛每毫米（N/mm）；

T210——为加载曲线在210N时的切线斜率，单位为牛每毫米（N/mm）；

T275——为加载曲线在275N时的切线斜率，单位为牛每毫米（N/mm）；

T340——为加载曲线在340N时的切线斜率，单位为牛每毫米（N/mm）。

7.3.2.2K值

K是影响床垫硬度的重要因素，公式如下：

퐴

퐾=450……(2)

푇

式中：

K——床垫硬度影响因子；

A450——为0N~450N范围内加载曲线与x轴之间的总面积，单位为牛毫米（N·mm）；

T——为加载曲线斜率的平均值，单位为牛每毫米（N/mm）。

7.3.2.3床垫的硬度等级S

5

GB/TXXXX-XXXX

床垫的硬度等级S的计算公式如下：

S=10(1−푒−(퐾푎+푏))2……(3)

式中：

S——床垫的硬度等级；

K——床垫硬度影响因子；

a——7.737×10-4;

b——9.706×10-2；

e——自然常数。

计算结果S应保留1位小数，0＜S≤10，S值越小，则越硬；当S＜3表示硬，3≤S≤6表示软硬

适中，6＜S≤10表示软。

每个测试点测试2次,第二次测试无需预压，测试间隔为60秒，两次测试结果偏差不超过10%，

各测试点的硬度等级为两次测试结果的平均值。

床垫的硬度等级为各测试点硬度等级的平均值。

注：对于分区设计的床垫或应客户要求，测试报告中应分别出具各测试点的硬度等级。

7.4方法B——床垫硬度分布测试

7.4.1测试步骤

a)按7.1的规定进行试样预处理；

b)将床垫试样放置在测试刚性台面中央位置，移动支架横梁和力学性能测试装置，使圆柱形压头

（4.5.2）中心位于床垫测试点的正上方。

c)对床垫进行预压处理，圆柱形压头（4.5.2）以（100±5）mm/min的速度匀速下降，当压头载

荷达到1000N后，再以同样的速度卸载至载荷为0N，重复加载和卸载2次，随后再以相同

速度压陷试样，当压头载荷达到300N后，保载30秒，以同样的速度卸载至为0N。

d)预压处理完成后60秒，圆柱形压头（4.5.2）以（100±5）mm/min的速度匀速下降，当载荷达

到250N时，立即以同样速度卸载至0N。获得加载-卸载曲线,如图6所示。

图6加载-卸载曲线

6

GB/TXXXX-XXXX

7.4.2结果计算

7.4.2.1硬度分布

根据如下公式获得床垫表层、芯层、底层硬度，Dsurface、Dcore、Dbottom：

……

퐷푠푢푟푓푎푐푒=퐷푓40푁−퐷푓4푁(4)

퐷푐표푟푒=퐷푓200푁−퐷푓40푁……(5)

퐷푏표푡푡표푚=퐷푓250푁−퐷푓200푁……(6)

퐷푡표푡푎푙=퐷푠푢푟푓푎푐푒+퐷푐표푟푒+퐷푏표푡푡표푚……(7)

式中：

Dsurface——测试床垫的表层硬度，单位为毫米（mm）；

Df40N——加载曲线上40N对应的位移值，单位为毫米（mm）；

Df4N——加载曲线上4N对应的位移值，单位为毫米（mm）；

Dcore——测试床垫的芯层硬度，单位为毫米（mm）；

Df200N——加载曲线上200N对应的位移值，单位为毫米（mm）；

Dbottom——测试床垫的底层硬度，单位为毫米（mm）；

Df250N——加载曲线上250N对应的位移值，单位为毫米（mm）；

Dtotal——测试床垫的总硬度，单位为毫米（mm）；

硬度分布测试结果均保留到整数位。

每个测试点测试2次，第二次测试无需预压，测试间隔为60秒，两次测试结果偏差不大于10%，

床垫上各测试点的硬度分布结果分别为两次测试结果的平均值。

床垫的硬度分布结果分别为各测试点硬度分布结果的平均值。

注：对于分区设计的床垫或应客户要求，测试报告中应分别出具各测试点的硬度分布结果。

7.4.2.2滞后损失率

床垫的滞后损失率H的计算公式如下：

퐴

퐻=1×100……(8)

퐴2

式中：

H——床垫的滞后损失率，以百分比表示（%）；

A1——加载曲线与卸载曲线围合的面积；

A2——加载曲线与X轴围合的面积；

A1、A2如图6所示。

滞后损失率应保留1位小数。

每个测试点测试2次，第二次测试无需预压，测试间隔为60秒，两次测试结果偏差不大于10%，

床垫上各测试点的滞后损失率为两次测试结果的平均值。

床垫的滞后损失率为各测试点滞后损失率的平均值。

注：对于分区设计的床垫或应客户要求，测试报告中应分别出具各测试点的滞后损失率结果。

8实验报告

7

GB/TXXXX-XXXX

试验报告应包含以下内容：

1）本标准编号；

2）试样的基本描述，包括床垫类型、尺寸、生产厂家等产品信息；

3）试样预处理和测试中的温度和湿度；

4）测试的方法；

5）测试的结果。

8

《床垫硬度分级与分布测试评价方法》

征求意见稿编制说明

1工作简况

1.1任务来源

本标准的制定计划由全国家具标准化技术委员会（SAC/TC480）和深圳家

具研究开发院提出，经国家标准化管理委员会批准，正式列入2020年第四批推

荐性国家标准制修订项目计划，项目编号为20205039-T-607，项目名称为《床垫

硬度分级与分布测试评价方法》，主要起草单位为深圳家具研究开发院、深圳市

赛德检测技术有限公司、安徽农业大学等。

1.2主要工作过程

1.2.1成立起草小组

深圳家具研究开发院接到编制任务后，于2018年12月启动编制工作，成立

了标准起草小组，确定起草小组成员，召开起草小组成员，召开相关会议。起草

小组确定了主要编制原则，编制大纲、人员分工和进度计划，标准起草小组中的

多名成员具有丰富的标准制修订经验以及床垫研发、检测经验。

1.2.2形成标准草案

该项目以深圳市家具行业协会团体标准T/SZFA2003.1-2019《床垫人体工

程学评价床垫硬度分级与分布测试评价方法》为基础。该团体标准在经历了2

年的市场应用后提交立项成为国家推荐性标准。

2018年12月11日，项目启动，在深圳家具研究开发院召开第一次起草小

组工作会议，确定工作范围，明确职责、任务分工及标准关键技术指标的研究任

务。

2018年12月至2019年2月，资料查询、方案设计，以安徽农业大学研究

1

为基础，建立测试方法。组织人员收集了本项目设计的国内标准文献和资料，了

解相关检验方法和原理，并对收集的资料进行汇总、分析和比对，确定了该标准

项目的基本方向，该标准设计床垫硬度分级与分布的术语和定义、仪器设备、测

试方法等内容，并且先后组织人员实地走访了设备生产企业、床垫生产企业，了

解了床垫的主要类别、生产工艺等方面的内容，确定了该标准项目的测试范围，

组织床垫企业专题研讨标准的框架内容，广泛征求有关企业的意见，其中仪器设

备和测试方法是该标准的核心内容，与本标准相关的标准主要是：QB/T

1952.2-2011《软体家具弹簧软床垫》、BSEN1957:2000《furniture-bedsand

mattresses-testmethodforthedeterminationoffunctionalcharacteristicsand

assessmentcriteria》、ISO2439:2008（E）《flexiblecellularpolymeric

material-determinationofhardness（indentationtechnique）》、GB/T10870-2006《软

质泡沫聚合材料硬度的测定（压陷法）》等相关标准。2019年3月至2019年12

月形成标准草案。

1.2.3形成标准征求意见稿

2019年12月4日深圳家具研究开发院在深圳市家具行业协会组织召开了标

准技术研讨会（图1），与会的企业代表有：深圳市赛德检测技术有限公司、安

徽农业大学、东莞市慕思健康睡眠股份有限公司、顾家集团有限公司、深圳雅兰

家具有限公司、敏华控股、喜临门家具股份（浙江杭州）有限公司、麒盛科技股

份有限公司、、深圳市左右家私有限公司、深圳市中深爱的寝具科技有限公司、

深圳华生大家居集团有限公司、深圳市格调家私有限分公司、深圳天诚家具有限

公司、深圳市仁豪家具发展有限公司、深圳市松堡王国家居有限公司、深圳市华

意整体家居、宜华生活科技股份有限公司、七彩人生集团有限公司、深圳市童话

森林家具有限公司等。

2

图12019年12月4日标准技术研讨会掠影

2020年1月至2021年3月，开展方法验证工作，期间完成实验室内部比对

和实验室间比对验证工作。并对市场25家企业的105个床垫样品进行了测试与

验证（测试数据见3.1）。

2021年4月至5月，形成征求意见稿、编制说明。

3

1.2.4形成标准送审稿

XXXX

1.2.5形成标准报批稿

XXXX

1.3主要参与单位与工作组成员及其所做的工作

主要参与单位：深圳家具研究开发院、深圳市赛德检测技术有限公司、安徽

农业大学等。

起草小组成员由顾浩飞、杨丽娜、陈玉霞等组成，深圳家具研究开发院顾浩

飞担任标准编制起草小组组长。

标准起草分工：深圳家具研究开发院负责标准的起草，整体协调和组织工作，

对标准中的方法进行测试和相关验证，负责收集整理各有关单位的意见；深圳市

赛德检测技术有限公司负责样品的检测分析及验证对比、相关标准的协调、方法

合理性、关键参数科学性的确认工作；安徽农业大学负责基础技术理论的研究，

方法的建立，方案的解决等。

2标准编制原则和主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、

测试方法、检验规则等）的论据，解决的主要问题

2.1标准编制原则

本标准依据GB/T1.1-2020中的目标和总体原则，本标准的编制遵循科学性

原则，对床垫生产企业、和市场做了充分的调研，在分析目前的床垫硬度测试评

价方法的情况下，充分征询企业、消费者、检测机构、行业协会等多方面意见的

基础上，确立了方法中的关键参数，确保了标准制定的科学性。

本标准遵循先进性原则。在标准制定过程中，充分考虑到ISO2439:2008（E）

《flexiblecellularpolymericmaterial-determinationofhardness（indentation

technique）》等标准的关联性和先进性，针对现阶段床垫的定制化生产的特点，

针对性的增加了硬度分布的测试方法，为床垫的标准化设计与定制化生产提供了

4

科学理论依据。

本标准的编制遵循适用性原则，制定过程中充分考虑了床垫硬度的测试方法，

有利于床垫企业的研发，检测机构对于硬度的测试，也考虑了消费者的需求，从

而更好地服务床垫定制化行业。

2.2主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、测试方法、检

验规则等）的论据，解决的主要问题内容

2.2.1范围

本标准规定两种床垫硬度测试评价方法，适用于成品床垫硬度的测试与评价。

为了确定整体床垫的软硬度等级和客观的软硬度数据，以便消费者可以选择

适合自己的床垫，同时也给床垫制造企业提供床垫定量化设计的依据，所以本标

准规定了方法A。

——方法A：床垫硬度等级测试方法，给出了床垫硬度等级及其分布的测试

评价方法。

为床垫的支撑性能的优选设计、床垫人体工程学评价提供科学理论依据，所

以本标准规定了方法B。

——方法B：床垫硬度分布测试方法，给出了床垫纵向结构的软硬分布情况

（表层、芯层、底层）测试评价方法。

2.2.2术语和定义

为了能更好的理解本标准，对以下专用术语作解释性说明。

2.1.1.1

表层硬度Dsurfacesurfacehardness

加载曲线上40N和4N之间的位移差。

2.1.1.2

芯层硬度Dcorecorehardness

加载曲线上200N和40N之间的位移差。

2.1.1.3

底层硬度Dbottombottomhardness

5

加载曲线上250N和200N之间的位移差。

2.1.1.4

滞后损失率Hhysteresislossrate

试件在循环变形作用下的加载和卸载能量差。

2.2.3床垫试样的要求

2.2.3.1测试点分布的确定

人体在床垫上有着不同的分布区间，通过对人体部位在床垫上的分布（见图

5），床垫在长度方向划分五个区域，由上至下为床垫头部至脚部，0mm~280mm

为头部区域，280mm~640mm为肩背部区域，640mm~760mm为要不区域，

760mm~1240mm为臀部区域，1240mm以上为腿部区域，分布测试点于睡眠区

域，分别位于五个区域的中心位置。对于床垫大于等于1350mm的双人床垫，分

布测试点与床垫宽度1/4位置的轴线上，分别位于五个区域的中心位置。对于床

垫宽度小于1350mm的单人床垫，分布测试点于床垫宽度中轴线上，分别位于

五个区域的中心位置。以2000mm×1800mm的床垫为例，测试点分布如图2

所示。本标准为了更好的测试出整张床垫的综合硬度数据，将按至少五个分区的

关键点来进行测试，最终综合评价床垫产品的软硬度数据。

注：对于左右分区床垫，应在不同的睡眠区域中轴线上按以上要求，在床垫

长度方向分五个区域分布测试点。对于其他分区床垫，应根据床垫设计目的，分

区进行测定并出具测试结果。

图2床垫硬度测试点分布

6

2.2.3.2试样调节环境的确定

床垫产品再测试前必须进行合适条件的环境预处理，以保证产品的最终稳定

状态，由于床垫产品多为海绵、乳胶等材料组成，因此在产品预处理条件的现状

上我们参考了海绵等原材料测试标准中常用的预处理条件。待测样品的状态调节

参考GB/T2918-2018《塑料试样状态调节和测试的标准环境》中标准环境23/50

的要求，与GB/T10807-2006/ISO2439:1997《软质泡沫聚合塑料硬度的测定（压

陷法）》的试样调节要求相同。具体预处理条件和方法如下：

床垫试样在生产后72h以上方可进行测试，对于压缩床垫，还应在拆开包装

72h以上方可进行测试，如果可以证明放置16h或48h的测试结果之差不大于±

10%，测试可以在放置16h或48h后进行。测试前将试样放在不受弯曲变形和破

坏的条件下，在温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%的条件下放置不小

于24h，这一状态调节时间可包括在生产后72内，测试应在同等环境下进行，

并记录测试时温湿度情况。

2.2.4仪器设备

2.2.4.1力学测试设备

为了达到测试目标，起草小组自主开发测试仪器及其中的软件算法，在传统

万能力学测试机的基础上增加了二维测试幅面，可以对平面上所有点进行测试。

床垫硬度测试仪器如图3所示。

图3床垫各层硬度及硬度等级测试仪器

7

1—测试平台；

2—支架横梁；

3—力学性能测试装置；

4—主机

5—采集卡

6—显示器

7—伺服电机

2.2.4.2压头的确定

2.2.4.2.1球缺形压头的确定

球缺形压头是测试床垫软硬度时（方法A）所使用的测试压头，球缺型压头

的确定主要是参考QB/T1952.2-2011《软体家具弹簧软床垫》，BSEN1957:2000

《床和床垫测试方法》中测试硬度时所使用的测试压头，以及在GB/T

10807-2006/ISO2439:1997《软质泡沫聚合塑料硬度的测定（压陷法）》中所使

用的测试压头，用于本标准中的方法A。

压头为刚性材料，表面光滑，压头直径为355mm，底部边缘球形半径为

800mm，总接触面积为1000cm2，如图4所示。

图4球缺型压头

8

2.2.4.2.2圆柱形压头的确定

圆柱形压头是床垫硬度分布测试（方法B）所使用的压头，ISO2439:2008

（E）《flexiblecellularpolymericmaterial-determinationofhardness（indentation

technique）》中采用的压头直径为200mm，压头是模拟人对于床垫软硬度的感受

能力的工具，根据体压分布图可知，人平躺或侧躺在床垫上，感知范围（即图5

中红色区域）大概在100mm，所以测试分层硬度（方法B）的压头直径定为100mm。

图5平躺及侧卧状态下体压分布图

直径为100mm的刚性圆柱体，底面平整光滑。如图6所示

图6圆柱形压头

2.2.4.3体压分布测试（仅在编制说明中测测试证阶段需要）

采用美国Tescan公司的体压分布测试系统（体压分布图如图5所示）。

9

2.2.5测试方法的确定

2.2.5.1方法A的确定

2.2.5.1.1试验床垫

从市场上购买的8张床垫，根据QB/T1952.2-2011中附录A，测定8张床垫

的硬度等级为0.41~9.30，如表1所示。

表1试验床垫基本参数

床垫厚度芯层高度铺垫层厚度床垫硬度等级（QB/T

床垫名称芯层类型

（mm）（mm）（mm）1952.2-2011）

1号床垫180棕垫60300.41

2号床垫290独立袋装弹簧120604.87

3号床垫200独立袋装弹簧160403.73

4号床垫210独立袋装弹簧150302.66

5号床垫330独立袋装弹簧150707.70

6号床垫380独立袋装弹簧1801209.30

7号床垫250精钢连锁弹簧150101.43

8号床垫180高弹棉160202.58

2.2.5.1.2受试者

受试者为73名，其中25名男性，48名女性，年龄为21-60岁，身体健康，

无病痛。

2.2.5.1.3主观硬度评级

随机选择73名受试者，随机躺在8款编号的床垫上，采用单盲评价法（见

表2），根据语义分析法对床垫的硬度进行评级。评分范围0~10，分数越低，表

示床垫越硬。

表2对床垫物理性能印象的视觉模拟量表（visualanaloguescale，VAS）（仰卧/侧卧）

试验编号：受试者：试验时间：

等级及评分

评价项目

10987654321

柔软性非常柔软一般非常硬

稳定性非常稳定一般非常不稳

弹性非常大一般几乎无

支撑力非常大一般几乎无

肩部下限感非常强一般非常弱

10

臀部下限感非常强一般非常弱

腰椎变形感上凸非常大自然弯曲后凹非常大

翻身难易度非常容易一般非常难

2.2.5.1.4主观硬度评级结果

表3主观硬度评级结果

1号床垫2号床垫3号床垫4号床垫5号床垫6号床垫7号床垫8号床垫

0.33±5.92±4.61±3.29±8.63±9.72±1.66±3.18±

柔软性

0.511.121.851.930.942.510.912.85

0.43±6.05±3.41±3.11±8.45±9.57±0.98±3.04±

稳定性

0.961.891.770.842.781.740.420.77

0.25±6.32±3.69±3.58±8.16±9.69±2.11±3.55±

弹性

0.611.041.731.770.750.341.542.42

0.34±5.33±4.66±4.01±8.04±9.81±1.14±3.74±

支撑力

0.730.922.291.033.881.250.231.03

0.51±5.02±5.20±3.24±8.84±9.25±1.58±3.87±

肩部下限感

0.631.011.051.491.142.461.460.53

0.33±5.95±4.74±3.34±8.70±9.06±1.69±3.23±

臀部下限感

0.921.720.980.730.421.480.421.80

0.23±5.92±4.24±3.84±8.52±9.17±1.47±3.31±

腰椎变形感

0.511.902.471.044.644.870.841.15

0.37±6.13±5.01±2.89±8.56±9.33±1.39±3.82±

翻身难易度

0.241.070.740.471.270.921.360.74

表3中为8款床垫主观物理印象评级结果。由表中数据可得到8款床垫硬度

的主观评分存在明显差异，其中1号、7号和4号床垫主观硬度评价较硬，评分

分别为0.33、1.66和3.29，5号和6号床垫柔软，评分分别为8.63和9.72。8款

床垫主观硬度评级由软到硬的顺序如下：6号床垫、5号床垫、2号床垫、3号床

垫、8号床垫、4号床垫、7号床垫、1号床垫。

2.2.5.1.5K值的测试与计算

按照QB/T952.2-2011中附录A，对8款床垫进行测试，每款床垫测试点不

少于20个，重复测试3次，得到加载图，根据图7中数据进行如下计算：

(푇+푇+푇)

T=210275340

3

式中：

T——为加载曲线斜率的平均值，N/mm；

11

T210——为加载曲线在210N时的切线斜率，N/mm；

T275——为加载曲线在275N时的切线斜率，N/mm；

T340——为加载曲线在340N时的切线斜率，N/mm。

K值是影响床垫硬度的重要因素，单位为mm2，公式如下：

퐴

K=450

푇

式中：

K——为床垫硬度影响因子，mm2；

A450——为0N~450N范围内加载曲线于x轴之间的总面积，N·mm。

图7床垫硬度等级测试加载图

利用origin软件对测试数据进行拟合，以K值为自变量x，硬度等级为因变

量y。拟合结果如下：

表4床垫硬度等级拟合结果

床垫硬度（QB/T

床垫序号K值主观硬度等级A硬度等级S

1952.2-2011）

1号床垫133±160.33±0.510.3±0.040.41

2号床垫1770±1085.92±1.125.9±0.44.87

3号床垫1342±784.61±1.854.6±0.33.73

4号床垫975±643.29±1.933.3±0.32.66

5号床垫3297±2628.63±0.948.6±0.37.70

6号床垫5389±2899.72±2.519.7±0.19.30

7号床垫551±481.66±0.911.7±0.21.43

8号床垫948±523.18±2.853.2±0.22.58

12

图8床垫硬度等级拟合曲线

由表4中数据可以看出，利用K值和主观硬度等级数据进行拟合可以得到

较好的拟合效果，如图8。拟合得到参数a、b值分别为7.737×10-4和9.706×10-2。

拟合度R2为0.996，这说明选用的拟合方程可以很好的拟合测试结果。

拟合硬度等级S的公式如下：

S=10(1−푒−(퐾푎+푏))2

式中：

S——床垫的硬度等级；

K——影响床垫硬度的重要因素，mm2；

a——7.737×10-4；

b——9.706×10-2；

e——自然常数。

根据S值的大小将床垫硬度分为三个等级：0≤S≤10，S值越小，则越硬；

当S＜3表示床垫较硬，3≤S≤6表示床垫软硬适中，6＜S≤10表示床垫较软。

QB/T1952.2-2011中的床垫硬度等级计算公式与本标准相同，但其中系数a

和b与本标准不同，分别为0.000592和0.148。根据QB/T1952.2-2011

（EN1957-2000）中的床垫硬度计算公式得到外国消费者对相同床垫的评级，

13

如表4所示。对比中国和外国人对床垫硬度评级结果可发现，相同床垫上中国

消费者的硬度评级与外国人不同，比如对于4号床垫，中国人的硬度评级为3.3，

属于软硬适中的床垫，而外国人对该床垫的硬度评级为2.66，属于较硬床垫。

2.2.5.1.6体压分布检验

表5为人卧姿状态下整体界面体压分布情况，由表中数据可以看出，床垫硬

度等级越大，即床垫越柔软，人-床界面的最大压力、平均压力和压力指数越小。

另外，仰卧睡姿时，1号床垫的高压力阈限范围内接触面积百分比最大，其次是

8号床垫、6号床垫、2号床垫、4号床垫，5号床垫最小；侧卧时，1号床垫的

高压力阈限范围内接触面积百分比依然最大，其次是4号床垫、8号床垫、2号

床垫、5号床垫，6号床垫最小。对比床垫硬度等级S可发现，随着床垫S值的

增加，高压力阈限范围内接触面积百分比随之降低，特别是侧卧睡姿时这种变化

规律最明显。这说明，拟合得出的床垫硬度等级S可以很好的反映床垫的客观硬

度，同时，通过体压分布检验可以得出床垫越柔软，其压力分布越均匀，进一步

验证该硬度等级评级结果的正确性。

表5人卧姿状态下整体界面体压分布

硬度等级高压力阈限范围内接触面积百最大压平均压压力指

床垫序号卧姿状态

S分比（＞4kPa），%力（kPa）力（kPa）数（kPa）

仰卧5.23.71.45.4

1号床垫0.3±0.04

侧卧9.75.01.87.5

仰卧0.72.61.23.3

2号床垫5.9±0.4

侧卧3.33.51.54.7

仰卧0.62.51.23.2

4号床垫3.3±0.3

侧卧6.13.81.75.4

仰卧0.32.21.02.7

5号床垫8.6±0.3

侧卧3.13.01.44.0

仰卧2.11.70.82.1

6号床垫9.7±0.1

侧卧1.12.51.13.1

仰卧2.82.21.02.8

8号床垫3.2±0.2

侧卧3.83.21.54.4

5.2方法B的确定

方法B主要是提供一种分析床垫产品纵向硬度分布的测试方法，对于所有床

垫产品，都可以在纵向划分成为3层，分别是表层、芯层和底层，这上个层级的

硬度分布（贡献）对产品的研发有着非常重要的意义，通常而言，表层是床垫的

14

舒适层，与人体直接接触和感知的部分，应有一定的柔软度，可以较好的缓解人

体的体压分布；芯层是床垫给予人体支撑的重要层级，芯层应有较好的弹性，对

于人体不同部位的凹凸外形均可以提供较好支撑；底层是床垫给予人体的稳定性，

为人体最重的部位提供强有力的支撑。因此，对于一个符合人体工程学的床垫产

品，它的三个层级的硬度分布是非常关键的，为了定量这个三个层级的硬度分布，

我们建立了方法B。该方法可以为企业在床垫的结构设计研发初期提供高价值的

参考数据。

利用体压分布系统测试，我们可以看到硬度等级相同的两款床垫缓压效果存

在明显差异，床垫整体硬度等级与床垫的缓压效果并不是一一对应的，单独用床

垫硬度等级指标描述床垫力学性能并不全面。本方法使用圆柱形压头，控制一定

的的速度进行加载，当载荷达到某一合适力值时，立即以同样速度卸载至0N。

通过测试不同力值下床垫的下陷位移量，以及加载和卸载曲线，建立数学模型，

来计算床垫硬度的纵向分布等数据。测试步骤与结果计算见标准7.4。

理论上讲，床垫硬度是指床垫抵抗外界变形的能力或者是对人体的支撑性能。

人体的各个部分重量不同，臀部占人体总重量的40%，背部占人体总重量的15%

[1]，头部10%，腰部25%。另外，中国成年人全年龄阶段平均体重63.6kg[2-3]，

臀部所产生的载荷为249N，背部所产生的载荷为93N，头部63N，腰部156N，

因此，选择250N作为最大施加载荷。床垫为多层结构复合而成的整体结构，在

250N载荷作用下，其加载曲线呈现三阶段的趋势（如图7所示），第一阶段为线

性弹性变化的过程；第二阶段为斜率平缓变化的过程，此阶段伴随床垫内泡沫塑

料空隙结构支撑失效的过程；第三阶段是斜率急剧增加的过程，此阶段伴随着泡

沫塑料空隙密实化的过程。第一个阶段结束约为40N，第二阶段结束约为200N。

由此通过各阶段床垫所经历的变形，确定床垫表层、芯层、底层硬度。另外，为

了避免选择0N作为起始点引起的误差，选择4N为表层硬度的起始载荷。

DsurfaceDD

床垫的硬度由、core、bottom三个值来表示，其值越大表示床垫越软，

其值越小表示床垫越硬，单位mm，分别表征床垫表层、芯层和底层的硬度，公

式为：

DDD

surfacef40Nf

4N

15

DcoreDfD

200Nf40N

DbottomDfD

250Nf200N

DDDD

其中，f4N、f40N、f200N、f250N分别表示加载曲线上对应于4N、40N、

200N和250N的位移，如图9所示。

床垫的滞后损失率H的计算公式为：

A

H1100%

A

2

AA

其中1为0N~250N范围内加载曲线和卸载曲线之间的面积，2为0N~250N

范围内加载曲线与x轴之间的面积。

图9床垫各层硬度测试加载-卸载曲线

5.2.1方法B的应用与验证

5.2.1.1不同材料及不同组合形式对床垫硬度的影响

为了建立人-床之间优化的支撑关系奠定床垫力学性能测试的试验基础，并

且提供大量床垫力学性能测试的相关数据，本部分测试增加了以下试验材料，试

验床垫有双锥弹簧型、圆柱袋装弹簧型、腰鼓袋装弹簧型和棕榈型四种，如图

10所示。其中双锥弹簧床芯又有9种，圆柱袋装弹簧床芯6种，腰鼓袋装弹簧

16

床芯8种，每种床芯弹簧