摘要：在现有床垫研究的基础上，结合目前床垫所用结构和材料，深入研究材料与结构对床垫综合刚度的影响。以床垫结构和材料为变量，探讨不同结构、不同材料对床垫综合刚度的影响。
关键词：床垫；床垫材料；床垫结构；综合刚度
引言：人的一生有百分之三十的时间处于睡眠中，要想保证睡眠的质量需要具备以下条件：睡眠时间充足、睡眠环境良好、睡眠姿势正确以及睡眠床垫健康舒适。因此一张具备良好支撑力、柔软度、贴合性的，满足不同人群硬软需求的优质床垫非常重要。过硬的床垫不能均衡地支撑人体的各个部位，压迫脊椎并使脊椎呈非自然弯曲状态，身体在睡眠中无法彻底放松；过软的床垫不具备良好的承托力，会使脊椎下沉压迫肌肉和韧带，背部肌肉在睡眠过程中处于紧张状态，因此需要控制床垫的软硬程度。
1 国内研究现状
我国古代人们更注重床本身的造型，而对于床垫的制作则较为简单，一般使用木板、藤、棕绳编织成床面，再在表面铺上草、棕、棉。直到近代引进了西方的弹簧床垫，床垫的种类便繁多了起来，装饰性、功能性上也更加多姿多彩。国内很多关于床垫的研究都是从床垫材料角度出发的。2008年戴正烈应用有限元理论和技术对复合材料的棕纤维床垫结构进行力学建模与分析，认为波浪型和圆筒型结构组合的单片具有更好的综合性能，更适合高端床垫使用[1]。2012年郭叶莹子分析了棕纤维芯料相关的床垫性能，认为棕纤维弹性床垫绿色环保、成本低廉、工艺简单，是一种会让消费者青睐的产品[2]。2013年李渝黔对山棕纤维材料进行了形态结构特征、化学成分和物理性能等方面的基础研究，认为山棕纤维具有天然纤维和化学纤维许多的优点，如天然的抗菌性能、环保性能及健康性能，该类植物纤维具有广阔的发展空间[3]。2014年侯建军通过受试者仰卧时体压分布对比、纵向压力分布曲线分析、床垫平均压强差异性对比等方法，研究床垫材料对人体仰卧体压分部特性的影响，得出了分区弹簧和海绵床垫整体舒适性较高; 记忆海绵和乳胶垫整体舒适性略低; 棉胎和棕床垫的局部不舒适感较强; 水床垫与气床垫长时间使用易疲劳的结论[4]。2015年赵磊在其硕士论文《丝瓜络床垫性能的研究》中以丝瓜络材料为研究对象，通过对比分析，研究了丝瓜络——植物纤维床垫填充的微观结构与理化特性，为丝瓜络填充材料的加工工艺优化及功能性植物纤维床垫的开发提供了科学依据[5]。2016年邱江元选择6种典型的床垫材料，对它们进行了厚度压缩测试和床垫与人体接触体压分布测试。通过压强、压缩厚度曲线，结合床垫的人体体压分布测试结果，实现对人体与床垫接触压陷深度的预测，进而综合评价床垫材料的支撑效果[6]。2018年傅伟分析和探讨了凝胶高分子材料在床垫中的应用，对其生产模式的改进方案进行了探究 [7]。
随着国内经济发展，人们更加注重精神层面需求，睡眠作为和健康息息相关的一部分，逐渐为大众所关注。床垫设计的重要性已显现出，国内家具设计专家以及人体工程学专家对床垫性能的研究逐渐增多。南京林业大学申黎明教授及其学生是国内较先研究床垫相关性能的团队。2012年陈玉霞测试了弹簧床垫小样压缩力学性能，分析了弹簧种类、弹簧尺寸等因素与弹簧床垫整体性能之间的关系，并结合成品床垫的舒适性评价，分析了床垫性能与卧姿舒适性的关系。认为双锥弹簧床垫滞后性小，比较适合于身体重量较大、身体线条不明显人群[8]。2013年陈玉霞从人-床之间支撑关系入手,分析了床垫支撑性能对卧姿舒适性和睡眠质量的影响,探讨了床垫支撑性能的影响因素,指出床垫支撑性能评价应包括床垫力学性能,卧姿脊柱形态和体压分布,以及局部肌肉疲劳评价[9]。朱芋锭提出了分区弹簧床垫的结构，并对其弹簧层、铺垫层和面料层的结构进行分析，对分区床垫进行了模块化设计[10]。李莉从尺寸结构、垫性应用两方面分析了人体工程学原理在软床垫家具舒适性上的应用[11]。2014年姜婷婷以不同年龄段人群为研究对象，针对其在综合刚度不同的弹簧床垫上的体压分布特性和主观舒适度评价进行研究，提出了适合每个年龄段人群的个性化床垫设计方案。得出了青年组人群适合中等硬度的床垫；中年组人群适合中等硬度床垫和偏硬床垫，老年组人群适合偏硬床垫的结论[12]。
近年来有一些床垫软硬度和体压分布关系的研究，2016年方菲运用人体体压分布测试系统，探究不同软硬度的床垫对仰侧卧姿势下瘦、中、胖3种体型受试者体压分布的影响。结果发现床垫硬度的变化对胖型受试者腰部和臀部平均压力影响较大，对中等体型受试者腰部平均压力影响最小[13]。2018年任林燕利用体压分布测试，通过软硬度适宜的床垫与硬度较大的床垫进行对比分析，研究床垫软硬度对人体舒适性的影响[14]。
2 国外研究现状
国外床垫性能的基础研究起步较早，包括测试床垫性能的方法研究，床垫不同材料、层状结构等因素与床垫性能关系的研究，床垫性能与人体睡眠关系的研究等。
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