沙发座垫海绵压陷硬度对舒适性的影响研究

■王蒙蒙 Wang Mengmeng

(南京林业大学家具与工业设计学院，江苏南京 210037）

沙发作为室内不可缺少的软体坐具，与人们日常的工作和生活有着密不可分的关系[1]。坐感舒适的沙发可以为人们提供更好的使用体验。影响沙发座垫舒适度最直接的因素是其材料的选择与搭配，即沙发座垫的垫层特性。

不同的选料与搭配会直接影响到沙发座垫的物理特性及视觉特性[2]，从而影响人们的坐感。因此，对沙发座垫材料的选择及搭配方式进行研究尤为重要。一般沙发的垫层材料主要由覆面材料、海绵等填充材料以及底架弹性材料等组成[3]。2012年发布的《软体家具沙发》标准中,对沙发的覆面材料和填充材料的物理特性作了相关的规定,但仅对填充材料海绵的表面密度、回弹性能以及压缩永久变形等予以限定[4]，并未对海绵的压陷硬度予以规定。

因为沙发软硬度是影响沙发舒适度的最重要因素[5]，因此本文从市场上常见的两层海绵形式的沙发座垫入手，采用最普遍和广泛的体压分布测试与主观舒适性评价相结合的研究方法[6]，分析了中层海绵的压陷硬度对坐姿舒适性的影响，为提高沙发座垫舒适度提供科依据。

1 实验方法

1.1 实验对象

1.1.1 实验用沙发座垫

选取市面上沙发座垫常见的两层海绵结构配置方式,底层采用蛇簧和绷带交叉组合的形式固定不变。海绵层由两层海绵组成，表层海绵采用25%压陷硬度为60N的海绵X，厚度为3cm，中层分别选取回弹力相当，差值控制在5%以内的六种海绵A、B、C、D、E、F ，25%压陷硬度依次为60N、70N、85N、110N、125N、165N，厚度均为12cm。

1.1.2 受试者

12名大学生，其中6名女性，6名男性，均属于正常的身体质量指数（BMI）范围18.5～23.9之间，年龄(23±3)岁，身体健康,实验前24小时未进行剧烈体力活动,无肌肉疲劳现象。实验中穿着统一的棉质裤子，无后兜、纽扣及硬线[7]。

1.2 实验环境

室温控制在20-24℃、湿度为50%-60%。

1.3 实验流程

1.3.1 体压分布数据测试流程

①对受试者进行身高、坐高以及体重的测量，并进行记录。

②将压力传感器平整地置于沙发座垫上。受试者端坐在沙发座垫上,双肩放松,双手以人体习惯方式放于大腿上，坐稳后调整到放松状态。

③待体压分布数据平稳后,记录5分钟[8]。记录时,受试者保持坐姿。受试者第一次测试完成后离开座垫，待沙发座垫恢复原状后,重复测试一次。

1.3.2 主观评价测试流程

①实验开始前,向受试者说明主观评价表的内容和评价方式。

②在受试者保持坐姿12分钟时，按照主观评价表的内容向其询问主观感受,并进行打分。

2 实验结果与分析

2.1 中层海绵的压陷硬度对体压分布的影响

舒适度高的沙发座垫可以给使用者提供良好的支撑，使其保持良好的坐姿[9]，且良好的坐姿可以通过座面压力分布特征来反映[10]。本文主要考察中层海绵的压陷硬度对最大压力、平均压力、接触面积、最大压力梯度、平均压力梯度、不对称系数这六个压力指标的影响。

■图1 中层海绵压陷硬度与各压力指标值的关系

取12名受试者各项体压指标的平均值，图1为中层海绵压陷硬度与各体压指标值之间的关系图。图中中层海绵的压陷硬度为横坐标，各体压指标值为纵坐标。

由图1（a）、（b）可知，最大压力和平均压力随着中层海绵压陷硬度的增大呈现先减小后增大的趋势，且压力下降趋势较上升趋势平缓。当中层海绵压陷硬度较小时，座垫的整体硬度小，受试者整个臀部陷在座垫中，下陷量较大，易出现触底现象，因此此时的最大压力较大。当中层海绵压陷硬度为110N左右时，最大压力和平均压力均达到最小值。此时中层海绵的压陷硬度达到中等水平，座垫软硬度适中，因此受试者坐骨结节点处所受到的最大压力较小。受试者臀部既可以得到较好的支撑，坐姿不易倾斜，又可以和座垫表面充分接触，分散压力，因此平均压力减小。当中层海绵压陷硬度大于125N，即整体座垫偏硬时，最大压力和平均压力的增大幅度由大变小。此时，随着海绵压陷硬度的增大，受试者坐骨结节点处所受到的压迫感增强，最大压力无法分散，逐渐增大，且此时接触面积逐渐减小并趋于不变，平均压力增大。

由图1（c）可知，接触面积随着中层海绵压陷硬度的增大而减小，总体呈负相关。接触面积体现了沙发座垫的软硬程度,一般来说,座垫越硬，接触面积越小。中层海绵压陷硬度较小时,臀部接触面积较大,座垫相对柔软,此时臀部周围由于受挤压，导致垂直方向的压力减少从而下陷得越深。当中层海绵压陷硬度增大到一定程度，即整体座垫硬度较大时，接触面积几乎不变。

由图1（d）、（e）可知，平均压力梯度和最大压力梯度随着中层海绵压陷硬度的增大呈现先减小后增大的趋势，且下降趋势较上升趋势平缓。人体臀部的最大压力梯度一般在坐骨结节点附近产生，说明坐骨结节点处承受了人体较大的重量。当中层海绵压陷硬度较小时，沙发座垫过于柔软，易发生触底现象，受试者坐骨与海绵下方的弹簧接触产生较大的最大压力，因此最大压力梯度较大。当中层海绵压陷硬度偏大时，受试者坐骨结节点处可以很明显地感受到刺激[11]，此时受到的最大压力增大，最大压力梯度也随之增大。

由图1（f）可知，不对称系数随着中层海绵压陷硬度的增加而减小，最后趋于不变。不对称系数用以判定体压分布的不对称程度，不对称系数越大说明体压分布越不对称，人体感觉越不稳定。当中层海绵压陷硬度较小时，不对称系数均超过0.6，说明此时座垫过于柔软，无法为受试者提供良好的支撑，此时明显出现臀部压力集中于一侧的现象，受试者为了保持坐姿必定要通过消耗内力来维持，肌肉一直处于用力状态，从而会感觉不适。当海绵压陷硬度达到110N后，不对称系数均小于0.4，且随着压陷硬度的增加变化很小，说明随着中层海绵压陷硬度的增大，稳定性越好。

2.2 中层海绵的压陷硬度对主观评价的影响

坐感舒适性评价采用七级量表“语义微分法”[12]，将主观评价指标分为:稳定感、下陷感、调整坐姿难易度和总体舒适度,主要考察坐骨周围、臀部、大腿内侧、大腿外侧、大腿前端等部位的舒适度，从-3到3为各部位舒适度水平赋值。

中层海绵不同压陷硬度下的主观评价值（表1）。从表1主观评价项目的得分可以看出，稳定感、下陷感和调整坐姿难易度这三项的得分值随着中层海绵压陷硬度的增大而增加，说明当中层海绵越来越硬时，受试者臀部的下陷感随之减小，此时坐感趋于稳定，且越来越容易调整坐姿。坐骨周围、臀部、大腿内外侧、前端以及总体舒适度的得分值呈现先增大后减小的趋势，说明中层海绵压陷硬度过小或过大都会导致受试者不舒适。当压陷硬度为110N左右时，以上各部位的舒适度达到最佳。当压陷硬度为125N左右时，以上各部位的舒适度仅次于压陷硬度为110N时的舒适度。中层海绵压陷硬度的改变对小腿舒适度影响较小，无明显变化趋势。

2.3 主观评价结果与体压分布测试结果之间的相关性

运用SPSS软件将体压实验测试所得的各项指标值和舒适性评价值进行相关性分析，结果如表2所示。

①稳定感、下陷感与接触面积、不对称系数均呈非常高度负相关，即随着接触面积的增大，稳定感会越来越差，下陷感也会随之增大。此外，随着平均压力梯度的增加，稳定感增强，下陷感减小。

②坐骨周围、臀部、大腿外侧、大腿内侧、大腿前端等身体各部位的舒适度与各体

压指标均呈负相关。坐骨周围、大腿内侧的舒适度与最大压力、平均压力的相关性较大，臀部、大腿前端的舒适度与最大压力、不对称系数的相关性较大，大腿外侧与不对称系数的相关性较大。随着最大压力、平均压力、最大压力梯度、平均压力梯度和不对称系数的减小，臀部及大腿各部位的舒适度会有不同程度的增加。

表1 中层海绵不同压陷硬度下的主观评价值

表2 不同中层海绵压陷硬度下的主观评价值与客观测试结果的相关性

③小腿舒适度与最大压力和平均压力呈较高的负相关，与其他各体压指标的相关性

不大，即最大压力和平均压力可以较好地反映小腿舒适度。

④调整坐姿难易度与接触面积和不对称系数呈非常高度负相关，即当接触面积增大、

不对称系数增大时，调整坐姿难度增加。臀部陷在座垫中，与座面的接触面积增大，座垫不能很好地为坐骨节点提供支撑力，从而导致臀部压力集中于一侧，阻碍坐姿的调整。

⑤总体舒适度与最大压力和不对称系数呈较高的负相关，即最大压力和不对称系数

可以较好地反映总体舒适度，随着最大压力、不对称系数的减小,总体舒适度会随之增加。

3 结语

从体压分布实验和主观评价结果分析可知：

①对于两层海绵结构的沙发座垫，中层海绵的压陷硬度对体压分布测试结果和主观评价的结果有较大影响。

②本实验中随着中层海绵压陷硬度的增大，最大压力、平均压力、平均压力梯度、最大压力梯度都呈先减小后增大的趋势，均在压陷硬度为110N左右时达到最小值。接触面积和不对称系数随着压陷硬度的增大而减小，当压陷硬度达到110N左右时，座垫可以为臀部提供足够的支撑，臀部受力均匀，从而达到一定的支撑性和稳定感。

③对总体舒适度而言，随着中层海绵压陷硬度的增大，总体舒适度也是先增大后减小，在压陷硬度为110N、125N时，总体舒适度较高，当压陷硬度高于125N时，坐骨周围、臀部、大腿各部位就会出现不舒适感。即当中层海绵压陷硬度为中等硬度110N左右时，各压力值达到最小，臀部与座垫的接触面积适中，此时总体舒适度最高。当压陷硬度过小时，人体臀部得不到良好的支撑，且整个臀部陷在座垫中，坐骨周围易出现触底现象，臀部周围和大腿均因受到周围海绵的挤压而感到不舒适。当压陷硬度过大时，臀部与座垫的接触面积过小，总压力得不到分散，此时坐骨周围所受的压力过大引起不舒适。

④由本实验可知对于两层海绵结构的沙发座垫，当中层海绵的回弹力相当时，应选择中等压陷硬度的海绵，即25%的压陷硬度为110N左右的中层海绵可提高坐姿舒适度。

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