怎么样的海绵算好海绵(「老赵」谈床垫：海绵乳胶多厚最合适呢？)

Posted 2023-05-26

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海绵乳胶多厚最合适呢？

在设计和选择床垫时，考虑性价比，多少层海绵/乳胶，多厚的垫层，是最合适的呢？越厚越好吗？市场上护脊床垫，都宣传能满足人体背部自然曲线的塑形支撑，到底是靠垫层来实现的，还是弹簧呢？

这些都是目前床垫基础科学的空白点，没有可用的理论或方法能给出答案，各种七嘴八舌也就不奇怪了。

深入观察一个大家几十年来司空见惯的物理现象，海绵/乳胶的凹陷衰减/消失，揭示其背后扩散作用的机理，似乎是给出答案的一个新思路。

垫层采用海绵/乳胶等软性弹性材料层层叠加，力学上起到的作用，是通过自身的压陷产生弹力，并向上传递来自下面海绵/乳胶、床网等的支撑力。先看一张图片，观察每一层乳胶上下表面凹陷的变化情况。

测试者平躺，臀部的压陷大，并在表面形成明显凹陷，原因是其重力大于相邻的腰部和腿部。但从上到下比较每一层，越往下凹陷越小越不明显，到第5-6层时，材料表面几乎就是水平的了，凹陷自上而下逐层衰减明显，直至几乎消失。

再看2张平躺照片的凹陷变化情况（绿色激光线是不睡人时垫层底面--床网的水平面投影，红色水平线示意受压后对应臀部的床网表面）。可以看到，垫层从上到下凹陷逐层急剧衰减，到床网表面几乎消失。

侧卧时的照片，一样的凹陷衰减现象。

根据力学原理，理解凹陷衰减现象：

垫层扩散作用：人的重力经过垫层后，将被扩散作用到床网上，作用面积扩大。当出现凹陷消失时，扩散后的压力大小均匀。
因为总的支撑力等于重力，同时床网上压力的作用面积变大，所以，床网上的压强减小。
凹陷衰减是逐层加强的，对不同的重力/压强、不同的材料以及它们上下的组合顺序，海绵/乳胶垫层都有某个特定的最小的厚度，开始出现凹陷消失现象。这个厚度就是临界点，称为凹陷消失厚度。
直接引用弹性力学或材料力学方程，对海绵等材料的力学表现进行分析来解释凹陷衰减现象十分复杂，且因近似计算和边界条件的不同，结果并不可靠，目前的实验结果也验证了这个情况。
观察凹陷衰减现象、揭示扩散作用机理是一条不同的思路，其理论与计算方法聚焦在三个问题，一是垫层扩散到床网表面压力的分布规律，二是凹陷消失厚度，三是床网弹力向上“逆扩散”后对塑形支撑的影响规律。

每个人的体重和分布是不同的，根据扩散理论，每个人凹陷消失厚度各不相同，即针对每个人的海绵/乳胶垫层临界点厚度都不相同。有鉴如此，在设计和选择床垫时，值得关注的事情：

大于临界点厚度的垫层，多余的海绵/乳胶都纯属无用、浪费，设计和选择时要坚决避免；
达到临界点厚度，垫层即能直接实现塑形支撑，此时对弹簧床网的要求不高，如果采用分区床网则实属浪费；
小于临界点厚度的垫层，传递给床网的压力分布尚未均匀，如下图所示，需要配合设计适当的床网弹力特性（如分区等），才有可能起到塑形支撑的作用，如在腰部弹簧的压缩需要小一些等；与上面图片比较，对不同体重的人，同一张床垫表现的差异非常大

临界点厚度，对于床垫厂商，既涉及消费要物有所值，又关系到生产成本合理，是必须的基本功。那些有心无力给不出的厂商，或许还在拿来主义依葫芦画瓢的初级阶段，其设计、护脊什么的概念都是奢谈，就不必当真了。
垫层厚薄虽然都可以实现塑形支撑（如果设计计算得当），但使用上还是存在差异的。例如，垫层厚度越大，透气性越差，海绵乳胶的耐久性也远不如弹簧等。
体重差异大的夫妇对同一张床垫，哪怕再贵，睡感也完全不同，这是有理论依据的。

体重不同，垫层使用的材料（如海绵、乳胶或记忆棉等）不同，海绵/乳胶垫层临界点厚度、合适的床网的搭配都不同。和其它床垫研究结论一样，扩散理论也表明，合适的床垫一定是个性化的。

知行合一，【老赵】和【烽哥】都是我，谈床垫，说生活，有观点有故事有科学。