植物纤维材料以其无污染、可降解等优势逐步应用于人们的日常生活,并且植物纤维材料又具有独自的物化特性,合理利用这些特性可以展现其材料的优越性。目前已有竹材、山棕、黄麻、秸秆等天然植物材料用于床垫的设计之中,使用以上植物纤维材料制作床垫能够有效地改善床垫性能,又实现植物再生能源的可持续发展,并可营造生态健康的舒适睡眠环境。丝瓜络具有天然纵横交错的三维网状纤维组成,结构类似床垫材料海绵,所以也称丝瓜络为丝瓜海绵。丝瓜络韧性强,疏水性、透气性好,已有研究把丝瓜络用于鞋垫,但是把丝瓜络用于床垫材料研究的很少。本论文就是以丝瓜络为床垫材料,研究丝瓜络床垫的性能。本论文首先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,主要包括材料的微观结构、结晶度、热性能、化学组成,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;然后研究了丝瓜络单体准静态压缩力学性能,主要包括丝瓜络柱状体准静态轴向压缩实验,丝瓜络柱状体、海绵、乳胶材料压缩硬度、压缩变形系数、滞后损失率测量等,为丝瓜络填充床垫的加工和支撑结构的优化提供科学依据;最后,以整体床垫小样为研究对象,利用床垫硬度、滞后损失率等定量化数据,通过与黄麻床垫、椰棕床垫、3d床垫进行对比分析,研究了丝瓜络床垫的力学支撑性能。本论文的主要研究结论如下:(1)微观结构与理化性能(1)微观结构及纤维观察表明,丝瓜络各部位的纤维束结构的密实程度均小于黄麻和椰棕;丝瓜络纤维与黄麻相似,纤维较长,易于弯曲,而椰棕的纤维较短,呈梭形,不易弯曲;丝瓜络维管束中存在螺纹导管,螺纹导管是主要的输水组织;另外,丝瓜络内外纤维纵横交错,丝瓜络内表的纤维长度大,腔径小,主要起丝瓜络纵向支撑作用。由此可见,丝瓜络天然的蓬松、柔软且纵横交错的纤维结构为其成为良好的床垫填充材料的提供了保证保障,同时,螺纹导管的存在也为丝瓜络床垫具有更好的透气性和散湿性提供了保证。(2)XRD图谱分析表明,丝瓜络内表纤维的结晶度最大,依次是丝瓜络外表、丝瓜络夹层、丝瓜络中心;丝瓜络各部位的结晶度虽然略低于黄麻,但远高于椰棕纤维。(3)丝瓜络的综纤维素、α纤维素含量仅次于黄麻,远远高于椰棕。丝瓜络与黄麻的Klason木素含量,均在12%左右,而椰棕的含量非常高,达到了37.31%,椰棕的酸溶木质素含量与丝瓜络、黄麻相比却很低。丝瓜络各部分的Klason木素、木素总和均服从一个规律,即由外到内,依次增加。丝瓜络中的戊聚糖含量非常高。戊聚糖具有氧化交联性质,并且可以吸收相当于自身重量4倍的水分,这可能是丝瓜络具有很好吸水性能的原因。由于丝瓜络的吸水性能良好,常被用于洗漱用具。丝瓜络用于床垫材料,可以更好的吸收人体汗液及床垫表层的水分,确保舒适的睡眠环境。(4)丝瓜络各部分的不同热分解温度都非常接近,只有丝瓜络内表的分解温度稍微偏高,说明丝瓜络内表的热稳定性最好。与黄麻和椰棕相比,三种材料的不同分解温度为黄麻>丝瓜络>椰棕,因此丝瓜络的热稳定性强于椰棕,弱于黄麻。(2)丝瓜络单体材料的性能(1)丝瓜络柱状体的抗压强度在0.01-0.05Mpa之间,弹性模量在0.1-0.7MPa之间;抗压强度、弹性模量与其密度具有一定的线性相关性,回归系数均在0.8以上,抗压强度、弹性模量随着密度的增加,而增加。(2)与海绵、乳胶相比,丝瓜络的压陷硬度、滞后损失率均较大,而抗变形能力相对较小,这表明丝瓜络填充材料虽然硬度稍高些,但滞后缓冲性能较好,类似于慢回弹海绵,承托力感对睡眠者的影响较小。(3)丝瓜络床垫力学支撑性能(1)丝瓜络床垫表层硬度、芯层硬度及总硬度均小于黄麻床垫、椰棕床垫大及3D床垫;丝瓜络的压缩密实程度越大,床垫的硬度越大。因此,丝瓜络床垫可以解决目前市场上植物纤维床垫偏硬的问题,并且可以根据丝瓜络材料的压缩密实程度来控制床垫的硬性,从而为消费者提供软硬度可以控制的植物纤维床垫。(2)滞后损失率由大到小依次为黄麻床垫、丝瓜络床垫1、丝瓜络床垫2、椰棕床垫、3D材料床垫。床垫的滞后损失率可以评价睡眠者在床垫上的翻身、动作行为等的能量吸收,丝瓜络床垫的滞后损失率均大于34%,说明丝瓜络床垫的能量吸收特性比较好。(3)上铺垫层组合方式不一样,丝瓜络床垫表层硬度、芯层硬度、底层硬度和总硬度都有明显差异,说明上铺垫层的组合方式对丝瓜络床垫的软硬度影响较大。床垫滞后损失率变化不大,均在33%左右,说明上铺垫层组合方式对床垫的能量吸收能力影响较小。(4)随着床垫厚度的减小,丝瓜络床垫的硬度均增加,表明铺垫层越厚,丝瓜络床垫越软。床垫厚度对表层硬度的影响较大,床垫厚度越小,铺垫层对表层硬度影响越大。床垫厚度的变化对滞后损失率影响较小,增减铺垫层厚度,对床垫滞后损失率影响小。