女高中生饮用水螺纹瓶盖开启能力实验研究

来源：网络 时间：2022-03-19

　　中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0225-03

　　螺纹瓶盖作为市场上最为常见的密封形式，被广泛应用于各大品牌饮用水的包装之中[1-2]。目前，饮用水的生产厂商大多从密封角度考虑螺纹瓶盖的结构和外观设计[3]，缺乏关于消费者尤其是妇女和儿童等特殊群体对于螺纹瓶盖开启能力的研究，导致部分消费者在饮用过程中需要花费较大力气甚至无法独立完成瓶盖的开启，影响了产品的消费体验。因此，进行特征人群螺纹瓶盖开启能力研究，有助于饮用水生产厂商改进产品包装设计，改善消费者的使用体验，从而提高产品在市场上的竞争力。本文以高中女生人群作为对象，研究其对于螺纹瓶盖的开启能力。

　　1 实验过程设计

　　1.1 实验样本

　　1）饮用水样本的选取

　　选取市面上较为常见的七种品牌饮用水作为研究对象，包括农夫山泉（380mL和510mL）、娃哈哈（550mL和596mL）、康师傅（550mL和560mL）、百岁山（348mL和570mL）、昆仑山（350mL和510mL）、恒大冰泉（350mL和500mL）以及怡宝（350mL和555mL）。于石家庄北国超市购买上述七种品牌饮用水，实验样品的质量可以得到保证。

　　2）特征人群样本的选取

　　从石家庄第三十五中学随机选择高一至高三年级女生30名，每个年级各10人。学生身体健康，无上肢疼痛及外伤史，实验前无生病或身体不适症状。经讲解和示范，受试者了解实验过程和测量方式，并全部完成规定的实验项目。

　　1.2 实验仪器与设备

　　1）BTEPrimusRS运动测量评估系统（BTETechnologies， Inc.）[4]。美国BTE公司生产的BTEPrimusRS运动测量评估系统主要用于神经肌肉功能的测试、评估和康复训练，可用于测量评估人体运动过程中的关节肌力、活动度和疲劳度等。BTE系统的训练动力头可调节高度并360度旋转，其测量系统由计算机控制，能够实时显示目标时间力曲线。本文将使用BTE系统完成瓶盖拧开力矩和特征人群开启能力的测量和记录。

　　2）特制测力夹具。根据BTE系统的工作原理和饮用水瓶的外观特征，设计出如图所示的测力夹具连接饮用水瓶身和BTE系统以??现力矩的测量。

　　1.3 实验方法及过程

　　1）饮用水螺纹瓶盖拧开力矩实验

　　第一步：将被试饮用水样本放置在夹具中心，调整四个夹头将瓶身夹紧，并确保瓶身纵轴垂直通过夹具中心点；

　　第二步：通过BTE系统的附属配件将夹具与训练动力头相连接；

　　第三步：调用BTE系统的静态等长肌力测量模块，用手缓慢拧动瓶盖至其与锁圈脱离并完全松开，保存并记录力矩随时间的变化曲线；

　　第四步：重复上述步骤，完成所有样本的测量和记录。

　　2）特征人群开启能力（最大腕部横向力矩）实验

　　第一步：选取康师傅（优悦）、农夫山泉和昆仑山这三种具有不同瓶盖侧面积和接触面花纹的饮用水各一瓶，利用502胶水将其瓶盖紧密粘合在初始密封位置，将被试饮用水样本放置在夹具中心，调整四个夹头将瓶身夹紧，并确保瓶身纵轴垂直通过夹具中心点；

　　第二步：通过BTE系统的附属配件将夹具与训练动力头相连接，并根据被试者的要求调整动力头的高度和角度至其舒适开启位置；

　　第三步：调用BTE系统的静态等长肌力测量模块，指导被试者按照日常开启瓶盖的习惯，均衡匀速地加力旋拧瓶盖至最大力量，记录下测量数据；

　　第四步：重复上述步骤，完成所有被试人员最大腕部横向力矩的测量和记录。

　　（3）特征人群瓶盖旋拧负荷实验

　　第一、二步同特征人群开启能力实验；

　　第三步：调用BTE系统的动态等张肌力测量模块，选取0.34N?m、0.51N?m、0.68N?m、0.85N?m、1.02N?m等5种阻力水平值，指导被试者按照日常开启瓶盖的习惯，用手旋拧瓶盖至瓶身转动或自身最大力量，之后立即让被试者参照Borg'sRPE-Scale6-20量表根据主观感受对旋拧负荷做出评判[5]，结果以分值表示。

　　第四步：重复上述步骤，完成所有被试人员三种饮用水样本的施力负荷测量。

　　2 实验数据处理与结果

　　2.1 饮用水螺纹瓶盖拧开力矩实验

　　（1）饮用水瓶盖的拧开力矩

　　根据1.3节规划的实验步骤，获得7种矿泉水瓶盖的开启力测量数据。表1所示为农夫山泉饮用天然水瓶盖测试数据。

　　测试结果显示，上述七种品牌饮用水螺纹瓶盖的拧开力矩范围为0.7～1.8Nm。按照拧开力矩的平均值从小到大排序为：农夫山泉380mL<><><><><><><><><><><><><><>

　　（2）饮用水瓶盖的阻力模式

　　通过对测量数据的观察发现，不同品牌不同规格的饮用水螺纹瓶盖在旋拧开启过程中会出现两个阻力峰，从而呈现出以下两种阻力模式。 　　分析两个阻力峰的产生原因，第一阻力峰的产生是为了克服瓶盖与瓶口螺纹副之间的初始静摩擦力矩，第二阻力峰的产生则是为了克服瓶盖与锁圈之间连接桥的拉力及带来的额外摩擦力矩。

　　2.2 特征人群开启能力实验

　　根据1.3节规划的实验步骤，获得被试者最大腕部横向力矩的测试数据，并运用SPSS21.0对实验数据进行处理，得到被试者的最大腕部横向力矩分布如下图所示。

　　并计算得到第5、10、25、50、75、90、95百分位数值，表2所示为康师傅（优悦）的最大腕部横向力矩百分位数。

　　2.3特征人群瓶盖旋拧负荷实验

　　根据1.3节中的实验步骤，获得被试者在不同力矩水平下的旋拧负荷评价分值和相应的散点图如下所示。

　　通过观察散点图发现，阻力力矩数值与负荷评价分值之间近似服从指数分布，运用SPSS21.0对实验数据进行指数分布的曲线估计，得到负荷评价分值[B]与拧开力矩[T]之间的函数关系式为：

　　[B康师傅（优悦）=4.62×e1.40×T] （1）

　　[B农夫山泉=4.15×e1.50×T] （2）

　　[B昆仑山=3.93×e1.33×T] （3）

　　将负荷评价分值[B=13]（“比较费力”的最低一级）代入式（1）～（3）中，求得其相应的力矩为0.68N?m、0.71N?m和0.84N?m。

　　3 结论与建议

　　3.1 饮用水螺纹瓶盖拧开力矩的允许值

　　实验结果表明，为确保至少75%的高中女学生能够独立拧开饮用水瓶盖，考虑到不同瓶盖外观的影响，其拧开力矩应小于1.1N?m。然而，参与实验的15种类型的饮用水中只有6种满足上述要求，其余饮用水的拧开力矩均大于这一数值，部分样本的拧开力矩甚至超过了1.7N?m，这意味着至少90%的高中女学生在没有他人帮助的情况下无法独立拧开瓶盖。

　　3.2 饮用水螺纹瓶盖拧开力矩的建议值

　　针对高中女学生这一特殊人群，为使其能够在不太费力的情况下独立拧开饮用水瓶盖，瓶盖的拧开力矩应小于0.84N?m。在参与测试的15种类型饮用水中只有一种满足这一要求，其余类型的饮用水螺纹瓶盖对于高中女学生而言，即使能够拧开也需要付出较大的努力，影响了这一人群的消费体验，不利于产品的推广和销售。

　　3.3 饮用水螺纹瓶盖的改进设计建议

　　1）由于螺纹瓶盖在开启过程中存在两个阻力峰，为了减小瓶盖的拧开力矩，在改?M设计时不仅仅要考虑降低出厂包装时的初始拧紧力矩，也要注意减小瓶盖与锁圈之间连接桥的强度，避免因瓶盖与锁圈之间连接过紧而导致拧开力矩增大。

　　2）除了直接减小瓶盖的拧开力矩，改善瓶盖的外观设计也是较为有效的改进手段。从实验结果中可以看出，更大的瓶盖侧面积和更加柔和的接触面花纹设计，有利于被试者更好地进行手部施力并降低相应的负荷感受，从而提高被试者对于瓶盖的开启能力。