“筆套安全”檢測(cè)技術(shù)探討

儲(chǔ)偉東 潘曉峰 陳軍再

得力集團(tuán)有限公司

引言

標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)方法的合理性是檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性與再現(xiàn)性的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)步入新常態(tài)，國(guó)際貿(mào)易的日趨頻繁，全國(guó)上萬(wàn)家第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)的一致性顯得尤為重要。本文針對(duì)“筆套空氣流量”安全項(xiàng)目，對(duì)比相關(guān)國(guó)內(nèi)外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以及CNAS 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)與實(shí)驗(yàn)室間的實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題展開(kāi)闡述，以期標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)方法更加精準(zhǔn)科學(xué)。

1.筆套安全項(xiàng)目的概述

1.1 背景

全世界每年的用筆量數(shù)以百億計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ISO 11540:2014、BS 7272-1-2008、BS 7272-2-2008+A1-2014、JIS S 6060：1996 已經(jīng)明確制定了相關(guān)筆套安全要求，兒童誤吞這些不符合要求的筆套會(huì)產(chǎn)生卡住喉管導(dǎo)致窒息的危險(xiǎn)，如圖1 所示。

1.2 “筆套空氣流量“要求

GB 21027—2020《學(xué)生用品的安全通用要求》中4.8.3 要求：“在室溫下最大壓差為1.33kPa 時(shí)，流經(jīng)筆套的空氣流量應(yīng)至少為8L/min。”

圖1 吞咽筆套后導(dǎo)致窒息危險(xiǎn)的示意圖

1.3 筆套空氣流量檢測(cè)原理

將被測(cè)筆套完全插入適當(dāng)直徑的彈性軟管內(nèi)，空氣流經(jīng)軟管時(shí)，在兩個(gè)方向分別測(cè)量壓差。如圖2 所示。

圖2 筆套空氣流量試驗(yàn)裝置示意圖

2.檢測(cè)能力驗(yàn)證情況

根據(jù)官方網(wǎng)站查詢(xún)，“檢測(cè)能力驗(yàn)證項(xiàng)目”中2020年確認(rèn)筆套空氣流量的項(xiàng)目確實(shí)沒(méi)有開(kāi)展，據(jù)了解此項(xiàng)目的能力驗(yàn)證還未曾開(kāi)展。

3.實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)研究

按照GB 21027—2020 中規(guī)定的“F.2 設(shè)備”的“F.2.6” 彈性軟管要求，選擇內(nèi)徑為被測(cè)筆套最寬處外接圓直徑的80%～85%、壁厚為（0.75±0.25）mm、邵氏硬度A55（±10）的軟管，進(jìn)行CNAS 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)研究如下。

3.1 耗材選擇(彈性軟管)

3.1.1 彈性軟管直徑的選擇

GB 21027—2020 標(biāo)準(zhǔn)要求的彈性軟管：管內(nèi)直徑為被測(cè)筆套最大外接圓直徑80%～85%，固定壁厚和邵氏硬度，以?xún)蓚€(gè)極端值80%和85%進(jìn)行試驗(yàn)。舉例：一個(gè)被測(cè)筆套外徑為Ф15.00mm,按照管內(nèi)直徑為被測(cè)筆套外接圓直徑的80%，則彈性軟管內(nèi)徑計(jì)算所得為Ф12mm，在現(xiàn)實(shí)中彈性管內(nèi)徑就會(huì)選擇Ф12 規(guī)格；按照管內(nèi)直徑為被測(cè)筆套外接圓直徑的85%，則彈性管內(nèi)徑計(jì)算所得為Ф12.75mm，在現(xiàn)實(shí)中彈性軟管內(nèi)徑可以選擇Ф12.5 規(guī)格。

相同的CNAS 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，同一人員，同一臺(tái)筆帽通氣量測(cè)試儀，同樣筆套外徑Ф15mm 試樣，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)選取Ф12.0 和Ф12.5 內(nèi)徑彈性軟管檢測(cè)空氣流量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。兩種內(nèi)徑彈性軟管檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示最大差值為3.8 L/min，約為16.0%。

本項(xiàng)測(cè)試中，如果結(jié)合一下實(shí)驗(yàn)室的不確定度計(jì)算，從圖3 可以看出，筆套空氣流量的不確定度主要來(lái)源于“數(shù)值修約”“儀器顯示數(shù)值”和“其他因素”等三個(gè)方面。

通過(guò)計(jì)算，表1 兩組數(shù)據(jù)的平均值分別為23.6L/min，27.1L/min。

1、數(shù)值修約不確定度

因測(cè)試結(jié)果精確至0.1L/min，數(shù)值修約的相對(duì)不確定度：

圖3 筆套空氣流量分析魚(yú)刺圖

表1 不同內(nèi)徑彈性軟管檢測(cè)結(jié)果

2、儀器顯示數(shù)值

儀器精度相對(duì)不確定度：

設(shè)備的相對(duì)不確定度：

3、其他因素

單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為：

平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為：

4、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

分量類(lèi)別來(lái)源相對(duì)不確定度1 相對(duì)不確定度2 urel(off)數(shù)值修約0.12%0.11%urel (L)數(shù)值讀取0.4%0.4%urel (X)各種因素1.10%0.83%

取置信率95%，包含因子k=2，2 次測(cè)試的不確定度分別為U1rel=2.4%，k=2；以及U2rel=1.9%，k=2。本測(cè)試樣，使用Ф12 的彈性軟管測(cè)試真值在（22.5～23.7）L/min， 使用Ф12.5 的彈性軟管測(cè)試真值在（26.2～27.2）L/min，兩者結(jié)果相差可達(dá)20.9%。

3.1.2 彈性軟管壁厚選擇

相同的CNAS 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，相同的檢測(cè)人員，相同的筆帽通氣量測(cè)試儀，彈性軟管內(nèi)徑同為Ф12mm，同一個(gè)筆套外徑Ф15.00mm 的試樣，彈性軟管邵氏硬度同為A65，而彈性軟管厚度分別為0.75mm 與0.95mm 的對(duì)比檢測(cè)空氣流量的結(jié)果見(jiàn)表2。兩者檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示最大差值為1.4 L/min，約為6.3%。

3.1.3 彈性軟管硬度選擇

相同的CNAS 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，相同的檢測(cè)人員，相同的筆帽通氣量測(cè)試儀，彈性軟管內(nèi)徑同為Ф11mm，同一筆套外徑Ф13.74mm 的試樣，彈性軟管邵氏硬度為A45 與邵氏硬度為A65 的對(duì)比檢測(cè)空氣流量結(jié)果見(jiàn)表3。兩者檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示最大差值為1.7 L/min ，約為10.8%。

3.2 實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)比對(duì)

選擇在全國(guó)權(quán)威的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)（曾經(jīng)接收國(guó)家監(jiān)督檢驗(yàn)任務(wù)），送樣為同一批次，尺寸規(guī)格一致的樣品2 份，同時(shí)發(fā)送2 家通過(guò)CNAS 與CMA 認(rèn)可的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，其數(shù)據(jù)最小與最大分別是14.3L/min 和 18.0L/min。實(shí)驗(yàn)室間對(duì)比研究檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，會(huì)產(chǎn)生約26%的誤差。此結(jié)果也正在我們實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)推算的范圍內(nèi)。

表2 不同壁厚彈性軟管檢測(cè)結(jié)果

表3 不同硬度彈性軟管檢測(cè)結(jié)果

目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)筆套空氣流量測(cè)試用彈性軟管的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家，一般都是空氣流量檢測(cè)儀設(shè)備廠(chǎng)家提供，都是在一些生產(chǎn)日用品的彈性軟管生產(chǎn)廠(chǎng)按照第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的要求而定制的，無(wú)論從彈性軟管的硬度、厚度及均勻性、直徑規(guī)格細(xì)分是不統(tǒng)一的，導(dǎo)致的后果是，檢測(cè)數(shù)據(jù)存在明顯的差異。

4.結(jié)論

上述三種不同試驗(yàn)顯示，彈性軟管在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)的直徑、硬度、壁厚允許誤差范圍過(guò)大，特別是直徑選擇誤差的影響最大，本次試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法情況下直接數(shù)據(jù)檢測(cè)差異可達(dá)16.0%，結(jié)合不確定度計(jì)算的話(huà)最大可推算到20.0%。彈性軟管是筆套安全檢測(cè)項(xiàng)目中很關(guān)鍵的耗材，但是目前還沒(méi)有需要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)或檢定的要求。實(shí)驗(yàn)室使用的時(shí)候，均是基于進(jìn)料驗(yàn)收時(shí)對(duì)硬度、內(nèi)徑、厚度的確認(rèn)，在標(biāo)準(zhǔn)范圍合格選用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室間的對(duì)比測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果顯示，檢測(cè)樣品真值與檢測(cè)值之間最大差值可達(dá)37.7%。兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)客觀事實(shí)存在，應(yīng)該引起足夠重視。假設(shè)一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的筆套，引用本次試驗(yàn)中的不確定度Urel=2.4%，k=2，因軟管選擇的不同，按照測(cè)得值可能具有20.9%的檢測(cè)差異，那么這樣的情況下，空氣流量的測(cè)得值接近偏下值時(shí)（接近8L/min）的筆套極易引起誤判，將本身不合格的筆套誤判為合格的筆套，如被兒童誤吞食的話(huà)，將會(huì)發(fā)生怎樣的嚴(yán)重后果？

針對(duì)“彈性軟管直徑的選擇”，從檢測(cè)方法的合理性與不同檢測(cè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)再現(xiàn)性?xún)牲c(diǎn)出發(fā)，強(qiáng)烈建議縮小彈性軟管內(nèi)徑允許誤差的范圍，嚴(yán)格采用標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)量被測(cè)筆套最大外接圓直徑的80%；同時(shí)取值后軟管規(guī)格選用精度在±0.1mm 內(nèi)，這樣才能有效地減少人為的彈性軟管選擇上的誤差，避免因?yàn)閺椥攒浌苓x擇差異而導(dǎo)致的檢測(cè)結(jié)果不同，對(duì)兒童的安全更負(fù)責(zé)，合適的情況下應(yīng)及時(shí)修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)“彈性軟管壁厚選擇”，結(jié)合當(dāng)前彈性軟管的制造工藝水平，應(yīng)該將標(biāo)準(zhǔn)壁厚修訂到（0.75±0.1）mm，以提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度。

針對(duì)“彈性軟管硬度選擇”，結(jié)合當(dāng)前彈性軟管的制造工藝水平，應(yīng)該將標(biāo)準(zhǔn)的硬度修訂到邵氏硬度A（55～65），以提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

為積極響應(yīng)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展十四五規(guī)劃的“高質(zhì)量規(guī)劃引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展”精神，謹(jǐn)以此文，供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化與兒童安全風(fēng)險(xiǎn)工作者引起足夠的重視，努力從標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量提升做出一些應(yīng)有的貢獻(xiàn)，保障兒童安全健康成長(zhǎng)。