“筆套安全”檢測技術探討

儲偉東 潘曉峰 陳軍再

得力集團有限公司

引言

標準中檢測方法的合理性是檢測數據重復性與再現性的基礎。隨著我國經濟社會步入新常態，國際貿易的日趨頻繁，全國上萬家第三方檢測機構的出現，檢測數據的一致性顯得尤為重要。本文針對“筆套空氣流量”安全項目，對比相關國內外檢測標準，以及CNAS 實驗室內與實驗室間的實際檢測過程中遇到的問題展開闡述，以期標準中檢測方法更加精準科學。

1.筆套安全項目的概述

1.1 背景

全世界每年的用筆量數以百億計，發達國家相關標準ISO 11540:2014、BS 7272-1-2008、BS 7272-2-2008+A1-2014、JIS S 6060：1996 已經明確制定了相關筆套安全要求，兒童誤吞這些不符合要求的筆套會產生卡住喉管導致窒息的危險，如圖1 所示。

1.2 “筆套空氣流量“要求

GB 21027—2020《學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，流經筆套的空氣流量應至少為8L/min。”

圖1 吞咽筆套后導致窒息危險的示意圖

1.3 筆套空氣流量檢測原理

將被測筆套完全插入適當直徑的彈性軟管內，空氣流經軟管時，在兩個方向分別測量壓差。如圖2 所示。

圖2 筆套空氣流量試驗裝置示意圖

2.檢測能力驗證情況

根據官方網站查詢，“檢測能力驗證項目”中2020年確認筆套空氣流量的項目確實沒有開展，據了解此項目的能力驗證還未曾開展。

3.實驗室內檢測數據研究

按照GB 21027—2020 中規定的“F.2 設備”的“F.2.6” 彈性軟管要求，選擇內徑為被測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，進行CNAS 實驗室內檢測數據研究如下。

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 標準要求的彈性軟管：管內直徑為被測筆套最大外接圓直徑80%～85%，固定壁厚和邵氏硬度，以兩個極端值80%和85%進行試驗。舉例：一個被測筆套外徑為Ф15.00mm,按照管內直徑為被測筆套外接圓直徑的80%，則彈性軟管內徑計算所得為Ф12mm，在現實中彈性管內徑就會選擇Ф12 規格；按照管內直徑為被測筆套外接圓直徑的85%，則彈性管內徑計算所得為Ф12.75mm，在現實中彈性軟管內徑可以選擇Ф12.5 規格。

相同的CNAS 實驗室環境，同一人員，同一臺筆帽通氣量測試儀，同樣筆套外徑Ф15mm 試樣，均在標準范圍內選取Ф12.0 和Ф12.5 內徑彈性軟管檢測空氣流量檢測結果見表1。兩種內徑彈性軟管檢測數據顯示最大差值為3.8 L/min，約為16.0%。

本項測試中，如果結合一下實驗室的不確定度計算，從圖3 可以看出，筆套空氣流量的不確定度主要來源于“數值修約”“儀器顯示數值”和“其他因素”等三個方面。

通過計算，表1 兩組數據的平均值分別為23.6L/min，27.1L/min。

1、數值修約不確定度

因測試結果精確至0.1L/min，數值修約的相對不確定度：

圖3 筆套空氣流量分析魚刺圖

表1 不同內徑彈性軟管檢測結果

2、儀器顯示數值

儀器精度相對不確定度：

設備的相對不確定度：

3、其他因素

單次測量標準偏差分別為：

平均值的標準偏差分別為：

4、合成標準不確定度

分量類別來源相對不確定度1 相對不確定度2 urel(off)數值修約0.12%0.11%urel (L)數值讀取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 次測試的不確定度分別為U1rel=2.4%，k=2；以及U2rel=1.9%，k=2。本測試樣，使用Ф12 的彈性軟管測試真值在（22.5～23.7）L/min， 使用Ф12.5 的彈性軟管測試真值在（26.2～27.2）L/min，兩者結果相差可達20.9%。

3.1.2 彈性軟管壁厚選擇

相同的CNAS 實驗室環境，相同的檢測人員，相同的筆帽通氣量測試儀，彈性軟管內徑同為Ф12mm，同一個筆套外徑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 的對比檢測空氣流量的結果見表2。兩者檢測數據顯示最大差值為1.4 L/min，約為6.3%。

3.1.3 彈性軟管硬度選擇

相同的CNAS 實驗室環境，相同的檢測人員，相同的筆帽通氣量測試儀，彈性軟管內徑同為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 的對比檢測空氣流量結果見表3。兩者檢測數據顯示最大差值為1.7 L/min ，約為10.8%。

3.2 實驗室間數據比對

選擇在全國權威的第三方檢測機構（曾經接收國家監督檢驗任務），送樣為同一批次，尺寸規格一致的樣品2 份，同時發送2 家通過CNAS 與CMA 認可的第三方檢測機構進行測試，其數據最小與最大分別是14.3L/min 和 18.0L/min。實驗室間對比研究檢測數據顯示，會產生約26%的誤差。此結果也正在我們實驗室內試驗推算的范圍內。

表2 不同壁厚彈性軟管檢測結果

表3 不同硬度彈性軟管檢測結果

目前，國內還沒有專業生產筆套空氣流量測試用彈性軟管的專業廠家，一般都是空氣流量檢測儀設備廠家提供，都是在一些生產日用品的彈性軟管生產廠按照第三方檢測機構的要求而定制的，無論從彈性軟管的硬度、厚度及均勻性、直徑規格細分是不統一的，導致的后果是，檢測數據存在明顯的差異。

4.結論

上述三種不同試驗顯示，彈性軟管在標準要求范圍內的直徑、硬度、壁厚允許誤差范圍過大，特別是直徑選擇誤差的影響最大，本次試驗符合標準測試方法情況下直接數據檢測差異可達16.0%，結合不確定度計算的話最大可推算到20.0%。彈性軟管是筆套安全檢測項目中很關鍵的耗材，但是目前還沒有需要經過校準或檢定的要求。實驗室使用的時候，均是基于進料驗收時對硬度、內徑、厚度的確認，在標準范圍合格選用。通過實驗室間的對比測試，試驗結果顯示，檢測樣品真值與檢測值之間最大差值可達37.7%。兩類實驗客觀事實存在，應該引起足夠重視。假設一個企業生產的筆套，引用本次試驗中的不確定度Urel=2.4%，k=2，因軟管選擇的不同，按照測得值可能具有20.9%的檢測差異，那么這樣的情況下，空氣流量的測得值接近偏下值時（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，將會發生怎樣的嚴重后果？

針對“彈性軟管直徑的選擇”，從檢測方法的合理性與不同檢測機構的數據再現性兩點出發，強烈建議縮小彈性軟管內徑允許誤差的范圍，嚴格采用標準中測量被測筆套最大外接圓直徑的80%；同時取值后軟管規格選用精度在±0.1mm 內，這樣才能有效地減少人為的彈性軟管選擇上的誤差，避免因為彈性軟管選擇差異而導致的檢測結果不同，對兒童的安全更負責，合適的情況下應及時修訂相關標準。

針對“彈性軟管壁厚選擇”，結合當前彈性軟管的制造工藝水平，應該將標準壁厚修訂到（0.75±0.1）mm，以提高檢測數據的精度。

針對“彈性軟管硬度選擇”，結合當前彈性軟管的制造工藝水平，應該將標準的硬度修訂到邵氏硬度A（55～65），以提高檢測數據的準確性。

為積極響應中國國民經濟和社會發展十四五規劃的“高質量規劃引領高質量發展”精神，謹以此文，供相關標準化與兒童安全風險工作者引起足夠的重視，努力從標準質量提升做出一些應有的貢獻，保障兒童安全健康成長。