“笔套安全”检测技术探讨

储伟东 潘晓峰 陈军再

得力集团有限公司

引言

标准中检测方法的合理性是检测数据重复性与再现性的基础。随着我国经济社会步入新常态，国际贸易的日趋频繁，全国上万家第三方检测机构的出现，检测数据的一致性显得尤为重要。本文针对“笔套空气流量”安全项目，对比相关国内外检测标准，以及CNAS 实验室内与实验室间的实际检测过程中遇到的问题展开阐述，以期标准中检测方法更加精准科学。

1.笔套安全项目的概述

1.1 背景

全世界每年的用笔量数以百亿计，发达国家相关标准ISO 11540:2014、BS 7272-1-2008、BS 7272-2-2008+A1-2014、JIS S 6060：1996 已经明确制定了相关笔套安全要求，儿童误吞这些不符合要求的笔套会产生卡住喉管导致窒息的危险，如图1 所示。

1.2 “笔套空气流量“要求

GB 21027—2020《学生用品的安全通用要求》中4.8.3 要求：“在室温下最大压差为1.33kPa 时，流经笔套的空气流量应至少为8L/min。”

图1 吞咽笔套后导致窒息危险的示意图

1.3 笔套空气流量检测原理

将被测笔套完全插入适当直径的弹性软管内，空气流经软管时，在两个方向分别测量压差。如图2 所示。

图2 笔套空气流量试验装置示意图

2.检测能力验证情况

根据官方网站查询，“检测能力验证项目”中2020年确认笔套空气流量的项目确实没有开展，据了解此项目的能力验证还未曾开展。

3.实验室内检测数据研究

按照GB 21027—2020 中规定的“F.2 设备”的“F.2.6” 弹性软管要求，选择内径为被测笔套最宽处外接圆直径的80%～85%、壁厚为（0.75±0.25）mm、邵氏硬度A55（±10）的软管，进行CNAS 实验室内检测数据研究如下。

3.1 耗材选择(弹性软管)

3.1.1 弹性软管直径的选择

GB 21027—2020 标准要求的弹性软管：管内直径为被测笔套最大外接圆直径80%～85%，固定壁厚和邵氏硬度，以两个极端值80%和85%进行试验。举例：一个被测笔套外径为Ф15.00mm,按照管内直径为被测笔套外接圆直径的80%，则弹性软管内径计算所得为Ф12mm，在现实中弹性管内径就会选择Ф12 规格；按照管内直径为被测笔套外接圆直径的85%，则弹性管内径计算所得为Ф12.75mm，在现实中弹性软管内径可以选择Ф12.5 规格。

相同的CNAS 实验室环境，同一人员，同一台笔帽通气量测试仪，同样笔套外径Ф15mm 试样，均在标准范围内选取Ф12.0 和Ф12.5 内径弹性软管检测空气流量检测结果见表1。两种内径弹性软管检测数据显示最大差值为3.8 L/min，约为16.0%。

本项测试中，如果结合一下实验室的不确定度计算，从图3 可以看出，笔套空气流量的不确定度主要来源于“数值修约”“仪器显示数值”和“其他因素”等三个方面。

通过计算，表1 两组数据的平均值分别为23.6L/min，27.1L/min。

1、数值修约不确定度

因测试结果精确至0.1L/min，数值修约的相对不确定度：

图3 笔套空气流量分析鱼刺图

表1 不同内径弹性软管检测结果

2、仪器显示数值

仪器精度相对不确定度：

设备的相对不确定度：

3、其他因素

单次测量标准偏差分别为：

平均值的标准偏差分别为：

4、合成标准不确定度

分量类别来源相对不确定度1 相对不确定度2 urel(off)数值修约0.12%0.11%urel (L)数值读取0.4%0.4%urel (X)各种因素1.10%0.83%

取置信率95%，包含因子k=2，2 次测试的不确定度分别为U1rel=2.4%，k=2；以及U2rel=1.9%，k=2。本测试样，使用Ф12 的弹性软管测试真值在（22.5～23.7）L/min， 使用Ф12.5 的弹性软管测试真值在（26.2～27.2）L/min，两者结果相差可达20.9%。

3.1.2 弹性软管壁厚选择

相同的CNAS 实验室环境，相同的检测人员，相同的笔帽通气量测试仪，弹性软管内径同为Ф12mm，同一个笔套外径Ф15.00mm 的试样，弹性软管邵氏硬度同为A65，而弹性软管厚度分别为0.75mm 与0.95mm 的对比检测空气流量的结果见表2。两者检测数据显示最大差值为1.4 L/min，约为6.3%。

3.1.3 弹性软管硬度选择

相同的CNAS 实验室环境，相同的检测人员，相同的笔帽通气量测试仪，弹性软管内径同为Ф11mm，同一笔套外径Ф13.74mm 的试样，弹性软管邵氏硬度为A45 与邵氏硬度为A65 的对比检测空气流量结果见表3。两者检测数据显示最大差值为1.7 L/min ，约为10.8%。

3.2 实验室间数据比对

选择在全国权威的第三方检测机构（曾经接收国家监督检验任务），送样为同一批次，尺寸规格一致的样品2 份，同时发送2 家通过CNAS 与CMA 认可的第三方检测机构进行测试，其数据最小与最大分别是14.3L/min 和 18.0L/min。实验室间对比研究检测数据显示，会产生约26%的误差。此结果也正在我们实验室内试验推算的范围内。

表2 不同壁厚弹性软管检测结果

表3 不同硬度弹性软管检测结果

目前，国内还没有专业生产笔套空气流量测试用弹性软管的专业厂家，一般都是空气流量检测仪设备厂家提供，都是在一些生产日用品的弹性软管生产厂按照第三方检测机构的要求而定制的，无论从弹性软管的硬度、厚度及均匀性、直径规格细分是不统一的，导致的后果是，检测数据存在明显的差异。

4.结论

上述三种不同试验显示，弹性软管在标准要求范围内的直径、硬度、壁厚允许误差范围过大，特别是直径选择误差的影响最大，本次试验符合标准测试方法情况下直接数据检测差异可达16.0%，结合不确定度计算的话最大可推算到20.0%。弹性软管是笔套安全检测项目中很关键的耗材，但是目前还没有需要经过校准或检定的要求。实验室使用的时候，均是基于进料验收时对硬度、内径、厚度的确认，在标准范围合格选用。通过实验室间的对比测试，试验结果显示，检测样品真值与检测值之间最大差值可达37.7%。两类实验客观事实存在，应该引起足够重视。假设一个企业生产的笔套，引用本次试验中的不确定度Urel=2.4%，k=2，因软管选择的不同，按照测得值可能具有20.9%的检测差异，那么这样的情况下，空气流量的测得值接近偏下值时（接近8L/min）的笔套极易引起误判，将本身不合格的笔套误判为合格的笔套，如被儿童误吞食的话，将会发生怎样的严重后果？

针对“弹性软管直径的选择”，从检测方法的合理性与不同检测机构的数据再现性两点出发，强烈建议缩小弹性软管内径允许误差的范围，严格采用标准中测量被测笔套最大外接圆直径的80%；同时取值后软管规格选用精度在±0.1mm 内，这样才能有效地减少人为的弹性软管选择上的误差，避免因为弹性软管选择差异而导致的检测结果不同，对儿童的安全更负责，合适的情况下应及时修订相关标准。

针对“弹性软管壁厚选择”，结合当前弹性软管的制造工艺水平，应该将标准壁厚修订到（0.75±0.1）mm，以提高检测数据的精度。

针对“弹性软管硬度选择”，结合当前弹性软管的制造工艺水平，应该将标准的硬度修订到邵氏硬度A（55～65），以提高检测数据的准确性。

为积极响应中国国民经济和社会发展十四五规划的“高质量规划引领高质量发展”精神，谨以此文，供相关标准化与儿童安全风险工作者引起足够的重视，努力从标准质量提升做出一些应有的贡献，保障儿童安全健康成长。