柜類產(chǎn)品防傾翻裝置力學(xué)性能分析研究

劉晨光 謝明君

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114）

柜類穩(wěn)定性是涉及柜類家具產(chǎn)品使用安全性能的重要指標(biāo)，也是家具力學(xué)性能檢測(cè)中最重要的檢測(cè)項(xiàng)目之一，穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)將嚴(yán)重影響使用者的安全[1-3]。根據(jù)美國(guó)消費(fèi)品安全委員會(huì)（CPSC）的統(tǒng)計(jì)，2000 年1 月至2022 年7 月間，因柜類穩(wěn)定性問(wèn)題引發(fā)的事故共計(jì)341 起，造成152 人受傷和12 人死亡。在我國(guó)，由于家具穩(wěn)定性等力學(xué)性能不合格而造成兒童受傷的情況也屢見不鮮，引起了社會(huì)的重點(diǎn)關(guān)注[4,5]。為此，我國(guó)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 28007-2011 規(guī)定：所有高于600 mm的兒童柜應(yīng)提供固定產(chǎn)品于建筑物上的連接件[6]（防傾翻裝置），并明示使用方法。2015 年，美國(guó)消費(fèi)品安全委員會(huì)發(fā)起了“Anchor it”運(yùn)動(dòng)，呼吁消費(fèi)者使用防傾翻裝置將柜類家具固定在墻上，防止家具傾翻，從而保護(hù)兒童安全[7]。目前，僅有美國(guó)的ASTM F3096-14 標(biāo)準(zhǔn)提供了專門針對(duì)衣柜防傾翻裝置的測(cè)試方法，而且主要針對(duì)使用螺釘與墻體連接的產(chǎn)品。本研究采用了國(guó)內(nèi)外多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交叉比對(duì)試驗(yàn)，旨在為評(píng)價(jià)及分析柜類產(chǎn)品防傾翻裝置的力學(xué)性能提供思路和參考依據(jù)，并為進(jìn)一步提高柜類產(chǎn)品的安全性能提供指導(dǎo)和建議。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣品

本試驗(yàn)選取市售翻門柜及抽屜柜（3 件）及防傾翻裝置（6件）作為測(cè)試對(duì)象。為了在試驗(yàn)過(guò)程中盡量發(fā)揮防傾翻裝置的作用，3 件柜類樣品均選擇了高深比較大的產(chǎn)品，相關(guān)信息如表1 所示。防傾翻裝置選取了材質(zhì)及連接方式各異的不同組合，基本囊括了市售的常見類型，如圖1、表2 所示。

圖1 試驗(yàn)用防傾翻裝置

表1 試驗(yàn)用柜基礎(chǔ)信息

表2 試驗(yàn)用防傾翻裝置基礎(chǔ)信息

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基礎(chǔ)柜類穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

在不安裝防傾翻裝置的情況下，分別按照GB/T 10357.4-2013[8]、ISO 7170:2021[9]、ASTM F2057-14[10]標(biāo)準(zhǔn)中的具體項(xiàng)目，逐項(xiàng)測(cè)試柜類樣品的穩(wěn)定性，其中水平拉力采用手持式數(shù)字測(cè)力儀進(jìn)行模擬，在柜體產(chǎn)生傾翻趨勢(shì)時(shí)記錄水平力峰值，垂直壓力采用金屬砝碼和/或裝有玻璃珠的帆布袋進(jìn)行精準(zhǔn)模擬。試驗(yàn)后，記錄根據(jù)3 項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試后穩(wěn)定性出現(xiàn)不合格的具體項(xiàng)目。

1.2.2 加裝防傾翻裝置后的穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

根據(jù)產(chǎn)品使用說(shuō)明，在柜類樣品的適當(dāng)位置安裝防傾翻裝置，重復(fù)基礎(chǔ)柜類試驗(yàn)（1.2.1 節(jié)）中穩(wěn)定性出現(xiàn)不合格的項(xiàng)目。此外，為了探究防傾翻裝置的強(qiáng)度極限，根據(jù)5 歲兒童的95 分位數(shù)體重[11]，在進(jìn)行ASTM F2057-14 試驗(yàn)時(shí)，將加載重物質(zhì)量由23 kg 持續(xù)增加到30 kg，并觀察防傾翻裝置是否出現(xiàn)連接松動(dòng)。本試驗(yàn)采用光滑的油漆木板作為使用說(shuō)明中推薦的固定連接面，為了模擬現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際使用場(chǎng)景，采用背膠連接的4 組試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)乳膠漆墻面上進(jìn)行平行對(duì)照試驗(yàn)。

1.2.3 防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)方法

根據(jù)產(chǎn)品使用說(shuō)明，在柜類樣品的適當(dāng)位置安裝防傾翻裝置。分別按照GB/T 10357.4-2013、ASTM F3096-14[12]、ISO 7170:2021 中的防傾翻裝置強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。其中與墻體連接方式為背膠的4 組試驗(yàn)在光滑的油漆木板和乳膠漆墻面上分別進(jìn)行。試驗(yàn)后，記錄防傾翻裝置的強(qiáng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 試驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析

2.1 基礎(chǔ)柜類穩(wěn)定性試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 10357.4-2013 進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，3 件柜類樣品中僅1 號(hào)柜在活動(dòng)部件關(guān)閉狀態(tài)下的空載穩(wěn)定性試驗(yàn)中出現(xiàn)傾翻現(xiàn)象。該試驗(yàn)項(xiàng)目針對(duì)高度大于1 000 mm 的柜類樣品提出了在柜體頂部前邊緣施加一個(gè)40 N·m 水平瞬時(shí)力矩的規(guī)定，但由于該樣品的高深比過(guò)高，柜體在水平拉力達(dá)到15.3 N 時(shí)發(fā)生了傾翻。

ISO 7170:2021 的試驗(yàn)項(xiàng)目整體與GB/T 10357.4-2013 較相似，但該標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)空載的、高度大于1 000 mm 的樣品頂部前邊緣的施力要求達(dá)到了50 N，因此1 號(hào)樣品發(fā)生了傾翻。此外，ISO 7170:2021 增加了存儲(chǔ)部件空載時(shí)在活動(dòng)部件上向下垂直施力的穩(wěn)定性試驗(yàn)，對(duì)于高度大于1 000 mm 的樣品，施力要求為150 N，高度小于1 000 mm 的樣品，施力要求為100 N。1 號(hào)柜在本項(xiàng)試驗(yàn)中，在力值達(dá)到11.9 N 時(shí)即產(chǎn)生了傾翻趨勢(shì)。

根據(jù)ASTM F2057-14 進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)在打開的門或抽屜上放置23 kg 重塊（3 歲兒童95 分位數(shù)體重[13]）時(shí)，3 件柜類樣品無(wú)一例外均發(fā)生了傾翻，且僅有2 號(hào)柜在重物質(zhì)量持續(xù)降低到15 kg 后能保持穩(wěn)定。

3 件柜類樣品標(biāo)準(zhǔn)分項(xiàng)通過(guò)情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表3 所示。

表3 柜類樣品標(biāo)準(zhǔn)分項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果

2.2 加裝防傾翻裝置后的穩(wěn)定性試驗(yàn)

2.2.1 光滑油漆木板

3 件柜類樣品在分別加裝6 種防傾翻裝置后，均能通過(guò)2.1 節(jié)所述的全部不合格項(xiàng)目，能夠顯著提升柜類產(chǎn)品的防傾翻（穩(wěn)定）性能。根據(jù)ASTM F2057-14 進(jìn)行30 kg 過(guò)載試驗(yàn)時(shí)，1 號(hào)柜柜門鉸鏈出現(xiàn)斷裂，試驗(yàn)終止；2 號(hào)柜在載荷增加到30 kg 時(shí)仍能保持穩(wěn)定；3 號(hào)柜由于本身材質(zhì)的問(wèn)題，在30 kg 的載荷作用下，抽屜與柜體面板結(jié)合處即出現(xiàn)脫離，試驗(yàn)終止，如圖2 所示。

圖2 ASTM F2057-14 過(guò)載穩(wěn)定性試驗(yàn)

2.2.2 乳膠漆墻面對(duì)照組

試驗(yàn)在2 號(hào)柜上進(jìn)行，1～4 號(hào)防傾翻裝置與墻體連接的部分均使用背膠與試驗(yàn)室的乳膠漆墻面進(jìn)行粘貼連接。粘貼后，為保證粘貼強(qiáng)度還使用了塑料刮片對(duì)膠貼面進(jìn)行了加固處理。根據(jù)ASTM F2057-14 進(jìn)行23 kg 施力試驗(yàn)后，1～4 號(hào)防傾翻裝置均出現(xiàn)了與墻面脫膠的現(xiàn)象，如圖3 所示。5 號(hào)、6 號(hào)防傾翻裝置采用膨脹螺釘與墻面穩(wěn)固連接，根據(jù)ASTM F2057-14 進(jìn)行30 kg 過(guò)載試驗(yàn)時(shí)，柜體仍能保持穩(wěn)定。

圖3 2 號(hào)柜乳膠漆墻面對(duì)照組試驗(yàn)

2.3 防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)

3 件柜類樣品在分別加裝6 種防傾翻裝置并與光滑的油漆木板連接后，按照GB/T 10357.4-2013、ISO 7170:2021、ASTM F3096-14 中“防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)”項(xiàng)目的試驗(yàn)程序，在柜體上部前側(cè)分別施加200 N、230 N 和300 N 的水平力，如圖4 所示，測(cè)試結(jié)果如表4 所示。可以看出，采用螺釘與光滑油漆木板連接的防傾翻裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度顯著高于背膠連接的裝置，5 號(hào)防傾翻裝置在242.2 N 的水平拉力作用下，甚至出現(xiàn)了連接扎帶斷裂的破壞形式。此外，防傾翻裝置與柜體本身的連接強(qiáng)度也顯著影響對(duì)樣品整體強(qiáng)度的判斷，1～3 號(hào)防傾翻裝置在與2 號(hào)柜粘連的位置均出現(xiàn)了脫膠的問(wèn)題，且抗拉峰值水平力均低于200 N 的最低標(biāo)準(zhǔn)要求。4 號(hào)防傾翻裝置的連接帶端部為兩顆金屬珠，盡管連接帶本身強(qiáng)度很高，但金屬珠與金屬連接帶的連接處強(qiáng)度明顯不足，1 號(hào)柜的試驗(yàn)中，在138 N 的水平拉力下即發(fā)生斷裂。

圖4 防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)

表4 防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)（光滑油漆木板）

更換全新的防傾翻裝置，將固定端更換為實(shí)驗(yàn)室乳膠漆墻面后，抗拉峰值水平力出現(xiàn)了明顯下降，所有采用背膠連接的裝置均出現(xiàn)了因墻面脫膠產(chǎn)生的失效，采用膨脹螺釘與墻面固定的5 號(hào)、6 號(hào)防傾翻裝置均能通過(guò)300 N 水平拉力的測(cè)試，結(jié)果如表5 所示?？梢钥闯?，背膠與乳膠漆墻面的粘貼強(qiáng)度遠(yuǎn)低于油漆木板表面，4 號(hào)防傾翻裝置的最高峰值水平力僅為113.7 N，遠(yuǎn)低于200 N 的標(biāo)準(zhǔn)最低要求，交界面的主體材質(zhì)對(duì)于粘貼強(qiáng)度的影響非常顯著。同樣作為背膠連接，在膠粘面積并沒(méi)有顯著增大的前提下，4 號(hào)防傾翻裝置的抗拉強(qiáng)度明顯更優(yōu)，分析原因，可能是4 號(hào)防傾翻裝置的金屬繩配合鋼珠的設(shè)計(jì)能夠?qū)⑺嚼Ψ纸鉃橐徊糠执怪毕蛳碌姆至?，進(jìn)而在一定程度上提升了抗拉強(qiáng)度。

表5 防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)（乳膠漆墻面）

3 結(jié)論

本研究采用控制變量法進(jìn)行正交試驗(yàn)，對(duì)安裝防傾翻裝置前后的柜體穩(wěn)定性及防傾翻裝置本身的強(qiáng)度進(jìn)行了量化分析，并得出以下結(jié)論：

（1）在選用適當(dāng)?shù)谋尘皦γ媲艺_安裝防傾翻裝置的情況下，不同柜類產(chǎn)品的穩(wěn)定性均能得到顯著提升。在模擬大體重（23 kg、30 kg）兒童攀爬空載柜體的極端情況下，防傾翻裝置均表現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能，有效地降低由于誤操作引起柜類傾翻造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）對(duì)于采用背膠進(jìn)行粘貼固定的防傾翻裝置，背景墻面的材質(zhì)對(duì)防傾翻裝置使用效果的影響具有決定性。與乳膠漆類墻面進(jìn)行粘貼連接的防傾翻裝置在柜類穩(wěn)定性試驗(yàn)和自身強(qiáng)度試驗(yàn)中未能表現(xiàn)出足夠的力學(xué)性能水平。

（3）現(xiàn)有的防傾翻裝置強(qiáng)度試驗(yàn)是基于螺釘?shù)裙潭ㄟB接方式設(shè)計(jì)的。然而，除了規(guī)定加載力的位置和方向外，還應(yīng)當(dāng)明確考慮背景墻的材質(zhì)屬性，并細(xì)化試驗(yàn)前防傾翻裝置的連接方式，包括安裝位置、角度、固化時(shí)間等參數(shù)，確保試驗(yàn)?zāi)M真實(shí)使用情況，進(jìn)而提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可復(fù)現(xiàn)性。