陈永锋¹ 李骏奇¹

摘 要 本文对玩具国家标准中提供的两种获取玩具弹射物撞击接触面印迹的方法进行了具体分析研究，探究其优缺点和适用条件，并对测试过程中容易造成检测误差的关键技术要点进行分析，找出有效的解决方法，为玩具弹射物的检测与评定提供了更明确、细化的方法。

关键词 玩具；弹射物；撞击；接触面；印迹；着色剂法；油墨法；复写纸法

 Discussion on the Methods of Obtaining the Impression of the Contact Area of the Toy Projectiles

CHEN Yong-Feng¹  LI Jun-Qi¹

Abstract This paper introduced two methods of obtaining the imprint of the contact area of the toy projectiles provided in the toy safety national standard , and analyzed their advantages and disadvantages, as well as the key technical points that were easy to cause the inspection deviation in the test, and put forward effective solutions. To provide more accurate and detailed methods for the detection and evaluation of toy projectiles.

Keywords Toy; Projectile; Impact; Contact area; Imprint; Staining agent method; Inking agent method; Carbon paper method

弹射玩具是指供14岁以下儿童玩耍的，由可贮存和释放能量的弹射机构或者儿童给予的能量将弹射物发射到空中进行自由飞行^[1]的玩具产品。常见的弹射玩具有玩具枪、玩具弓箭（见图1）等。弹射玩具由于其独特的玩耍特性，同时可以通过模拟射击锻炼儿童的手眼协调能力，深受儿童的喜爱。但由于部分弹射玩具不符合安全标准，例如：发射的弹射物具有过大的弹射动能，或者弹射物的撞击端部外形过于尖锐，而造成儿童的眼睛、皮肤、皮下组织甚至肌肉被刺破、撞伤的安全事故。美国和欧盟地区的玩具召回信息中也经常包含弹射玩具（见图2）。2020年5月，被欧盟通报召回的玩具弓弩套装中箭动能过大，有导致儿童面部及眼睛受伤的风险；2020年10月，被欧盟通报召回的玩具警察套装中弹射出的高速弹丸动能太大，有导致儿童面部及眼睛受伤的风险；2020年11月，被欧盟通报召回的玩具枪套装中的弹射物上的吸盘容易被拆下，存在窒息风险。同样，我国历年的市场监督抽查中，弹射玩具也是不合格情况多发的产品之一。

蓄能弹射玩具枪                              

 b) 玩具弓箭

图1  常见弹射玩具

Fig.1  Common projectile toys

图2  2018-2020年欧盟通报召回弹射玩具情况

Fig.2  Projectile toys recalled in European Union from 2018 to 2020

1  研究目的与意义

针对弹射玩具导致的冲击伤害，国家玩具安全标准GB 6675.2-2014^[2]对弹射玩具有专门的要求：当蓄能弹射玩具的弹射物动能超过0.08 J时，弹射物应有用弹性材料制成的保护端部，并且单位接触面积的动能不可超过0.16 J/cm²。弹射物单位接触面积的动能通过计算弹射物的动能和撞击接触面积的比值得出,具体测试流程见图3。目前大多实验室对弹射物动能的测量技术^[3]已相当成熟，能准确地测量弹射物的动能，各实验室之间的测量结果一致性比较好。撞击接触面印迹是弹射物撞击到目标物体上，在目标物体上留下的印迹，这印迹反映了两者在撞击过程中有哪些部分是相接触的。准确、如实地获取撞击接触面印迹是最终准确测量其面积的关键所在，而这一步对于操作的技术和经验要求较高。

图3  单位接触面积的动能测试流程

Fig.3  Test  procedure of kinetic energy per area of contact

GB 6675.2中提供了两种获取玩具弹射物撞击接触面印迹的方法：着色剂法与复写纸法，并提到“某些情况下，采用可留痕迹的冲击表面（如以复写纸覆盖白纸）的方法会比上述用弹射物来留印迹更适合”，但并没有明确说明哪些情况下应使用哪种方法。

在以往的监督抽查当中，多次出现由于撞击接触面印迹的获取方法存在差异而导致最终的产品评定结果差异的情况，对玩具生产企业、检测机构和执法部门造成了很大困扰。

本文对两种常用的撞击接触面印迹的获取方法进行实验，对测试过程中容易造成检测误差的关键技术要点进行分析总结并提出有效的解决方法，可为检测机构选用获取撞击接触面印迹的测试方法提供技术参考，从而提高检测的准确性。

2  两种常见的撞击接触面印迹获取方法研究

GB 6675.2中给出了两种常见的撞击接触面印迹的获取方法，两种方法各有优缺点，应了解清楚它们所适用的不同条件和情况，结合实际情况进行选择。

2.1 着色剂法

2.1.1 仪器设备和工具

    数显高度尺，直角尺，钢直尺，激光水平仪，着色剂(油墨)。

2.1.2 原理和方法

大多数检测机构通常会优先选用着色剂法：在弹射物的撞击端部均匀地、完整地涂布适当的着色剂，如墨水或油墨（见图4）（注：因绝大多数情况下油墨的附着效果更好，故此着色剂法也常被称为油墨法）；将一张白纸紧贴在木块上，弹射物在距离木块300 mm处并垂直于木块表面，向木块发射。弹射物上的着色剂接触到白纸并痕在白纸上，因而获取了撞击接触面的印迹（见图5）。

图4  弹射物端部涂上油墨

Fig.4  Ink on the tip of the projectile

图5  弹射物端部的撞击油墨印迹

Fig.5  Imprint of the contact area of the projectile

2.1.3 结果分析

弹射物上的油墨在纸上沾色获取撞击接触面的印迹，其边界清晰，有利于后续面积测量^[4]，准确性高。但该方法的缺点也比较明显，它并不适用于所有的弹射玩具，在某些情况下，该方法不能准确地获取撞击接触面印迹。例如：弹射物的保护端是由吸水性材料造成的，如果采用油墨法，保护端吸收了较多的油墨。一方面会增加了弹射物的整体质量，从而影响撞击时的实际动能；另一方面，可能由于油墨被吸收而无法粘附到撞击面上。又如球状、圆盘状等弹射物是通过转子和弹射物摩擦而使弹射物加速发射的，如果弹射物的整个表面或周边涂上了油墨，油墨有一定的润滑作用，减少了转子与弹射物之间的摩擦力，直接影响到发射弹射物的动能，同时弹射物上的油墨在摩擦中被抹掉导致撞击时印迹不完整，两方面都会直接影响撞击印迹的大小。该情况下，选用油墨法是不合适的，应该选用其他代替的方法。

2.2 复写纸法

2.2.1 仪器设备和工具

数显高度尺，直角尺，钢直尺，激光水平仪，复写纸。 

2.2.2 原理和方法

在某些情况，采用可留印迹的冲击表面（如以复写纸覆盖白纸）的方法会更为合适。将一张白纸平坦地紧贴在木块上，再将一张复写纸平放在白纸上（见图6），其复写面朝着白纸。弹射物在距离木块300 mm处并垂直于木块表面，向木块发射。弹射物撞击复写纸，撞击接触面的印迹被复写到白纸上，因而获取了撞击接触面的印迹（见图7）。

图6  复写纸和白纸平铺在木块上

Fig.6  Carbon paper and white paper covered on wood block

图7  白纸上的复写印迹

Fig.7  Imprint on the white paper transferred from the carbon paper

2.2.3 结果分析

复写纸法往往是一种备用的方法，当油墨法不适用时，可以用复写纸法代替。复写纸法的复写印迹边界不如油墨法印迹清晰，会影响后续测量的准确性。这是由于撞击时撞击表面作用在复写纸上的压力不均匀，在撞击过程中，先与撞击面接触的部位压力较大，而端部变形再与撞击面接触的部位压力较小，可能不足以让复写纸起复写的作用。对于一些动能较小或者端部材质特别柔软的弹射物，甚至有可能出现漏印的情况。

2.3 对比分析

对比两种撞击接触面印迹获取的方法，着色剂法（油墨法）由于其油墨印迹边界清晰，准确性优于复写纸法，建议在检测的过程中，优先选用着色剂法（油墨法），在此法不可行的情况下，再选用复写纸法。

3  获取撞击接触面印迹的关键技术要点

弹射物撞击接触面印迹的准确获取对测试人员的操作技术和经验要求较高。影响印迹准确性的因素有很多，下面讲述影响其准确性的关键要点。

3.1 弹射物撞击在木块上的入射垂直度

弹射物撞击在木块上的入射垂直度是影响撞击接触面印迹的关键因素之一。部分实验室采用人手握持发射器发射弹射物，这种做法操作简单，效率较高，但准确性低，很难保证弹射物撞击时的垂直度，而且测试的重现性较差，不建议采用。

为确保弹射物的垂直入射角度，可以采用支架固定发射器，利用水平尺、直角尺、激光水平仪等工具辅助调整能有效地保证发射器的主轴与撞击面的垂直度，而且测试重现性好。

3.2 弹射物端部涂布油墨的方法

其一，如果采用油墨法，应该将油墨涂到弹射物预定撞击的整个表面上。软的弹射物端部在撞击过程中会发生形变，端部涂墨的面积要足够大，以免出现漏涂的情况。漏涂现象对撞击接触面印迹的影响是非常大的，很可能直接影响试验的评定结论，造成检测质量事故。以检测中常见的泡沫子弹为例，其试验参数如下：

表1  测试数据表

Table 1  Test data sheet

使用式（1）计算出泡沫子弹的动能E_k：

(1)式中：

E_k—弹射物的动能，单位为焦（J）；

m—弹射物的质量，单位为千克（kg）；

V—弹射物的速度，单位为米每秒（m/s）。

将子弹头的前端表面和侧面都涂上油墨（见图8），得到的撞击接触面印迹大小约为120 mm²，使用式（2）计算单位接触面积的动能E_k，area： 

(2)式中：

E_k，area—单位接触面积的动能，单位为焦每平方厘米（J/cm²）；

A—弹射物的撞击面积。

如果仅在子弹头的前端表面涂上油墨（见图9），得到的撞击接触面印迹大小约为85 mm²，则两种涂墨方法得出的单位接触面积的动能E_k，area的差值为0.06 J/cm², 单位接触面积的动能增大41%。可以看出，漏涂现象造成的误差相当大，可以直接影响测试结果的最终判定，因此，要将油墨涂到弹射物预定撞击的整个表面上，才能确保获得正确的撞击接触面印迹。

图8  正确的涂墨示例：给子弹头整个表面涂墨

Fig.8  Right inking example: inking on the whole surface of tip of projectile

图9  错误的涂墨示例：只给子弹头前端表面涂墨

Fig.9  Wrong inking example: only inking on the front surface of tip of projectile

其二，采用油墨法时，涂的油墨要适量。如果涂的油墨过量，也会影响撞击时油墨印迹的大小。一方面，油墨是有一定的重量，过多的油墨会影响弹射物的整体质量，从而影响子弹飞出时的动能；另一方面，过量的油墨在撞击过程中会发生飞溅，从而扩大撞击油墨印迹的大小。

3.3 木块的固定

子弹撞击到木块上，如果木块未作固定，木块会产生轻微的移动，动能大的弹射物撞击时移动的现象会比较明显。木块的移动会在一定程度上削弱弹射物撞击时的动能，从而影响撞击接触面印迹大小。因此，建议在木块后放置重物或者将木块固定在桌上或墙上，以减小测试的误差。

3.4 纸张的选定

采用油墨法时，纸张的选定也是很重要的。油墨是水性物质，不同特性的纸张对油墨的吸收效果会不一样。不宜选用遇水性油墨便会化开的纸，当油墨印在这种纸张上后，油墨印迹会逐渐向外扩张从而影响印迹的大小。建议在选用纸张时，要对配合使用的油墨进行有效验证。

3.5 纸张的平铺

纸张的平铺也是影响撞击接触面印迹的因素之一。当印迹纸张铺放在木块时，应确保整张纸与木块表面紧密接触，如果纸张和木块之间存在明显的空隙，在弹射物撞击纸张时，该空隙会对弹射物有一定的缓冲作用，会减弱弹射物撞击在木块时的动能，从而影响撞击接触面印迹的大小。在使用复写纸法时，纸张与木块的紧密接触尤其重要。在实际操作中，在粘贴纸张的时候，可以将纸张轻微拉伸再粘贴，并且使用直尺等辅助工具将纸张抚平，尽量使纸张与木块紧密接触。

4  结语

本研究对两种撞击接触面印迹的获取方法进行了分析对比。从研究结果来看，着色剂法（油墨法）准确性优于复写纸法，但对某些弹射物并不适用，测试时应综合考量。同时，本文总结了印迹获取测试过程中容易造成检测误差的关键技术要点，包括弹射物入射的垂直度、涂油墨的方法、木块的固定以及纸张的选定和铺平等，提出有效的解决方法,为检测机构、企业提供技术参考。

【该文经CNKI学术不端文献检测系统检测，总文字复制比为0.9%。】

基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFF0214803-03）

第一作者：陈永锋(1988—)，男，汉族，本科，主要从事玩具和婴童用品的检测工作，E-mail：chenyongf@iqtc.cn 

1.广州海关技术中心   广州  510623

1. Guanghzou Customs Technology Center, Guangzhou  510623

参考文献

[1] ISO 8124-1:2018 Safety of toys-Part 1: Safety aspects related to mechanical and physical properties[S]. 2018.

[2] GB 6675.2-2014 玩具安全  第2部分: 机械与物理性能[S]. 2014.

[3] GB/T 26175—2010弹射玩具动能测试方法[S].2010.

[4]骆均衡,李诗礼.玩具弹射物撞击面积测量方法分析[J].中外玩具制造, 2020, (05), 67-69.

（文章类别：CPST-C）