一种家具漆膜涂层重金属检测取样仪器的设计

逄智宏 张 涵 陈光明

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

随着审美需求和制造工艺的提高，人们常会对家具表面进行漆膜涂饰处理来增加其美观性和耐用性，但这些漆膜涂层中会添加含有重金属化合物的助剂。在人们在使用家具时，铅、镉、铬、汞等重金属元素可从漆膜涂层迁移出来，通过呼吸道、消化道及皮肤接触进入人体内，对器官造成损伤，危害人体健康[1]。

为此国家在GB 18584—2001《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》和GB 28007—2011《儿童家具通用技术条件》等标准中强制规定了不同家具产品中的重金属限量要求。虽然国内外家具漆膜重金属分析方法较多，如分光光度法、原子吸收光谱法（AAS）和原子荧光光度法（AFS）等[1-2]，但家具漆膜重金属的取样过程一直是一个难题。目前，漆膜取样环节仅限于人工在家具产品涂层表面用刮刀刮取适量涂层[3]，而家具漆膜涂层厚度一般在微米级，检验人员为了获取较纯净的样本，避免因漆膜穿透、混入杂质等原因而造成的误差，在取样过程中往往格外仔细，使得取样过程用时长、强度大、效率低，同时手工操作会使得检验人员与刀片和漆膜粉末直接接触，危害人体健康安全[4]。为了解决家具漆膜涂层重金属检测取样环节存在的上述问题，提出研制一种家具漆膜涂层重金属检测取样仪器，保护检验人员身体健康，提高取样效率。

1 取样仪器的工作原理

确保取样无杂质是设计取样仪器的核心。我们将仪器取样过程分为2 个阶段进给。1）第一阶段进给：通过微调螺母控制调节板带动轴承座进行移动，带动刀轴实现进给。2）第二阶段进给：电机带动刀具旋转，操作仪器在漆膜表面移动，使进给方向与刀具旋转切线方向相反，刀片刮取漆膜涂层，进行采样[5]。最后通过迷你吸尘器将漆膜样品收集到储样盒内。

该设备采用罩壳状的机架，避免了检验人员与刀片和漆膜粉末直接接触，保护检验人员安全健康，微调螺母控制刀片进给，避免了人工取样误差，提高了取样效率，并且通过轴承座与皮带轮配合，保证了刀片旋转的稳定性。整个装置具有便携、快速、智能和环保的特点。

2 取样仪器的结构设计

我们应用机械设计和测控技术将取样仪器的设计分为5 个部分，每部分设计内容与包含器件如下。1）机械部分：主要包括机架和壳体。2） 动力部分：核心动力由一台步旋转电机提供，皮带和皮带轮进行动力传输。3） 进给部分：主要由微调螺母、调节板和细牙螺杆组成，选用毫米级导程（精度不低于0.01 mm）的微调螺母，通过微调螺母转动带动调节板实现微米级进给量。4） 控制部分：通过微调螺母的指针和刻度，实现0 ～0.5 mm 范围调节。5）收集装置：漆膜粉末收集装置与机架的合理匹配。

设备取样仪器结构示意图如图1 所示。

图1 家具漆膜涂层重金属检测取样仪器结构示意图

机架呈罩壳状；步进电机与迷你吸尘器分别安装在机架上端两侧；机架内部的左右两侧对称设有2 个轴承座，轴承座的外侧与机架的内壁通过滑块和滑槽的配合活动连接，两个轴承座之间设有刀轴，刀轴沿左右方向横贯轴承座设置；刀片设置在刀轴外侧；旋转电机同侧的轴承座和机架的内壁之间设有第一皮带轮，第一皮带轮与刀轴的左右两端固定连接；步进电机的外侧设有第二皮带轮，旋转电机驱动第二皮带轮旋转，第二皮带轮位于第一皮带轮的正上方，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带传动；机架上端的中央设有微调螺母，微调螺母的下部贯穿机架的上端设置；调节板位于机架的中部，调节板沿左右方向水平布置，所述调节板的左右两端与轴承座的上端固定连接；细牙螺杆下端与调节板固定连接，微调螺母与细牙螺杆配合，细牙螺杆贯穿于微调螺母；机架的左右两侧对称设有一对三角板，其前端延伸超出机架上的前侧。

3 取样仪器的工作过程

该漆膜涂层取样仪器的实物如图2 所示，其工作过程主要分为以下5个步骤。

图2 家具漆膜涂层重金属检测取样仪器实物图

3.1 准备工作

用漆膜测厚仪测得漆膜涂层的厚度值D，将家具漆膜涂层重金属检测取样装置固定于取样区域。

3.2 第一阶段进给

根据漆膜涂层的厚度值D 旋转刻度盘，微调螺母2 转动并带动调节板9 使轴承座12 移动，刀轴10 固定在轴承座12 上进而完成向下进给位移D-d。

3.3 第二阶段进给

按下“启动键”启动，旋转电机3 转动经皮带轮7、8和皮带带动刀轴转动；操作设备向前进给，使进给方向和刀轴转动切线方向相反。在此过程中，刀片11 刮取漆膜涂层，实现对漆膜涂层的安全取样。

3.4 刀片归位

再次按下“启动键”使旋转电机3 停止转动，将微调螺母2 上的刻度盘调回“0 位”，微调螺母2 反向转动并通过调节板9 和轴承座12 使刀片11 向上移动回归初始位置。

3.5 漆膜样品采集

漆膜样品通过迷你吸尘器4 收集到涂层收集袋5 中，完成取样。

4 取样仪器的试验测试

我们根据GB 28007—2011《儿童家具通用技术条件》要求，用取样仪器对木家具进行漆膜取样，并观察漆膜质量。图3 为取样前后木家具表面外观，仪器采样样品如图4所示。从图3 中可以看出仪器刀片刚好将漆膜涂层刮透且未穿过木材表层，保证了试验部位的漆膜利用率，提高了漆膜取样效率，从图4 可以看出色漆漆膜粉末均匀，采样量大，木屑等杂志较少，说明采样质量较高。

图3 木家具漆膜取样前后外观

图4 色漆漆膜样品

表1 2 种漆膜取样方式取样数据对比

我们又将漆膜仪器设备取样与人工取样进行对比试验，选取10 件木家具，清漆涂饰木家具和色漆涂饰木家具各5 件，分别在木家具表面250 mm2范围内进行漆膜取样，按照GB 28007—2011《儿童家具通用技术条件》要求，获取的漆膜试样尽量不少于100 mg，统计10 件木家具仪器取样和人工取样所用时间长短和取样量大小，见表1。从表1中可以看出，在相同的取样面积上，不管是清漆还是色漆，仪器取样质量要大于人工取样质量；在10 件样品取样完成所花总时间上，仪器取样要比人工取样用时短。

通过上述实验可得，家具漆膜涂层重金属检测取样仪器取样精确，取样量大，取样质量高，用时短，从而节省了人力，提高了取样效率。

5 结语

根据家具漆膜涂层重金属检测人工漆膜取样的种种弊端，发明了一种便携、快速、智能、环保的家具漆膜涂层重金属检测取样仪器。经实验验证，该仪器减小了人工取样误差，提高了取样效率，同时也避免了检验人员与刀片和漆膜粉末直接接触，保护检验人员健康安全。