柜类产品防倾翻装置力学性能分析研究

刘晨光 谢明君

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

柜类稳定性是涉及柜类家具产品使用安全性能的重要指标，也是家具力学性能检测中最重要的检测项目之一，稳定性不达标将严重影响使用者的安全[1-3]。根据美国消费品安全委员会（CPSC）的统计，2000 年1 月至2022 年7 月间，因柜类稳定性问题引发的事故共计341 起，造成152 人受伤和12 人死亡。在我国，由于家具稳定性等力学性能不合格而造成儿童受伤的情况也屡见不鲜，引起了社会的重点关注[4,5]。为此，我国强制性国家标准GB 28007-2011 规定：所有高于600 mm的儿童柜应提供固定产品于建筑物上的连接件[6]（防倾翻装置），并明示使用方法。2015 年，美国消费品安全委员会发起了“Anchor it”运动，呼吁消费者使用防倾翻装置将柜类家具固定在墙上，防止家具倾翻，从而保护儿童安全[7]。目前，仅有美国的ASTM F3096-14 标准提供了专门针对衣柜防倾翻装置的测试方法，而且主要针对使用螺钉与墙体连接的产品。本研究采用了国内外多个标准进行交叉比对试验，旨在为评价及分析柜类产品防倾翻装置的力学性能提供思路和参考依据，并为进一步提高柜类产品的安全性能提供指导和建议。

1 材料与方法

1.1 试验样品

本试验选取市售翻门柜及抽屉柜（3 件）及防倾翻装置（6件）作为测试对象。为了在试验过程中尽量发挥防倾翻装置的作用，3 件柜类样品均选择了高深比较大的产品，相关信息如表1 所示。防倾翻装置选取了材质及连接方式各异的不同组合，基本囊括了市售的常见类型，如图1、表2 所示。

图1 试验用防倾翻装置

表1 试验用柜基础信息

表2 试验用防倾翻装置基础信息

1.2 试验方法

1.2.1 基础柜类稳定性试验方法

在不安装防倾翻装置的情况下，分别按照GB/T 10357.4-2013[8]、ISO 7170:2021[9]、ASTM F2057-14[10]标准中的具体项目，逐项测试柜类样品的稳定性，其中水平拉力采用手持式数字测力仪进行模拟，在柜体产生倾翻趋势时记录水平力峰值，垂直压力采用金属砝码和/或装有玻璃珠的帆布袋进行精准模拟。试验后，记录根据3 项标准测试后稳定性出现不合格的具体项目。

1.2.2 加装防倾翻装置后的稳定性试验方法

根据产品使用说明，在柜类样品的适当位置安装防倾翻装置，重复基础柜类试验（1.2.1 节）中稳定性出现不合格的项目。此外，为了探究防倾翻装置的强度极限，根据5 岁儿童的95 分位数体重[11]，在进行ASTM F2057-14 试验时，将加载重物质量由23 kg 持续增加到30 kg，并观察防倾翻装置是否出现连接松动。本试验采用光滑的油漆木板作为使用说明中推荐的固定连接面，为了模拟现实生活中的实际使用场景，采用背胶连接的4 组试验在实验室的常规乳胶漆墙面上进行平行对照试验。

1.2.3 防倾翻装置强度试验方法

根据产品使用说明，在柜类样品的适当位置安装防倾翻装置。分别按照GB/T 10357.4-2013、ASTM F3096-14[12]、ISO 7170:2021 中的防倾翻装置强度测试方法进行试验。其中与墙体连接方式为背胶的4 组试验在光滑的油漆木板和乳胶漆墙面上分别进行。试验后，记录防倾翻装置的强度是否符合标准要求。

2 试验过程与数据分析

2.1 基础柜类稳定性试验

根据GB/T 10357.4-2013 进行试验时，3 件柜类样品中仅1 号柜在活动部件关闭状态下的空载稳定性试验中出现倾翻现象。该试验项目针对高度大于1 000 mm 的柜类样品提出了在柜体顶部前边缘施加一个40 N·m 水平瞬时力矩的规定，但由于该样品的高深比过高，柜体在水平拉力达到15.3 N 时发生了倾翻。

ISO 7170:2021 的试验项目整体与GB/T 10357.4-2013 较相似，但该标准中对空载的、高度大于1 000 mm 的样品顶部前边缘的施力要求达到了50 N，因此1 号样品发生了倾翻。此外，ISO 7170:2021 增加了存储部件空载时在活动部件上向下垂直施力的稳定性试验，对于高度大于1 000 mm 的样品，施力要求为150 N，高度小于1 000 mm 的样品，施力要求为100 N。1 号柜在本项试验中，在力值达到11.9 N 时即产生了倾翻趋势。

根据ASTM F2057-14 进行试验，当在打开的门或抽屉上放置23 kg 重块（3 岁儿童95 分位数体重[13]）时，3 件柜类样品无一例外均发生了倾翻，且仅有2 号柜在重物质量持续降低到15 kg 后能保持稳定。

3 件柜类样品标准分项通过情况数据统计如表3 所示。

表3 柜类样品标准分项试验结果

2.2 加装防倾翻装置后的稳定性试验

2.2.1 光滑油漆木板

3 件柜类样品在分别加装6 种防倾翻装置后，均能通过2.1 节所述的全部不合格项目，能够显著提升柜类产品的防倾翻（稳定）性能。根据ASTM F2057-14 进行30 kg 过载试验时，1 号柜柜门铰链出现断裂，试验终止；2 号柜在载荷增加到30 kg 时仍能保持稳定；3 号柜由于本身材质的问题，在30 kg 的载荷作用下，抽屉与柜体面板结合处即出现脱离，试验终止，如图2 所示。

图2 ASTM F2057-14 过载稳定性试验

2.2.2 乳胶漆墙面对照组

试验在2 号柜上进行，1～4 号防倾翻装置与墙体连接的部分均使用背胶与试验室的乳胶漆墙面进行粘贴连接。粘贴后，为保证粘贴强度还使用了塑料刮片对胶贴面进行了加固处理。根据ASTM F2057-14 进行23 kg 施力试验后，1～4 号防倾翻装置均出现了与墙面脱胶的现象，如图3 所示。5 号、6 号防倾翻装置采用膨胀螺钉与墙面稳固连接，根据ASTM F2057-14 进行30 kg 过载试验时，柜体仍能保持稳定。

图3 2 号柜乳胶漆墙面对照组试验

2.3 防倾翻装置强度试验

3 件柜类样品在分别加装6 种防倾翻装置并与光滑的油漆木板连接后，按照GB/T 10357.4-2013、ISO 7170:2021、ASTM F3096-14 中“防倾翻装置强度试验”项目的试验程序，在柜体上部前侧分别施加200 N、230 N 和300 N 的水平力，如图4 所示，测试结果如表4 所示。可以看出，采用螺钉与光滑油漆木板连接的防倾翻装置的结构强度显著高于背胶连接的装置，5 号防倾翻装置在242.2 N 的水平拉力作用下，甚至出现了连接扎带断裂的破坏形式。此外，防倾翻装置与柜体本身的连接强度也显著影响对样品整体强度的判断，1～3 号防倾翻装置在与2 号柜粘连的位置均出现了脱胶的问题，且抗拉峰值水平力均低于200 N 的最低标准要求。4 号防倾翻装置的连接带端部为两颗金属珠，尽管连接带本身强度很高，但金属珠与金属连接带的连接处强度明显不足，1 号柜的试验中，在138 N 的水平拉力下即发生断裂。

图4 防倾翻装置强度试验

表4 防倾翻装置强度试验（光滑油漆木板）

更换全新的防倾翻装置，将固定端更换为实验室乳胶漆墙面后，抗拉峰值水平力出现了明显下降，所有采用背胶连接的装置均出现了因墙面脱胶产生的失效，采用膨胀螺钉与墙面固定的5 号、6 号防倾翻装置均能通过300 N 水平拉力的测试，结果如表5 所示。可以看出，背胶与乳胶漆墙面的粘贴强度远低于油漆木板表面，4 号防倾翻装置的最高峰值水平力仅为113.7 N，远低于200 N 的标准最低要求，交界面的主体材质对于粘贴强度的影响非常显著。同样作为背胶连接，在胶粘面积并没有显著增大的前提下，4 号防倾翻装置的抗拉强度明显更优，分析原因，可能是4 号防倾翻装置的金属绳配合钢珠的设计能够将水平拉力分解为一部分垂直向下的分力，进而在一定程度上提升了抗拉强度。

表5 防倾翻装置强度试验（乳胶漆墙面）

3 结论

本研究采用控制变量法进行正交试验，对安装防倾翻装置前后的柜体稳定性及防倾翻装置本身的强度进行了量化分析，并得出以下结论：

（1）在选用适当的背景墙面且正确安装防倾翻装置的情况下，不同柜类产品的稳定性均能得到显著提升。在模拟大体重（23 kg、30 kg）儿童攀爬空载柜体的极端情况下，防倾翻装置均表现出了优异的力学性能，有效地降低由于误操作引起柜类倾翻造成的安全风险。

（2）对于采用背胶进行粘贴固定的防倾翻装置，背景墙面的材质对防倾翻装置使用效果的影响具有决定性。与乳胶漆类墙面进行粘贴连接的防倾翻装置在柜类稳定性试验和自身强度试验中未能表现出足够的力学性能水平。

（3）现有的防倾翻装置强度试验是基于螺钉等固定连接方式设计的。然而，除了规定加载力的位置和方向外，还应当明确考虑背景墙的材质属性，并细化试验前防倾翻装置的连接方式，包括安装位置、角度、固化时间等参数，确保试验模拟真实使用情况，进而提高试验的准确性和可复现性。