塑料拉伸屈服應(yīng)力不確定度的評(píng)定

石巧英, 郭俊連, 張艷敏

(上海日之升新技術(shù)發(fā)展有限公司, 上海 201109)

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·研究與應(yīng)用·

塑料拉伸屈服應(yīng)力不確定度的評(píng)定

石巧英, 郭俊連, 張艷敏

(上海日之升新技術(shù)發(fā)展有限公司, 上海 201109)

利用微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)《GB/T 1040.1/2—2006》測(cè)試了PP注塑樣條的拉伸屈服應(yīng)力;分析了微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量拉向力，電子卡尺測(cè)量試樣寬度、厚度，以及重復(fù)測(cè)量四個(gè)因素產(chǎn)生的不確定度；計(jì)算得到樣條拉伸屈服應(yīng)力的擴(kuò)展不確定度為0.3 MPa。

萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī); 拉伸屈服應(yīng)力; 擴(kuò)展不確定度

0　前言

“中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)”在實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的過(guò)程中強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備能力的驗(yàn)證，而微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在塑料行業(yè)中應(yīng)用非常普遍，是測(cè)試材料拉伸性能的儀器設(shè)備。對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行相關(guān)評(píng)定可以反映設(shè)備的準(zhǔn)確度，提高測(cè)試結(jié)果的可比性，因此，不確定度的評(píng)定非常重要。筆者采用《塑料 拉伸性能的測(cè)定》的方法[1]，對(duì)PP注塑樣條在拉伸屈服應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中可能出現(xiàn)的四種影響因素進(jìn)行了不確定度分析，計(jì)算得到了微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試PP注塑樣條拉伸屈服應(yīng)力的擴(kuò)展不確定度。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1測(cè)試方法

按照《塑料 拉伸性能的測(cè)定》第1部分：總則[1]測(cè)試。

按照《塑料 拉伸性能的測(cè)定》第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件[2]測(cè)試。

1.2試驗(yàn)材料

聚丙烯 PP K 7926, 上海賽科石油化工有限責(zé)任公司。

1.3儀器和設(shè)備

注塑機(jī)UN 120SM廣東精密機(jī)械有限公司；微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)CMT 6104，SANS(深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司)；電子數(shù)顯卡尺，溫州一鼎儀器制造有限公司。

1.4測(cè)試過(guò)程

稱取2 kg PP K 7926塑料粒子，混合均勻后以相同的注塑工藝，制作10根1A型樣條。在溫度(23±5)℃、濕度(50±5)%的恒溫恒濕環(huán)境下放置24 h，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，以確保儀器狀態(tài)正常。采用50 mm/min的拉伸速率，對(duì)注塑樣條重復(fù)測(cè)量[2]。

2　數(shù)學(xué)模型

根據(jù)拉伸應(yīng)力的定義：在任何給定時(shí)刻，在試樣標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)，每單位原始橫截面積上所受的拉伸負(fù)荷[1],可以得到如下數(shù)學(xué)模型：

(1)

式中：σ為拉伸屈服應(yīng)力，MPa；F為屈服負(fù)荷，N；b為試樣寬度，mm；d為試樣厚度，mm。

3　不確定度的來(lái)源

因測(cè)試?yán)烨?yīng)力時(shí)為恒溫恒濕環(huán)境，所以不考慮溫度和濕度因素所引起的不確定度分量。在測(cè)量中假設(shè)其它影響因素的不確定度分量對(duì)測(cè)量結(jié)果的靈敏程度相同，并假設(shè)靈敏系數(shù)[3]

按照GB/T 1040.1/2—2006測(cè)試10組拉伸樣條的拉伸屈服應(yīng)力，并取其平均值。不確定度主要來(lái)源于以下4個(gè)方面，如表1所示。表1中A類評(píng)定測(cè)量不確定度一般用若干分量組成，其中一些分量可根據(jù)一系列測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)分布，按測(cè)量不確定度的A類評(píng)定進(jìn)行評(píng)定，并可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征；而另一些分量可根據(jù)基于經(jīng)驗(yàn)或其他信息獲得的概率密度函數(shù)，按測(cè)定不確定度的B類評(píng)定，也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征進(jìn)行評(píng)定[3]。

表1　拉伸屈服應(yīng)力測(cè)試不確定度的來(lái)源

以上四項(xiàng)互不關(guān)聯(lián)，根據(jù)測(cè)量不確定度傳播律，當(dāng)y=p/q(乘除法)時(shí)，

(2)

將公式(2)應(yīng)用于本數(shù)學(xué)模型，得

(3)

(4)

4　不確定度分量的量化

4.1測(cè)試引入的不確定度分量

4.1.1由微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)蛄σ氲牟淮_定度分量urel(F)

根據(jù)通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司出具的微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)儀器校準(zhǔn)證書(shū)，微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)蛄Φ南鄬?duì)擴(kuò)展不確定度urel=0.3%，包含因子k=2。包含因子為擴(kuò)展不確定度與不確定度之比[3]，因此，拉向力的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(5)

將以上數(shù)值代入式(5)，則微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)蛄σ氲南鄬?duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.1.2由電子卡尺測(cè)量寬度引入的不確定度分量urel(b)

4.1.2.1根據(jù)通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司出具的電子卡尺校準(zhǔn)證書(shū)，電子卡尺的準(zhǔn)確性引入的擴(kuò)展不確定度U=0.01 mm,k=2，則電子卡尺測(cè)量寬度準(zhǔn)確性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

u1(b)=0.01mm/2≈0.005mm。

電子卡尺測(cè)量寬度平均值b=9.95 mm，所以電子卡尺測(cè)量寬度準(zhǔn)確性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

電子卡尺測(cè)量寬度平均值b=9.95 mm，所以電子卡尺分辨率引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

電子卡尺的準(zhǔn)確度和分辨率引起的不確定度為獨(dú)立不相關(guān)的，所以相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.1.3由電子卡尺測(cè)量厚度引入的不確定度分量urel(d)

4.1.3.1根據(jù)通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)(上海)有限公司出具的校準(zhǔn)證書(shū)，電子卡尺誤差引入的擴(kuò)展不確定度U=0.01 mm,k=2，則電子卡尺測(cè)量厚度準(zhǔn)確性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u1(d)=0.01 mm/2≈0.005 mm。

電子卡尺測(cè)量寬度平均值d=3.99 mm，所以電子卡尺測(cè)量厚度準(zhǔn)確性引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

電子卡尺測(cè)量寬度平均值b=3.99 mm，所以由電子卡尺分辨率引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

電子卡尺的準(zhǔn)確性和分辨率引起的不確定度為獨(dú)立不相關(guān)的，所以相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.1.4由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量urel(σ)

本次試驗(yàn)共測(cè)試10個(gè)數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2　十次重復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)表

采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為

(6)

根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》[3]，以算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果時(shí)，則該結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為A類評(píng)定，平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

(7)

將公式(6)代入公式(7)，本次實(shí)驗(yàn)中n=10,得到σ平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：

所以測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度為：

4.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

綜上所述，不確定度分量urel(F)=0.15%，urel(b)=0.06%，urel(d)=0.10%，urel(σ)=0.31%，代入公式(4)，計(jì)算相對(duì)合成不確定度為：

ucrel=

≈0.534%。

uc=σucrel=25.3 MPa×0.534%≈0.135 MPa。

4.3擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與包含因子之乘積。根據(jù)測(cè)量不確定度評(píng)定指南，對(duì)一般檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的要求[3]，在置信概率P=95%時(shí)，取包含因子k=2，所以擴(kuò)展不確定度為：

U=kuc=2×0.135 MPa=0.27 MPa≈0.30 MPa。

4.4測(cè)量不確定度的測(cè)定結(jié)果

本次測(cè)量結(jié)果σ= 25.3MPa，U = 0.30MPa，k =2。

5　結(jié)語(yǔ)

由測(cè)量重復(fù)性、微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量拉向力、電子卡尺測(cè)量試樣寬度及厚度引入的不確定度，反映了測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量貢獻(xiàn)最大，因此，在日常測(cè)量中，應(yīng)確保樣品的重復(fù)測(cè)量次數(shù)，同時(shí)對(duì)微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和電子卡尺進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 1040.1—2006 塑料 拉伸性能的測(cè)定第1部分：總則[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 1040.2—2006 塑料 拉伸性能的測(cè)定第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版.

[3]中華人民共和國(guó) 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. JJF 1059.1—2012 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S]. 北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013：4-21.

Evaluation of the Uncertainty in Plastics Tensile Yield Stress

SHI Qiao-ying, GUO Jun-lian, ZHANG Yan-min

(Shanghai Sunny New Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201109， China)

The tensile yield stress of polypropylene injection samples was tested by using the microcomputer control electron universal testing machine, according to the test standard GB/T 1040.2—2006. The uncertainty was analyzed by four factors, including the pulling force measured by the microcomputer control election universal testing madine, the sample width, and thickness measured by the digital caliper, and repeating measurement. The expanded uncertainty in the tensile yield stress of the polypropylene sample was calculated as 0.3 MPa.

universal testing machine; tensile yield stress; expanded uncertainty

石巧英 (1975—)，女，工程師，從事塑料原材料的質(zhì)量管理及控制方法的研究。

TQ 3

A

1009-5993(2016)01-0035-04

2015-12-28)