石巧英, 郭俊连, 张艳敏

(上海日之升新技术发展有限公司, 上海 201109)



·研究与应用·

塑料拉伸屈服应力不确定度的评定

石巧英, 郭俊连, 张艳敏

(上海日之升新技术发展有限公司, 上海 201109)

利用微机控制电子万能试验机，依据《GB/T 1040.1/2—2006》测试了PP注塑样条的拉伸屈服应力;分析了微机控制电子万能试验机测量拉向力，电子卡尺测量试样宽度、厚度，以及重复测量四个因素产生的不确定度；计算得到样条拉伸屈服应力的扩展不确定度为0.3 MPa。

万能试验机; 拉伸屈服应力; 扩展不确定度

0　前言

“中国合格评定国家认可委员会”在实验室认可的过程中强调对实验室设备能力的验证，而微机控制电子万能试验机在塑料行业中应用非常普遍，是测试材料拉伸性能的仪器设备。对测量不确定度进行相关评定可以反映设备的准确度，提高测试结果的可比性，因此，不确定度的评定非常重要。笔者采用《塑料 拉伸性能的测定》的方法[1]，对PP注塑样条在拉伸屈服应力测试过程中可能出现的四种影响因素进行了不确定度分析，计算得到了微机控制电子万能试验机测试PP注塑样条拉伸屈服应力的扩展不确定度。

1　实验

1.1测试方法

按照《塑料 拉伸性能的测定》第1部分：总则[1]测试。

按照《塑料 拉伸性能的测定》第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件[2]测试。

1.2试验材料

聚丙烯 PP K 7926, 上海赛科石油化工有限责任公司。

1.3仪器和设备

注塑机UN 120SM广东精密机械有限公司；微机控制电子万能试验机CMT 6104，SANS(深圳市新三思材料检测有限公司)；电子数显卡尺，温州一鼎仪器制造有限公司。

1.4测试过程

称取2 kg PP K 7926塑料粒子，混合均匀后以相同的注塑工艺，制作10根1A型样条。在温度(23±5)℃、湿度(50±5)%的恒温恒湿环境下放置24 h，并对设备进行自动校准，以确保仪器状态正常。采用50 mm/min的拉伸速率，对注塑样条重复测量[2]。

2　数学模型

根据拉伸应力的定义：在任何给定时刻，在试样标距长度内，每单位原始横截面积上所受的拉伸负荷[1],可以得到如下数学模型：

(1)

式中：σ为拉伸屈服应力，MPa；F为屈服负荷，N；b为试样宽度，mm；d为试样厚度，mm。

3　不确定度的来源

因测试拉伸屈服应力时为恒温恒湿环境，所以不考虑温度和湿度因素所引起的不确定度分量。在测量中假设其它影响因素的不确定度分量对测量结果的灵敏程度相同，并假设灵敏系数[3]

按照GB/T 1040.1/2—2006测试10组拉伸样条的拉伸屈服应力，并取其平均值。不确定度主要来源于以下4个方面，如表1所示。表1中A类评定测量不确定度一般用若干分量组成，其中一些分量可根据一系列测量值的统计分布，按测量不确定度的A类评定进行评定，并可用标准偏差表征；而另一些分量可根据基于经验或其他信息获得的概率密度函数，按测定不确定度的B类评定，也可用标准偏差表征进行评定[3]。

表1　拉伸屈服应力测试不确定度的来源

以上四项互不关联，根据测量不确定度传播律，当y=p/q(乘除法)时，

(2)

将公式(2)应用于本数学模型，得

(3)

(4)

4　不确定度分量的量化

4.1测试引入的不确定度分量

4.1.1由微机控制电子万能试验机测试拉向力引入的不确定度分量urel(F)

根据通标标准技术服务(上海)有限公司出具的微机控制电子万能试验机仪器校准证书，微机控制电子万能试验机测试拉向力的相对扩展不确定度urel=0.3%，包含因子k=2。包含因子为扩展不确定度与不确定度之比[3]，因此，拉向力的相对标准不确定度为：

(5)

将以上数值代入式(5)，则微机控制电子万能试验机测试拉向力引入的相对标准不确定度为：

4.1.2由电子卡尺测量宽度引入的不确定度分量urel(b)

4.1.2.1根据通标标准技术服务(上海)有限公司出具的电子卡尺校准证书，电子卡尺的准确性引入的扩展不确定度U=0.01 mm,k=2，则电子卡尺测量宽度准确性引入的标准不确定度为

u1(b)=0.01mm/2≈0.005mm。

电子卡尺测量宽度平均值b=9.95 mm，所以电子卡尺测量宽度准确性引入的相对标准不确定度为

电子卡尺测量宽度平均值b=9.95 mm，所以电子卡尺分辨率引入的相对标准不确定度为:

电子卡尺的准确度和分辨率引起的不确定度为独立不相关的，所以相对合成标准不确定度为：

4.1.3由电子卡尺测量厚度引入的不确定度分量urel(d)

4.1.3.1根据通标标准技术服务(上海)有限公司出具的校准证书，电子卡尺误差引入的扩展不确定度U=0.01 mm,k=2，则电子卡尺测量厚度准确性引入的标准不确定度为：

u1(d)=0.01 mm/2≈0.005 mm。

电子卡尺测量宽度平均值d=3.99 mm，所以电子卡尺测量厚度准确性引入的相对标准不确定度为：

电子卡尺测量宽度平均值b=3.99 mm，所以由电子卡尺分辨率引入的相对标准不确定度为：

电子卡尺的准确性和分辨率引起的不确定度为独立不相关的，所以相对合成标准不确定度为：

4.1.4由测量重复性引入的不确定度分量urel(σ)

本次试验共测试10个数据，如表2所示。

表2　十次重复测试数据表

采用贝塞尔公式计算实验标准偏差为

(6)

根据《测量不确定度评定与表示》[3]，以算术平均值作为测量结果时，则该结果的标准不确定度为A类评定，平均值的实验标准差为：

(7)

将公式(6)代入公式(7)，本次实验中n=10,得到σ平均值的实验标准差为：

所以测量重复性引入的相对不确定度为：

4.2合成标准不确定度的评定

综上所述，不确定度分量urel(F)=0.15%，urel(b)=0.06%，urel(d)=0.10%，urel(σ)=0.31%，代入公式(4)，计算相对合成不确定度为：

ucrel=

≈0.534%。

uc=σucrel=25.3 MPa×0.534%≈0.135 MPa。

4.3扩展不确定度

扩展不确定度为合成标准不确定度与包含因子之乘积。根据测量不确定度评定指南，对一般检测实验室的要求[3]，在置信概率P=95%时，取包含因子k=2，所以扩展不确定度为：

U=kuc=2×0.135 MPa=0.27 MPa≈0.30 MPa。

4.4测量不确定度的测定结果

本次测量结果σ= 25.3MPa，U = 0.30MPa，k =2。

5　结语

由测量重复性、微机控制电子万能试验机测量拉向力、电子卡尺测量试样宽度及厚度引入的不确定度，反映了测量重复性引入的不确定度分量贡献最大，因此，在日常测量中，应确保样品的重复测量次数，同时对微机控制电子万能试验机和电子卡尺进行校准，以确保试验结果的准确性。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 1040.1—2006 塑料 拉伸性能的测定第1部分：总则[S]. 北京：中国标准出版社出版.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB/T 1040.2—2006 塑料 拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件[S]. 北京：中国标准出版社出版.

[3]中华人民共和国 国家质量监督检验检疫总局. JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示[S]. 北京：中国质检出版社，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，工程师，从事塑料原材料的质量管理及控制方法的研究。

TQ 3

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1009-5993(2016)01-0035-04

2015-12-28)