皮革規定負荷伸長率的不確定度評定

鄒仲宜

規定負荷伸長率是皮革的重要力學指標。本文依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[1]對皮革規定負荷伸長率測量的不確定度進行了評定，找到了引起測量結果不確定度的主要來源，并對重復性測量引起的不確定度過大的原因進行了分析。

1　試驗部分

1.1　試驗材料及儀器

材料：質地均勻的皮革1 m×1 m，按QB/T 2706-2005[2]從粒面裁取10個試樣，其中5個試樣的長邊平行于背脊線方向，5個試樣的長邊垂直于背脊線方向。

儀器：Zwick/roell z005萬能材料試驗機，GT-313A1皮革厚度測量儀，游標卡尺。

1.2　環境條件

試樣在溫度 (20±2)℃、相對濕度RH(65±5)%的狀態下調節48 h，并在此條件下進行測試[3]。

1.3　試驗方法

按QB/T 2710-2005《皮革物理和機械試驗抗張強度和伸長率的測定》[4]進行試驗，并按式(1)進行規定負荷伸長率計算。

式中：E1——規定負荷伸長率，%；

L1——夾具或傳感器在規定負荷時的距離；

L0——夾具或傳感器初始時的距離。

2　不確定度的主要來源和分析

從規定負荷伸長率的測量方法和計算公式分析可知，皮革規定負荷伸長率測量結果的不確定度的主要來源有：

（1）規定負荷伸長率重復性測量引起的標準不確定度；

（2）試樣工作部分初始橫截面積（寬度和厚度）測量引起的不確定度。

（3）萬能材料試驗機測量引起的不確定度。包括萬能材料試驗機力值傳感器示值誤差帶來的不確定度、萬能材料試驗機夾具距離測量的不確定度。

（4）數值修約帶來的不確定度。

表1　皮革試樣寬度及厚度測量結果

表2　皮革規定負荷伸長率測試結果

3　試驗結果及不確定度分析

3.1　試驗結果

對裁取的試樣的寬度和厚度進行測量，其測量值見表1，并按照QB/T 2710-2005測試方法對皮革的規定負荷伸長率進行測試，結果見表2。

3.2　操作過程重復性測量引起的相對標準不確定度

3.2.1重復性測量引起的相對標準不確定度總體分析

由表2數據計算可得，10個數據的規定負荷伸長率的平均值E=28%，采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出測試結果的標準偏差見下式：

重復性測量引起的A類標準不確定度為：

則總體重復性測量導致的測量結果的相對標準不確定度見下式：

3.2.2各方向重復性測量引起的相對標準不確定度分析

由3.1的測試結果可知，試樣是按兩個相對垂直的方向取樣的，有橫向、縱向之分，接下來分別從橫向、縱向兩個方向對重復性測量引起的相對標準不確定度進行分析。

橫向規定負荷伸長率的平均值E1=31.9%,采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出橫向重復性測試結果引起的標準偏差見下式：

橫向重復性測量引起的A類標準不確定度為：

橫向重復性測量導致的測量結果的相對標準不確定度見式（7）：

縱向規定負荷伸長率的平均值E2=24.1%，采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出縱向重復性測試結果引起的標準偏差見下式：

橫向重復性測量引起的A類標準不確定度為：

縱向重復性測量導致的測量結果的相對標準不確定度見下式(10)：

3.3　試樣寬度測量產生的相對標準不確定度

根據本試驗所用游標卡尺的檢定證書可知：擴展不確定度為0.01 mm，包含因子k=2，則該游標卡尺測量產生的標準不確定度為：

由表1可知試樣的平均寬度為10.01 mm，則測量寬度引入的相對標準不確定度見式(12)：

表3　相對標準不確定度一覽表

3.4　試樣厚度測量產生的相對標準不確定度

根據本試驗所用厚度計的檢定證書可知：擴展不確定度為2 um，包含因子k=2，則該厚度計測量產生的標準不確定度為：

由表1可知試樣的平均厚度為1.31 mm，則測量厚度引入的相對標準不確定度見式(14)：

3.5　萬能材料試驗機力值傳感器示值誤差引起的相對標準不確定度

根據萬能材料試驗機的檢定證書可知：力值擴展不確定度為0.3%，包含因子k=2，則該試驗機試驗力值產生的相對標準不確定度見式(15)：

3.6　萬能材料試驗機夾具距離測量引起的相對標準不確定度

根據萬能材料試驗機的檢定證書可知：位移擴展不確定度為0.3%，包含因子k=2，則該試驗機距離測量引起的相對標準不確定度見式(16)：

3.7　數值修約引起的相對標準不確定度

由表2可知，數值修約間隔為0.1%，采用B類方法評定，取矩形（均勻）分布，取置信因子K=，則數值修約引入的不確定度為：

取試驗數據規定伸長率伸長率總的平均值E=28%，則數值修約引入的相對標準不確定度見式(18)：

3.8　相對標準不確定度一覽表

綜上分析，將各相對標準不確定度匯總成表3。

3.9　數據分析

由表3數據一覽表可以看出，重復性測量引起的總體相對標準不確定度數值最大，橫向、縱向單獨計算得到的相對標準不確定度值則要降低很多。與之相比，試樣工作部分初始橫截面積（寬度和厚度）測量引起的不確定度、萬能材料試驗機測量引起的不確定度、數值修約帶來的不確定度相差至少一個數量級，其對測試結果總體不確定度影響很小，基本可以忽略。對于以上重復性測量結果的相對標準不確定度的總體分析及按取樣方向重復性測量結果的相對標準不確定度分析，其不確定度相差比較大。對于這一結果，從上文的測試結果可以看出，橫向、縱向各自的標準偏差比較小，規定負荷伸長率的數值波動不大，都趨近于各自的平均值，但是橫向的伸長率平均值比縱向的伸長率平均值大了7.8個百分點。而這一原因的產生，是由皮革本身的特性導致的，因為皮革縱向纖維束的數量要多于橫向，且排列較為整齊一致，而橫向纖維束的排列則較雜亂且有伸縮空間，所以在同樣的規定負荷下，縱向纖維束分擔的力較小，變形也小，規定負荷伸長率的值則小，橫向則反之。因此，規定負荷伸長率重復性測量結果的不確定度過大是由皮革本身特性所導致的，所以在日常檢驗中，應嚴格按照標準要求多次重復檢測，對試樣兩個方向的不確定度分別進行監控，達到降低測試結果不確定度的目的。

4　結論

通過對皮革規定負荷伸長率不確定度進行分析，可以得出如下結論：

（1）試樣工作部分初始橫截面積（寬度和厚度）測量引起的不確定度、萬能材料試驗機測量引起的不確定度、數值修約帶來的不確定度數值較小，其對測試結果總體不確定度影響很不大，基本可以忽略。

（2）重復性測量結果的相對標準不確定度的總體不確定度過大，而各方向的相對標準不確定度較小，其原因由皮革本身特征所決定。

（3）在日常檢驗中，應多次重復檢測，對試樣兩個方向的不確定度分別進行監控，達到降低測試結果不確定度的目的。

參考文獻：

[1]JJF 1059.1-2012,測量不確定度評定與表示[S].

[2]QB/T 2706-2005,皮革化學、物理、機械和色牢度試驗取樣部位[S].

[3]QB/T 2707-2005,皮革物理和機械試驗試樣的準備和調節[S].

[4]QB/T 2710-2005,皮革物理和機械試驗抗張強度和伸長率的測定[S].