塑料垃圾桶維卡軟化溫度的測度及不確定度分析

石興鳳 彭全 向小冬

重慶市計量質量檢測研究院 重慶 401121

國家發展改革委、住房和城鄉建設部《生活垃圾分類制度實施方案》中強調，到2020年底，基本建立垃圾分類相關法律法規和標準體系，形成可復制、可推廣的生活垃圾分類模模式，在實施生活垃圾強制分類的城市，生活垃圾回收利用率達到35%以上。垃圾分類制度將推動垃圾桶的分類。我國有關垃圾桶的標準有國家標準GB/T28797-2012《室內塑料垃圾桶》、城鎮建設行業標準CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術條件》、北京市地方標準DB11/T931.1-2012《戶用分類垃圾桶（袋）技術規范第1部分：塑料垃圾桶》、DB11/T931.2-2012《戶用分類垃圾桶（袋）技術規范第2部分：鐵質垃圾桶》。本文將針對執行標準CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術條件》的塑料垃圾桶的維卡軟化溫度進行分析。

執行標準CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術條件》的塑料垃圾桶的維卡軟化溫度按照GB/T1633-2000《熱塑性塑料維卡軟化溫度（VST）的測度》中A50法規定進行，塑料垃圾桶維卡軟化溫度（VicatSofteningTemperature）的測定，是將邊長10mm的正方形塑料垃圾桶試樣放于液體傳熱介質甲基硅油中，在10N負荷、50℃/h相等速度升溫條件下，1平方毫米的壓針頭壓入試樣1毫米深度時的溫度[1]。

維卡軟化溫度可以評價材料的耐熱性能，同時反映制品在受熱條件下的物理力學性能。材料的維卡軟化溫度雖不能直接用于評價材料的實際使用溫度，但可以用來指導材料的質量控制。維卡軟化溫度越高，表明材料受熱時的尺寸穩定性越好，熱變形越小，即耐熱變形能力越好，剛性越大，模量越高。CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術條件》中明確本標準適用于容積120L和240L的兩輪移動式塑料垃圾桶、其他類塑料垃圾桶參照執行。120L和240L的塑料垃圾桶大多用于室外，夏天，室外的溫度高達40℃，地表溫度更高，我國地表溫度最高記錄是83.3℃。如果塑料垃圾桶的維卡軟化溫度偏低，夏天的溫度將會導致塑料垃圾桶變軟，塑料垃圾桶在高溫下持續承重后將會變形，影響使用。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

用沖片機沖裁制樣、游標卡尺測量尺寸、熱變形維卡軟化點溫度測定儀進行測試，示意圖見圖1。

1.2 檢驗依據

GB/T1633-2000《熱塑性塑料維卡軟化溫度（VST）的測度》。

1.3 測試原理

把試樣放在液體介質甲基硅油中，在一定等速升溫條件下，標準壓針（橫截面積1mm2的圓柱體硬質鋼）在一定負荷的作用下，本文采用（10±0.2）N力，壓入塑料垃圾桶上切取試樣（邊長10mm的正方形）內1mm時的溫度，壓入1mm時的溫度即為試樣的維卡軟化溫度（VST），單位：℃。

1.4 測量過程

（1）從同一個塑料垃圾桶上，在同一個位置用沖片機沖裁20個測試樣條，樣條尺寸：厚度3-6.5mm，厚度為垃圾桶本身厚度，邊長10mm的正方形。試樣按照GB/T2918-2018《塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境》中規定在溫度（23±1）℃，濕度（50±5）%RH條件下狀態調節24h。

（2）把試樣中心置于壓針頭下,放入加熱裝置中5min，5min后，壓針頭位置穩定加砝碼并調零，千分表、負荷板、用于支撐負荷板的桿和壓針頭組件、砝碼的總重量為10N。

（3）啟動攪拌器，試驗初始溫度（20-23）℃,加熱速率50℃/h，測溫儀器的傳感部件與試樣在同一水平面，靠近試樣[2]。

（4）千分表清零，啟動試驗，記錄壓針下降1mm時的溫度。

1.5 實驗條件：升溫速率：50℃/h，負載：10N

1.6 數學模型見式（1）

T-維卡軟化溫度，℃；

Tm-測試溫度，℃。

1.7 塑料垃圾桶維卡軟化溫度測量不確定度來源

在檢測過程中，不確定度的來源可能很多，主要是試驗人員、檢測設備、檢測對象、檢測方法等的不完善引起的。經過分析，針對維卡軟化溫度試驗不確定度的來源有主要有以下9個方面：

（1）千分表讀數顯示的誤差；

（2）測溫儀器溫度顯示的誤差；

（3）砝碼的誤差；

（4）液體介質甲基硅油中溫度均勻度引起的誤差；

（5）升溫速率的誤差；

（6）壓針頭尺寸的誤差；

（7）塑料垃圾桶材質不均勻性引起的誤差；

（8）塑料垃圾桶試樣的尺寸引起的誤差；

（9）檢測人員的操作引起的誤差等。

由于（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）這7項因素與最終維卡軟化溫度檢測結果相互獨立，不能用函數建立關系。因此將這些因素統一作為隨機因素導致的測量不確定度，全部看做重復性測量引入的不確定度來進行計算。

根據JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》，經分析，維卡軟化溫度測定試驗不確定度的來源主要有：

測量重復性引起的不確定度u1，是在規定測量條件下測得的量值用統計分析的方法進行的測量不確定度分量的評定，屬于A類不確定度。

測溫儀器溫度顯示的誤差引起的不確定度u2，屬于B類不確定度。

2 不確定度的評定

表1 測量重復性引入的不確定度

在相同的實驗條件下，同一人員、同一時間、同一環境、同一試樣、同一設備、同一方法對樣品獨立測量20次，維卡軟化溫度測定結果列于表1中。測量重復性引入的不確定度按式（2）計算，計算結果列于表1。

2.2 溫度表測量引起的不確定度u2

溫度顯示引起的不確定度u2為B類不確定度。

區間半寬度為維卡軟化溫度測試儀校準證書給出的擴展不確定度為0.3℃，正態分布情況下概率0.9545下的置信因子為2,故u2=0.3/2=0.15℃[3]。

3 合成不確定度uc及擴展不確定度U

上述各項不確定度分量相互獨立，則合成不確定度：

取包含因子k=2，則擴展不確定度U=2uc=2×0.2=0.4℃

4 不確定度結果報告

該塑料垃圾桶維卡軟化溫度檢測結果表示為(117.9±0.4)℃，擴展不確定度U=0.4℃，它是由合成不確定度uc=0.2℃乘以擴展因子k=2而得到。