溫度老化對防滑性能不確定度的影響

饒國城，楊藝歡

(1.廣東省惠州市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 惠州 516000;2.國家鞋材及鞋產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(廣東)，廣東 惠州 516321)

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

1.1.1 材料

選擇橡膠材料作為試驗材料，使用400號砂紙打磨測試面。陶瓷磚介面：吸水率≤0.5%的干壓陶瓷磚，厚度為(10±1)mm，依據(jù)GB/T3093.6—2017附錄A規(guī)定的試驗方法測定陶瓷磚的干式摩擦系數(shù)在0.57～0.63之間。

1.1.2 儀器

HY-782PS 電腦系統(tǒng)鞋子止滑試驗機，東莞市恒宇儀器有限公司；GT-7024-E1 空氣循環(huán)烘箱，高鐵檢測儀器有限公司；KMF 240 恒溫恒濕箱，德國賓得；400號砂紙，設(shè)備廠家提供；方形裁刀：長(70±0.1)mm，寬(50±0.1)mm。

1.2 防滑性能測試

1.2.1 試樣制備

從橡膠片材上，使用方形裁刀在片材上裁出70mm×50mm的試樣，試樣測試面均用400號砂紙打磨平整。

1.2.2 測試方法

本試驗采用GB/T 3903.6—2017[2]中的后跟測試模式作為試驗方法，測定橡膠材料在干態(tài)的陶瓷磚界面上的摩擦系數(shù)，防滑測試在(23±2)℃，相對濕度(50±5)%的環(huán)境下進行，試驗速度為(0.30±0.03)m/s；垂直載荷為(400±20)N，由一名持證上崗檢驗員經(jīng)過儀器使用培訓(xùn)合格后測試10次，記錄每次測試結(jié)果，結(jié)果保留2位小數(shù)。

測試完成后，將樣品放入老化試驗箱，在-20℃的高溫下老化72h后，在溫度(23±2)℃、相對濕度(50±5)%條件下放置2h，測試面使用400號砂紙打磨平整后進行防滑性能測試。低溫測試完成后，將樣品放入老化試驗箱，在70℃的高溫下老化72h后，在溫度(23±2)℃、相對濕度(50±5)%條件下放置2h，測試面使用400號砂紙打磨平整后進行防滑性能測試。

2 數(shù)學(xué)模型及不確定度分量來源

動摩擦系數(shù)計算的數(shù)學(xué)模型:

其中：μ為動摩擦系數(shù)，F(xiàn)為垂直樣品方向的壓力，f為試樣在滑動開始后0.3s～0.6s之間的平均摩擦力。動摩擦系數(shù)和表面的粗糙度有關(guān)，而和接觸面積的大小無關(guān)，因此忽略樣品尺寸的影響；而打磨樣品由同一操作人員打磨，忽略試樣表面打磨導(dǎo)致的影響。在測試環(huán)境相對穩(wěn)定的情況下，外底耐磨試驗過程中的不確定度分量來源主要包括四個方面：

(1)測試的重復(fù)性引入的不確定度(A類不確定度)；(2)所用設(shè)備引入的不確定度(包括垂直載荷和水平方向摩擦力的力值傳感器精度)；(3)數(shù)值計算修約引入的不確定度；(4)介面的表面粗糙度。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

3.1 測試重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(μ)

防滑測試結(jié)果見表1。

表1 橡膠防滑試驗結(jié)果

通過表1的數(shù)據(jù)計算在陶瓷磚介面上防滑性能的標(biāo)準(zhǔn)偏差S(μ)，見式(1)。測試重復(fù)性導(dǎo)致測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(2)。

(1)

(2)

則三次測試對應(yīng)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

溫度試驗前：S(μB)=0.020，urel(μB)=0.023

低溫試驗后：S(μL)=0.0067，urel(μL)=0.0075

高溫試驗后：S(μH)=0.0067，urel(μH)=0.0081

3.2 所用設(shè)備引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

試驗過程中所用設(shè)備主要為鞋子止滑試驗機。鞋子止滑試驗機導(dǎo)致不確定度的分量主要包括試樣防滑性能測試的重復(fù)性，垂直載荷、滑動速度、拉向力(摩擦力)和角度的校準(zhǔn)。

3.2.1 鞋子止滑試驗機引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(μ′)

由于止滑測量過程中拉向力(摩擦力)重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度已經(jīng)包含在urel(μ)中，故不重復(fù)分析。

(1)垂直載荷引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(F)和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(F)

試驗選擇的垂直載荷是(400±20)N，根據(jù)校準(zhǔn)證書，止滑試驗機垂直載荷的極限誤差為±20N，按均勻分布處理，k=3，則

(2)滑動速度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(v)和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(v)

試驗選擇的測試速度是(0.30±0.03)m/s，根據(jù)校準(zhǔn)證書，止滑試驗機測試速度的極限誤差為±0.03m/s，按均勻分布處理，

(3)角度塊引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(θ)和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(θ)

試驗選擇的測試角度是(7±0.5)°，根據(jù)校準(zhǔn)證書，止滑試驗機角度塊的極限誤差為±0.5°，按均勻分布處理，k=3，則

因此，由鞋子止滑試驗機各參數(shù)引入的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為式(3)。

(3)

3.3 數(shù)值修約引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(β)

3.4 陶瓷磚介面引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(P)和相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(P)

3.5 相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于測試過程的重復(fù)性、止滑試驗機、數(shù)值修約、測試介面和砂紙粗糙度所引入的各不確定度分量彼此獨立不相關(guān)，所以合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下。

(1)溫度試驗前測試結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(2)低溫試驗后測試結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(3)高溫試驗后測試結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.7 擴展不確定度

在通常情況下，一般取置信水平p=95%，包含因子k=2，則擴展不確定度如下：

(1)溫度試驗前：U=0.072×2=0.15

(2)低溫試驗后：U=0.067×2=0.14

(3)高溫試驗后：U=0.073×2=0.15

4 結(jié)果與討論

本次測試結(jié)果如下：

溫度試驗前為：0.86±0.15

低溫試驗后為：0.82±0.14

高溫試驗后為：0.89±0.15

通過分析可知，溫度老化試驗對防滑性能及其不確定度并無太大影響，影響不確定度的最大因素為止滑試驗機的滑動速度和角度塊的角度精度，測量重復(fù)性、垂直載荷、介面的影響比較小。因此，在日常測試中，提高設(shè)備精度和保持設(shè)備穩(wěn)定性可以提高試驗的準(zhǔn)確性。