非金屬墊片材料拉伸強度試驗方法檢測結果不確定度評定

黃泰祐

(廣州合成材料研究院有限公司，廣東 廣州 510665)

不確定度是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。反過來，也表明該結果的可信賴程度。它是測量結果質量的指標。不確定度越小，質量越高，水平越高，其使用價值越高；不確定度越大，測量結果的質量越低，水平越低，其使用價值也越低。在報告物理量測量的結果時，必須給出相應的不確定度，一方面便于使用它的人評定其可靠性，另一方面也增強了測量結果之間的可比性。

拉伸強度試驗屬于破壞性試驗，具有不可重復性，受各種條件影響，實驗結果始終存在分散性。為了能夠客觀反映實驗結果的可靠性，有必要對數據進行不確定度的評估。

1 試驗

1.1 試驗方法及評定依據

按照 GB/T 20671.7-2006《非金屬墊片材料分類體系及試驗方法 第7部分:非金屬墊片材料拉伸強度試驗方法》[1]進行試驗。按照JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[2]評定測量不確定度。

1.2 試驗條件

在溫度（23±2）℃、濕度50%～55%的環境下進行調節和試驗。

1.3 測量設備

20kN ProLine萬能材料試驗機，島津國際貿易（上海）有限公司；CH-20-AT橡膠塑料特規測厚儀，上海六菱儀器廠；VMS3020光學影像測量儀，西安智泰光電科技有限公司東莞中心。

1.4 被測對象

軟木橡膠襯墊。

1.5 測量過程

根據GB/T 20671.7-2006，在溫度(23±2)℃、濕度50%～55%的條件下采用測厚儀測量試樣的厚度h，用影像測量儀測量試樣的寬度w；選擇20kN ProLine萬能材料試驗機，試驗速率為（305 ± 25）mm/min，對試樣進行拉伸試驗，記錄拉伸過程中的最大拉力Fm，通過計算得到拉伸強度。

2 數學模型

根據GB/T 20671.7-2006，拉伸強度的數學模型為：

式（1）中：Fm為拉伸過程中的最大力，N；w為試樣寬度，mm；h為試樣厚度，mm。

3 不確定度來源分析

不確定度來源由5個部分組成：（1）測試重復性引起的不確定度分量；（2）試驗力值測量所引起的不確定度分量urel(Fm)：試驗機示值誤差引入的不確定度u1(Fm)和校準測力儀校準試驗機引入的不確定度u2（Fm）；（3）試樣寬度測量所引起的不確定度分量urel(w)；（4）試樣厚度測量所引起的不確定度分量urel(h)；（5）拉伸強度數值修約帶來的不確定度分量u(δrou)。

4 標準不確定度分量的評定

4.1 測試重復性引起的不確定度分量uA( )

在重復條件下對同一試樣進行10次拉伸測試，測試結果見表1。

表1 測試數據Table 1 Test data

δ的平均值：

單個測試值的標準偏差s(δ)為：

實際測試時通常測試5條試樣，因此的A類標準不確定度為：

4.2 試驗力值測量所引起的不確定度分量urel (Fm)

4.2.1 試驗機示值誤差引入的不確定度u1(Fm)

查20kN ProLine萬能材料試驗機校準報告，其1000N傳感器最小相對示值誤差為+0.04%，最大相對示值誤差為+0.15%，則區間半寬度為a=(0.15%-0.04%)/2=0.055%，示值誤差符合均勻分布，故：

4.2.2 校準測力儀校準試驗機引入的不確定度u2(Fm)

查20kN ProLine萬能材料試驗機校準報告，校準1000N力值傳感器的測力傳感器等級為0.1級，則由其引入的相對標準不確定度為：

4.2.3 力值測量誤差引入的相對標準不確定度計算

4.3 試樣寬度測量所引起的不確定度分量urel (w)

查閱影像測量儀設備說明書，在測量平面內的尺寸最大測量誤差 ≤ 3+L/200μm，則區間半寬aw=3+50.65/200=3.25μm，寬度測量誤差符合均勻分布，故：

4.4 試樣厚度測量所引起的不確定度分量urel (h)

依據JJF 1488-2014 橡膠、塑料薄膜測厚儀校準規范，在1～10 mm范圍內，分度為0.01mm的指針式測厚儀的示值最大允許誤差為±0.020mm，則厚度計示值誤差引入的標準不確定度為：

4.5 拉伸強度數值修約帶來的不確定度分量u(δrou)

本標準未規定拉伸強度的有效數字，取值時結果修約值0.01MPa，則修約區間半寬=0.01/2=0.005MPa，數值修約引入的不確定度分量為：

5 合成標準不確定度

試樣寬度、試樣厚度及拉伸最大力之間不相關，按照JJF 1059.1-2012中4.4.2.3公式（29），可合成測量誤差引入的不確定度分量：

重復性、測量誤差及數值修約引入的測量不確定度彼此獨立，故：

包含因子k取2，因此：

6 結語

（1）非金屬墊片材料拉伸強度的結果為（3.28±0.09）MPa，包含因子k=2。

（2）由不確定度分析計算可看出，影響合成標準不確定度的主要因素來源于樣品厚度的測量。因此在實驗室測量分析中應提高測厚儀的精度，使用量程小、精度高的測厚儀進行試驗。