橡膠國(guó)際硬度(IRHD)測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

高 明，陳緒飛

(華勤橡膠工業(yè)集團(tuán)，山東 兗州 272100)

橡膠測(cè)試中的 IRHD(國(guó)際硬度)是用來描述橡膠特性的最為廣泛測(cè)量的性能之一。是用于確定硫化程度的一種實(shí)用方法。IRHD(國(guó)際硬度)硬度和邵爾硬度被廣泛地使用。在國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)[1-3]中都有敘述。IRHD試驗(yàn)通常為非破壞性的，所以作為成品檢驗(yàn)的首選方法。本文闡述了使用橡膠國(guó)際硬度計(jì)，測(cè)量三種標(biāo)準(zhǔn)橡膠硬度塊的IRHD，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度的評(píng)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試樣

橡膠國(guó)際硬度計(jì)：品牌Zwick/Roell，型號(hào)digi test 3105；

國(guó)際硬度標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊：編號(hào)15/160928SCM-JHLI，A、D、F樣塊。

1.2 試驗(yàn)

試驗(yàn)方法：ISO 48:2007(E)[1]。

環(huán)境溫度：(23±2)℃；濕度：≤70RH%。

將橡膠樣品塊放在已經(jīng)調(diào)整好水平的國(guó)際硬度計(jì)的測(cè)試底座上，按下控制屏上的“START”鍵，開始測(cè)試。30 s后測(cè)試自動(dòng)結(jié)束，讀取測(cè)試數(shù)值，在橡膠試樣有效工作平面上，均勻分布測(cè)定5點(diǎn)的硬度值。測(cè)定點(diǎn)之間距離應(yīng)不小于6 mm。選取5次測(cè)量結(jié)果的中值作為被測(cè)樣品國(guó)際硬度的測(cè)量值。

2 測(cè)量不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型

IRHD=IRHDˊ

式中：IRHD為被測(cè)試樣的國(guó)際硬度值，IRHDˊ為國(guó)際硬度計(jì)測(cè)量時(shí)，5次測(cè)量示值的中間值。

被測(cè)量y的不確定度取決于各輸入量估計(jì)值xi的不確定度，為此應(yīng)首先評(píng)定各輸入量估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(xi)，其評(píng)定方法可以分為A類評(píng)定和B類評(píng)定兩類。確定最佳估計(jì)值的方法一般有兩類：通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到其最佳估計(jì)值，或由其他各種信息來源得到其最佳估計(jì)值。對(duì)于前者采用A類評(píng)定的方法得到輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，而對(duì)于后者，采用非統(tǒng)計(jì)的B類評(píng)定方法[4]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度A類評(píng)定

2.2.1 A橡膠樣品塊標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

對(duì)A橡膠樣品塊重復(fù)測(cè)量10組數(shù)據(jù)，每組重復(fù)測(cè)量5次，結(jié)果取每組中5次數(shù)值的中值。結(jié)果見表1所示。

表1 A橡膠樣品塊國(guó)際硬度測(cè)量值

單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(xk)可用貝塞爾公式表示：

2.2.2 D橡膠樣品塊標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

對(duì)D橡膠樣品塊重復(fù)測(cè)量10組數(shù)據(jù)，每組重復(fù)測(cè)量5次，結(jié)果取每組中5次數(shù)值的中值。結(jié)果見表2所示。

表2 D橡膠樣品塊國(guó)際硬度測(cè)量值

單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(xk)可用貝塞爾公式表示：

2.2.3 F橡膠樣品塊標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

對(duì)F橡膠樣品塊重復(fù)測(cè)量10組數(shù)據(jù)，每組重復(fù)測(cè)量5次，結(jié)果取每組中5次數(shù)值的中值。結(jié)果見表3所示。

表3 F橡膠樣品塊國(guó)際硬度測(cè)量值

單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度U(x k)可用貝塞爾公式表示：

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度B類評(píng)定

對(duì)于B類評(píng)定的不確定度，給出其標(biāo)準(zhǔn)不確定度的主要信息來源為各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的技術(shù)性文件對(duì)產(chǎn)品和材料性能的規(guī)定，以及生產(chǎn)部門提供的技術(shù)文件，有時(shí)還來源于測(cè)量人員對(duì)有關(guān)技術(shù)資料和測(cè)量?jī)x器特性的了解和經(jīng)驗(yàn)。因此在測(cè)量不確定度的B類評(píng)定中，往往會(huì)在一定程度上帶有某種主觀的因素。

2.3.1 橡膠國(guó)際硬度計(jì)示值允差不確定度

橡膠國(guó)際硬度計(jì)示值允差為±1.2IRHD，以矩形分布估計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3.2 橡膠國(guó)際硬度計(jì)儀器校準(zhǔn)的不確定度

由校準(zhǔn)證書得出，橡膠國(guó)際硬度計(jì)不確定度為0.8IRHD。

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊的不確定度為0.5IRHD，k=2，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

UB3=0.5/2=0.25IRHD

2.3.4 示值誤差的不確定度

示值誤差為±0.1 IRHD，以矩形分布估計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

橡膠國(guó)際硬度計(jì)的壓頭球直徑和試驗(yàn)力均在允差范圍內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)忽略不計(jì)。

2.3.5 橡膠國(guó)際硬度測(cè)量B類不確定度

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

A橡膠樣品塊的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

D橡膠樣品塊的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

F橡膠樣品塊的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.5 擴(kuò)展不確定度

A橡膠樣品塊的擴(kuò)展不確定度：U=uA×2=1.090×2=2.2 k=2；

D橡膠樣品塊的擴(kuò)展不確定度：U=uD×2=1.092×2=2.2 k=2；

F橡膠樣品塊的擴(kuò)展不確定度：U=uF×2=1.091×2=2.2 k=2。

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)測(cè)得橡膠樣品塊A、D、F的國(guó)際硬度值分別為：

IRHD(A)=39.7±2.2 IRHD，包含因子k=2；

IRHD(D)=69.7±2.2IRHD，包含因子k=2；

IRHD(F)=90.5±2.2IRHD，包含因子k=2。

參考文獻(xiàn)

[1]ISO 48:2007(E) Rubber,vulcanized or thermoplastic-Determination of hardness (hardness between 10 IRHD and 100 IRHD)[S]. Switzerland: ISO,2007.

[2]ASTM.D1415-2016 Standard Test Method for Rubber Property-International Hardness[S].New York:ASTM,2016.

[3]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 6031-1998 硫化橡膠或熱塑性橡膠硬度測(cè)定(10-100IRHD)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1998.

[4]倪育才. 實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定[M].2版.北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2007:61.