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(zhì)量檢測研究院 重慶 401121

國家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設部《生活垃圾分類制度實施方案》中強調(diào)，到2020年底，基本建立垃圾分類相關(guān)法律法規(guī)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(guān)垃圾桶的標準有國家標準GB/T28797-2012《室內(nèi)塑料垃圾桶》、城鎮(zhèn)建設行業(yè)標準CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術(shù)條件》、北京市地方標準DB11/T931.1-2012《戶用分類垃圾桶（袋）技術(shù)規(guī)范第1部分：塑料垃圾桶》、DB11/T931.2-2012《戶用分類垃圾桶（袋）技術(shù)規(guī)范第2部分：鐵質(zhì)垃圾桶》。本文將針對執(zhí)行標準CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術(shù)條件》的塑料垃圾桶的維卡軟化溫度進行分析。

執(zhí)行標準CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技術(shù)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(guī)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(zhì)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(zhì)量控制。維卡軟化溫度越高，表明材料受熱時的尺寸穩(wěn)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(shù)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(zhí)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(xù)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(jù)

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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標準環(huán)境》中規(guī)定在溫度（23±1）℃，濕度（50±5）%RH條件下狀態(tài)調(diào)節(jié)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(wěn)定加砝碼并調(diào)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(shù)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(jīng)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(shù)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(zhì)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(zhì)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(jié)果相互獨立，不能用函數(shù)建立關(guān)系。因此將這些因素統(tǒng)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(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》，經(jīng)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(guī)定測量條件下測得的量值用統(tǒng)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(huán)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(jié)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(jié)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(qū)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(tài)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(jié)果報告

該塑料垃圾桶維卡軟化溫度檢測結(jié)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。