聚乙烯拉伸強度測量結果不確定度評定

王國生，張懷志，馬麗

（1.中國石油大慶石化公司質量檢驗中心，黑龍江大慶163714；2.中國石油石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江大慶163714）

不確定度是指由于測量誤差的存在，對被測量值不能肯定的程度，同時表明該測量結果的可信程度，表征合理賦予被測量值的分散性，對測量結果相聯(lián)系的參數(shù)［1］，是反映測量結果質量的指標。不確定度越小，測量結果與真實值越接近，其使用價值越高。在報告測量結果時，必須給出相應的不確定度，便于使用人評定其可靠性，也增強了測量結果之間的可比性［2］。

拉伸強度是在拉伸試驗過程中，試樣所承受的最大拉伸應力（以MPa表示），是塑料力學性能表征和質量控制的重要指標［3］。文中對聚乙烯塑料拉伸強度測量結果的不確定度進行分析、探討和計算，考察主要影響因素，客觀評價測量結果。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚乙烯，牌號5000S，大慶石化公司。

1.2 主要儀器與設備

電子拉力機，美國Instron公司，5965-E2型；數(shù)顯游標卡尺，0～200 mm。

1.3 測試與表征

測試項目：力學試驗，測試拉伸強度。拉伸強度為試驗過程中試樣承受的最大拉伸力除以試樣的橫截面積［4］。

測試標準：GB/T 1040.2-2006塑料拉伸性能的測定第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗條件。

制樣方法：采用注塑，注塑標準GB/T 1845.2-2006聚乙烯（PE）模塑和擠出材料 第2部分：試樣制備和性能測定。制取1A啞鈴型試樣10個，恒溫恒濕環(huán)境放置48 h。

測試：在恒溫恒濕環(huán)境中試驗（23℃，50%RH.），拉伸速度50 mm/min，測試10個樣條［5］。拉伸強度試驗數(shù)據(jù)見表2、3。

2 結果與討論

2.1 數(shù)學模型的建立

塑料拉伸強度按如下公式計算［4］。

式中σt—拉伸強度，MPa；F—載荷，N；b—試樣寬度，mm；d—試樣厚度，mm。

2.2 塑料拉伸試驗測量不確定度來源分析

（1）重復試驗操作引入的不確定度的分量；（2）試驗機的精度引入的不確定度的分量；（3）尺寸規(guī)格測量引入的不確定度分量。

2.3 不確定度的評定

2.3.1 計算公式試驗的重復性引入的標準不確定度分量，由貝塞爾公式計算。由重復性引入的相對標準偏差：u1rel=u1/σt=0.073/22.0=0.003 3

S（x）=0.23 MPa，由于通常以樣本的算術平均值作為測量結果，平均值的樣本標準偏差為：

5000S的拉伸強度，測量10次的結果見表1。

表1 5000S的拉伸強度測量結果

2.3.2 拉力機引入的不確定度（1）拉力機校準引入的不確定度：檢定證書給出不確定度為0.2%，按矩形分布考慮（2）拉力機是采用0.1級測力儀檢定的，（假定0.1級，校準評定后采用實際校準數(shù)據(jù)），置信因子k=2，所以由儀器引起的相對不確定度為：uF2=0.1%/2=0.000 5

所以由拉力機引入的不確定度為：

2.3.3 試樣厚度測量引入的不確定度（1）試樣厚度重復測量10次，結果見表2。

表2 5000S的厚度測量結果

按貝塞爾公式計算：S(x)=0.047 mm，則（2）測量厚度用的數(shù)顯游標卡尺，檢定證書上是5等，按矩形分布考慮：

2.3.4 試樣寬度引入的不確定度分量（1）試樣寬度重復測量10次，結果見表3。按貝塞爾公式計算：（2）測量寬度用的數(shù)顯游標卡尺，檢定證書上是5等，按均勻分布考慮：

表3 5000S的寬度度測量結果

3 結論

對拉伸強度測量過程中不確定度分量進行了分析和評定，其不確定度的主要來源為：人員操作（即重復性測量）、試驗機的精度、試樣截面積測量引入的不確定度分量。當拉伸強度為22 MPa時，擴展不確定度為U=0.42 MPa，k=2。