機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力測(cè)量不確定度分析

馬吉康，官杰，柳永杰，盧站柱，王金梅，李佳垚

(1.山東中康國(guó)創(chuàng)檢驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山東 泰安 271000;2.山東中康國(guó)創(chuàng)先進(jìn)印染技術(shù)研究院有限公司，山東 泰安 271000;3.國(guó)家先進(jìn)印染技術(shù)創(chuàng)新中心，山東 泰安 271000;4.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250100；5.濟(jì)南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250001)

前言

撕破強(qiáng)力作為機(jī)織布最基本的物理機(jī)械性能特征指標(biāo)之一，其數(shù)值大小在一定程度上反應(yīng)了面料品質(zhì)的高低。在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過程中，GB/T 2664—2017《男西服、大衣》[1]等西裝產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 26382—2011《精梳毛織品》[2]和GB/T 26378—2011《粗梳毛織品》[3]等毛機(jī)織物產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及GB/T 31900—2015《機(jī)織兒童服裝》[4]均采用褲形試樣考核面料撕破強(qiáng)力，其試驗(yàn)結(jié)果的可靠性基于合理準(zhǔn)確的測(cè)量不確定度分析[5]。因此，正確評(píng)估不確定度對(duì)測(cè)試結(jié)果顯得尤為重要。文章探討了機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力測(cè)量不確定度的來源及評(píng)定方法，并根據(jù)JJF 1059.1—2012[6]得出合成不確定度和擴(kuò)展不確定度。

1 試驗(yàn)部分

1.1 測(cè)量原理

依據(jù)GB/T 3917.2—2009《紡織品織物撕破性能 第2 部分：褲形試樣(單縫)撕破》[7]中的規(guī)定。使用等速伸長(zhǎng)試驗(yàn)儀夾具夾持褲型試樣的兩條褲腿，使試樣切口線在上下夾具之間成直線。開動(dòng)儀器將拉力施加于切口方向，記錄直至撕裂到規(guī)定長(zhǎng)度內(nèi)的撕破強(qiáng)力，并根據(jù)儀器自動(dòng)記錄的強(qiáng)力-位移曲線上的峰值計(jì)算出撕破強(qiáng)力。

1.2 環(huán)境條件

依據(jù)GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》[8]規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣。溫度：（20±2）℃，相對(duì)濕度：（65±4）%。

1.3 儀器設(shè)備

Instron 34TM-5型織物萬能強(qiáng)力機(jī)。

1.4 試驗(yàn)方法

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3917.2—2009，在1.2 所述的環(huán)境下對(duì)試樣調(diào)濕至平衡并在該環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)。分別裁取長(zhǎng)邊平行于織物經(jīng)向和緯向的矩形試樣各5 塊，長(zhǎng)度為200mm、寬度為50mm，并在每個(gè)試樣寬度方向的正中心切開一長(zhǎng)為100mm 的平行于長(zhǎng)度方向的切口，在條樣中間距未切割端25mm 處標(biāo)出撕裂終點(diǎn)。需要注意的是，試樣長(zhǎng)邊平行于經(jīng)向的為“緯向”撕裂試樣，長(zhǎng)邊平行于緯向的為“經(jīng)向”撕裂試樣。使用1.3 所述的儀器在拉伸模式下進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)定隔距為100mm，拉伸速度為100 mm/min，將試樣的兩條褲腿分別夾入上下夾具中，切割線與夾具的中心線對(duì)齊，開動(dòng)儀器使力施加于試樣的切口方向，將試樣持續(xù)撕破至終點(diǎn)標(biāo)記處。根據(jù)儀器自動(dòng)記錄的強(qiáng)力-伸長(zhǎng)曲線的峰值得出每個(gè)試樣的撕破強(qiáng)力，并計(jì)算同方向5 塊試樣的撕破強(qiáng)力算術(shù)平均值，修約至兩位有效數(shù)字。檢驗(yàn)流程見圖1。

圖1 檢驗(yàn)流程示意圖

2 測(cè)量不確定度的評(píng)定

根據(jù)JJF 1059.1—2012[6]，使用GUM 法對(duì)機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)估，其一般流程如圖2所示。

圖2 GUM 法評(píng)定測(cè)量不確定度的一般流程

2.1 測(cè)量不確定度的來源及分析

機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力測(cè)量不確定分量主要有以下幾方面：隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度分量[9]，主要包括試樣的密度、組織結(jié)構(gòu)以及紗線細(xì)度、捻度等因素的分散性導(dǎo)致的不確定度和試樣尺寸不準(zhǔn)、調(diào)濕時(shí)間不夠、拉伸速率不均勻等偏離方法標(biāo)準(zhǔn)要求的因素導(dǎo)致的不確定度；系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度[10]，主要是由儀器傳感器靈敏度和模量轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性導(dǎo)致的示值偏差產(chǎn)生的不確定度；特定的數(shù)值修約規(guī)則產(chǎn)生的不確定度[11]。詳見圖3。

圖3 機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力測(cè)量不確定來源

2.2 測(cè)量不確定度評(píng)定模型

關(guān)于機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力測(cè)量不確定度建立的測(cè)量模型為：

2.3 隨機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生的不確定度

根據(jù)1.4 描述的試驗(yàn)方法，對(duì)同一塊機(jī)織物試樣進(jìn)行5 組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)經(jīng)、緯向各5 塊試樣，共50 次。其經(jīng)、緯向撕裂試樣的試驗(yàn)結(jié)果如表1、2 所示。

表1 試樣的經(jīng)向撕破強(qiáng)力

表2 試樣的緯向撕破強(qiáng)力

2.4 強(qiáng)力機(jī)示值偏差產(chǎn)生的不確定度

本次試驗(yàn)采用Instron 34TM-5 織物萬能強(qiáng)力機(jī)，根據(jù)使用說明書，其示值相對(duì)誤差極限為±0.5%，可認(rèn)為強(qiáng)力機(jī)示值在其±0.5%范圍內(nèi)均是等概率的，按照均勻分布，k=3。則強(qiáng)力機(jī)示值偏差產(chǎn)生的相對(duì)不確定度為：

則針對(duì)本次試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果平均值，經(jīng)、緯向強(qiáng)力機(jī)示值偏差產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度、如式（5）、式（6）所示：

2.5 特定的數(shù)值修約規(guī)則產(chǎn)生的不確定度

按GB/T 3917.2—2009 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，報(bào)告應(yīng)為撕破強(qiáng)力的平均值，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字。本次試驗(yàn)經(jīng)向撕破試樣 =17.02（N）≈17（N），緯向撕破試樣 =12.68（N）≈13（N），則最大可能值的半寬區(qū)間a ＝0.5（N），按矩形分布計(jì)算修約導(dǎo)致的不確定度，如式（7）所示：

2.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的不確定度分量（經(jīng)向）

2.7 擴(kuò)展不確定度

包含因子是為獲得擴(kuò)展不確定，對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度所乘的大于1 的數(shù)[12]。對(duì)于紡織品試驗(yàn)室取包含因子k=2[13]，置信概率P=95%。需要注意的是，擴(kuò)展不確定度的數(shù)值不應(yīng)超過兩位有效數(shù)字，且應(yīng)與最終報(bào)告的測(cè)量結(jié)果的末位對(duì)齊[14]。則經(jīng)、緯向擴(kuò)展不確定度、如式（10）、式（11）所示：

2.8 結(jié)果報(bào)告

根據(jù)以上計(jì)算過程及結(jié)果，對(duì)機(jī)織物褲形試樣撕破強(qiáng)力試驗(yàn)的經(jīng)、緯向測(cè)定結(jié)果、如式（12）、式（13）所示：

3 結(jié)論

針對(duì)本次試驗(yàn)，置信概率95%下，機(jī)織物褲形試樣經(jīng)向撕破強(qiáng)力為（17±1）N，緯向撕破強(qiáng)力為（13±1）N，包含因子k=2。從合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度中不確定度分量的貢獻(xiàn)中可以看出，數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度為主要因素，強(qiáng)力機(jī)示值的偏差引起不確定度最小。