橡胶国际硬度(IRHD)测量结果不确定度评定

高 明，陈绪飞

(华勤橡胶工业集团，山东 兖州 272100)

橡胶测试中的 IRHD(国际硬度)是用来描述橡胶特性的最为广泛测量的性能之一。是用于确定硫化程度的一种实用方法。IRHD(国际硬度)硬度和邵尔硬度被广泛地使用。在国际国内标准[1-3]中都有叙述。IRHD试验通常为非破坏性的，所以作为成品检验的首选方法。本文阐述了使用橡胶国际硬度计，测量三种标准橡胶硬度块的IRHD，并对测量结果进行了不确定度的评定。

1 实验部分

1.1 仪器与试样

橡胶国际硬度计：品牌Zwick/Roell，型号digi test 3105；

国际硬度标准橡胶块：编号15/160928SCM-JHLI，A、D、F样块。

1.2 试验

试验方法：ISO 48:2007(E)[1]。

环境温度：(23±2)℃；湿度：≤70RH%。

将橡胶样品块放在已经调整好水平的国际硬度计的测试底座上，按下控制屏上的“START”键，开始测试。30 s后测试自动结束，读取测试数值，在橡胶试样有效工作平面上，均匀分布测定5点的硬度值。测定点之间距离应不小于6 mm。选取5次测量结果的中值作为被测样品国际硬度的测量值。

2 测量不确定度评定

2.1 数学模型

IRHD=IRHDˊ

式中：IRHD为被测试样的国际硬度值，IRHDˊ为国际硬度计测量时，5次测量示值的中间值。

被测量y的不确定度取决于各输入量估计值xi的不确定度，为此应首先评定各输入量估计值的标准不确定度u(xi)，其评定方法可以分为A类评定和B类评定两类。确定最佳估计值的方法一般有两类：通过实验测量得到其最佳估计值，或由其他各种信息来源得到其最佳估计值。对于前者采用A类评定的方法得到输入量的标准不确定度，而对于后者，采用非统计的B类评定方法[4]。

2.2 标准不确定度A类评定

2.2.1 A橡胶样品块标准不确定度评定

对A橡胶样品块重复测量10组数据，每组重复测量5次，结果取每组中5次数值的中值。结果见表1所示。

表1 A橡胶样品块国际硬度测量值

单次测量结果的标准不确定度U(xk)可用贝塞尔公式表示：

2.2.2 D橡胶样品块标准不确定度评定

对D橡胶样品块重复测量10组数据，每组重复测量5次，结果取每组中5次数值的中值。结果见表2所示。

表2 D橡胶样品块国际硬度测量值

单次测量结果的标准不确定度U(xk)可用贝塞尔公式表示：

2.2.3 F橡胶样品块标准不确定度评定

对F橡胶样品块重复测量10组数据，每组重复测量5次，结果取每组中5次数值的中值。结果见表3所示。

表3 F橡胶样品块国际硬度测量值

单次测量结果的标准不确定度U(x k)可用贝塞尔公式表示：

2.3 标准不确定度B类评定

对于B类评定的不确定度，给出其标准不确定度的主要信息来源为各种标准和规程的技术性文件对产品和材料性能的规定，以及生产部门提供的技术文件，有时还来源于测量人员对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验。因此在测量不确定度的B类评定中，往往会在一定程度上带有某种主观的因素。

2.3.1 橡胶国际硬度计示值允差不确定度

橡胶国际硬度计示值允差为±1.2IRHD，以矩形分布估计，标准不确定度为：

2.3.2 橡胶国际硬度计仪器校准的不确定度

由校准证书得出，橡胶国际硬度计不确定度为0.8IRHD。

2.3.3 标准橡胶块的不确定度

标准橡胶块的不确定度为0.5IRHD，k=2，标准不确定度为：

UB3=0.5/2=0.25IRHD

2.3.4 示值误差的不确定度

示值误差为±0.1 IRHD，以矩形分布估计，标准不确定度为：

橡胶国际硬度计的压头球直径和试验力均在允差范围内，本实验忽略不计。

2.3.5 橡胶国际硬度测量B类不确定度

2.4 合成标准不确定度

A橡胶样品块的合成标准不确定度为：

D橡胶样品块的合成标准不确定度为：

F橡胶样品块的合成标准不确定度为：

2.5 扩展不确定度

A橡胶样品块的扩展不确定度：U=uA×2=1.090×2=2.2 k=2；

D橡胶样品块的扩展不确定度：U=uD×2=1.092×2=2.2 k=2；

F橡胶样品块的扩展不确定度：U=uF×2=1.091×2=2.2 k=2。

3 结论

本次试验测得橡胶样品块A、D、F的国际硬度值分别为：

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。

参考文献

[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]国家质量技术监督局.GB/T 6031-1998 硫化橡胶或热塑性橡胶硬度测定(10-100IRHD)[S].北京:中国标准出版社,1998.

[4]倪育才. 实用测量不确定度评定[M].2版.北京:中国计量出版社,2007:61.