聚乙烯拉伸强度测量结果不确定度评定

王国生，张怀志，马丽

（1.中国石油大庆石化公司质量检验中心，黑龙江大庆163714；2.中国石油石油化工研究院大庆化工研究中心，黑龙江大庆163714）

不确定度是指由于测量误差的存在，对被测量值不能肯定的程度，同时表明该测量结果的可信程度，表征合理赋予被测量值的分散性，对测量结果相联系的参数［1］，是反映测量结果质量的指标。不确定度越小，测量结果与真实值越接近，其使用价值越高。在报告测量结果时，必须给出相应的不确定度，便于使用人评定其可靠性，也增强了测量结果之间的可比性［2］。

拉伸强度是在拉伸试验过程中，试样所承受的最大拉伸应力（以MPa表示），是塑料力学性能表征和质量控制的重要指标［3］。文中对聚乙烯塑料拉伸强度测量结果的不确定度进行分析、探讨和计算，考察主要影响因素，客观评价测量结果。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚乙烯，牌号5000S，大庆石化公司。

1.2 主要仪器与设备

电子拉力机，美国Instron公司，5965-E2型；数显游标卡尺，0～200 mm。

1.3 测试与表征

测试项目：力学试验，测试拉伸强度。拉伸强度为试验过程中试样承受的最大拉伸力除以试样的横截面积［4］。

测试标准：GB/T 1040.2-2006塑料拉伸性能的测定第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件。

制样方法：采用注塑，注塑标准GB/T 1845.2-2006聚乙烯（PE）模塑和挤出材料 第2部分：试样制备和性能测定。制取1A哑铃型试样10个，恒温恒湿环境放置48 h。

测试：在恒温恒湿环境中试验（23℃，50%RH.），拉伸速度50 mm/min，测试10个样条［5］。拉伸强度试验数据见表2、3。

2 结果与讨论

2.1 数学模型的建立

塑料拉伸强度按如下公式计算［4］。

式中σt—拉伸强度，MPa；F—载荷，N；b—试样宽度，mm；d—试样厚度，mm。

2.2 塑料拉伸试验测量不确定度来源分析

（1）重复试验操作引入的不确定度的分量；（2）试验机的精度引入的不确定度的分量；（3）尺寸规格测量引入的不确定度分量。

2.3 不确定度的评定

2.3.1 计算公式试验的重复性引入的标准不确定度分量，由贝塞尔公式计算。由重复性引入的相对标准偏差：u1rel=u1/σt=0.073/22.0=0.003 3

S（x）=0.23 MPa，由于通常以样本的算术平均值作为测量结果，平均值的样本标准偏差为：

5000S的拉伸强度，测量10次的结果见表1。

表1 5000S的拉伸强度测量结果

2.3.2 拉力机引入的不确定度（1）拉力机校准引入的不确定度：检定证书给出不确定度为0.2%，按矩形分布考虑（2）拉力机是采用0.1级测力仪检定的，（假定0.1级，校准评定后采用实际校准数据），置信因子k=2，所以由仪器引起的相对不确定度为：uF2=0.1%/2=0.000 5

所以由拉力机引入的不确定度为：

2.3.3 试样厚度测量引入的不确定度（1）试样厚度重复测量10次，结果见表2。

表2 5000S的厚度测量结果

按贝塞尔公式计算：S(x)=0.047 mm，则（2）测量厚度用的数显游标卡尺，检定证书上是5等，按矩形分布考虑：

2.3.4 试样宽度引入的不确定度分量（1）试样宽度重复测量10次，结果见表3。按贝塞尔公式计算：（2）测量宽度用的数显游标卡尺，检定证书上是5等，按均匀分布考虑：

表3 5000S的宽度度测量结果

3 结论

对拉伸强度测量过程中不确定度分量进行了分析和评定，其不确定度的主要来源为：人员操作（即重复性测量）、试验机的精度、试样截面积测量引入的不确定度分量。当拉伸强度为22 MPa时，扩展不确定度为U=0.42 MPa，k=2。