包装用聚乙烯吹塑薄膜拉伸强度的不确定度评定
2021-03-03张磊
张 磊
（烟台市产品质量监督检验所，山东烟台264003）
聚乙烯吹塑薄膜是一种常用的食品包装材料，以低密度聚乙烯树脂（LDPE）、线性低密度聚乙烯树脂（LLDPE）或其共混物为主要原料，经吹塑、分切加工得到的薄膜。目前国家标准 GB/T 4456-2008《包装用聚乙烯吹塑薄膜》[1]的拉伸强度是塑料薄膜的力学性能表征，是质量控制的一项重要指标，作为质量比较和产品验收依据，还可以作为使用性能指标和工程设计依据[2]。
不确定度的评定在检测工作中具有很重要的意义，《测量不确定度表示指南》给出了测定不确定度的定义：与测量结果相关联的一个参数，用以表征合理地赋予被测量之值的分散性。该定义可以概括理解为：测量不确定度是由于随机效应和已识别的系统效应不完善的影响，而对被测量的测得值不能确定（或可疑）的程度[3]。不确定度越小，测量水平越高，测量结果使用价值越大。
本研究以包装用聚乙烯吹塑薄膜拉伸强度的不确定度评定为例，分析了包装用聚乙烯吹塑薄膜拉伸强度测量不确定度的来源, 并进行系统的分析、计算，研究包装用聚乙烯吹塑薄膜中拉伸强度测试结果的分散程度。
1 试验部分
1.1 仪器设备
XLW(EC)-A 智能电子拉力试验机：1 级精度；钢直尺：分辨力为0.5mm；测厚仪：分辨力为0.001mm。
1.2 样品的制备
依据 GB/T 1040.3-2006《塑料 拉伸性能的测定 第3 部分：薄膜和薄片的试验条件》[4]规定制备2 型试样，宽度为10mm。
1.3 测量条件
(1)测量环境条件:23℃，RH50%。
(2)忽略应变率对测量结果的影响。
1.4 数学模型
根据GB/T 1040.1-2018《塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》规定[5]，在拉伸过程中，试样承受的最大拉伸应力即塑料薄膜的拉伸强度。拉伸强度表示为：
式（1）中:σ—拉伸强度（应力），单位为MPa；A—试样原始截面积，单位为mm2；b—试样宽度，单位为mm；d—试样厚度，单位为mm；F—所测的对应负荷，单位为N。
1.5 试验过程
在相同条件下，按标准规定对包装用聚乙烯吹塑薄膜样品拉伸强度（纵向）进行N=5 次测量，包装用聚乙烯吹塑薄膜拉伸强度试验过程测量值和计算值见表1，对测量数据进行统计分析。
表1 塑料薄膜拉伸强度试验过程测量值和计算值Table 1 Measured values and calculated values of tensile strength test process of plastic film
2 包装用聚乙烯吹塑薄拉伸强度不确定度分量来源的分析
分析包装用聚乙烯吹塑薄拉伸强度不确定度分量来源有4 个：（1）试样拉伸强度σ测量重复性引入的A类相对标准不确定度urel(σ)；（2）试样对应负荷F测量引入的B 类相对标准不确定度urel(F)；（3）试样宽度b测量引入的B 类相对标准不确定度urel(b)；（4）试样厚度d测量引入的B 类相对标准不确定度urel(d)。
3 包装用聚乙烯吹塑薄拉伸强度不确定度的计算
3.1 试样拉伸强度σ 测量重复性引入的相对标准不确定度urel(σ )
拉伸强度σ值测量重复性引入的标准不确定度：
拉伸强度σ值测量重复性引入的相对标准不确定度分量：
3.2 试样对应负荷F 测量引入的相对标准不确定度urel (F)
试验中试样对应负荷F使用拉力试验机进行测量，拉力试验机的精度为1 级，按均匀分布计算，故拉力试验机测量试样对应负荷F引入的相对标准不确定度分量：
3.3 试样宽度b 测量引入的相对标准不确定度urel(b)
试验中试样宽度b使用钢直尺进行测量，钢直尺的示值误差是 0.5mm，按均匀分布计算，故钢直尺的示值误差测量试样宽度b引入的标准不确定度分量：
钢直尺的示值误差测量试样宽度b引入的相对标准不确定度分量：
3.4 试样厚度d 测量引入的相对标准不确定度urel(d)
试验中试样厚度d使用测厚仪进行测量，测厚仪的示值误差是 0.001mm，按均匀分布计算，故测厚仪的示值误差测量试样厚度d引入的标准不确定度分量：
测厚仪的示值误差测量试样厚度d引入的相对标准不确定度分量：
3.5 合成标准不确定度Uc
以上各个分量不相关，则合成相对标准不确定度：
合成标准不确定度：
3.6 扩展不确定度U
U=kUc，取包含因子k=2，故U=2×0.84 =1.68MPa
3.7 测量不确定度报告
拉伸强度=（30.1±1.7）MPa，其中扩展不确定度U=1.7MPa。
4 结语
对包装用聚乙烯吹塑薄拉伸强度测量过程中的不确定度分量进行了评定，其中试样宽度的测量对测量结果的不确定度贡献较大。检验检测工作中，可以选用比钢直尺精度高的测量器具来测量试样的宽度，以降低不确定分量。
