机织物裤形试样撕破强力测量不确定度分析
2022-10-23马吉康官杰柳永杰卢站柱王金梅李佳垚
马吉康，官杰，柳永杰，卢站柱，王金梅，李佳垚
(1.山东中康国创检验检测中心有限公司，山东 泰安 271000;2.山东中康国创先进印染技术研究院有限公司，山东 泰安 271000;3.国家先进印染技术创新中心，山东 泰安 271000;4.山东省产品质量检验研究院，山东 济南 250100；5.济南工程职业技术学院，山东 济南 250001)
前言
撕破强力作为机织布最基本的物理机械性能特征指标之一，其数值大小在一定程度上反应了面料品质的高低。在实验室检测过程中，GB/T 2664—2017《男西服、大衣》[1]等西装产品标准、GB/T 26382—2011《精梳毛织品》[2]和GB/T 26378—2011《粗梳毛织品》[3]等毛机织物产品标准以及GB/T 31900—2015《机织儿童服装》[4]均采用裤形试样考核面料撕破强力，其试验结果的可靠性基于合理准确的测量不确定度分析[5]。因此，正确评估不确定度对测试结果显得尤为重要。文章探讨了机织物裤形试样撕破强力测量不确定度的来源及评定方法，并根据JJF 1059.1—2012[6]得出合成不确定度和扩展不确定度。
1 试验部分
1.1 测量原理
依据GB/T 3917.2—2009《纺织品织物撕破性能 第2 部分：裤形试样(单缝)撕破》[7]中的规定。使用等速伸长试验仪夹具夹持裤型试样的两条裤腿，使试样切口线在上下夹具之间成直线。开动仪器将拉力施加于切口方向，记录直至撕裂到规定长度内的撕破强力，并根据仪器自动记录的强力-位移曲线上的峰值计算出撕破强力。
1.2 环境条件
依据GB/T 6529—2008《纺织品 调湿和试验用标准大气》[8]规定的标准大气。温度：（20±2）℃，相对湿度：（65±4）%。
1.3 仪器设备
Instron 34TM-5型织物万能强力机。
1.4 试验方法
根据国家标准GB/T 3917.2—2009，在1.2 所述的环境下对试样调湿至平衡并在该环境下进行试验。分别裁取长边平行于织物经向和纬向的矩形试样各5 块，长度为200mm、宽度为50mm，并在每个试样宽度方向的正中心切开一长为100mm 的平行于长度方向的切口，在条样中间距未切割端25mm 处标出撕裂终点。需要注意的是，试样长边平行于经向的为“纬向”撕裂试样，长边平行于纬向的为“经向”撕裂试样。使用1.3 所述的仪器在拉伸模式下进行试验，设定隔距为100mm，拉伸速度为100 mm/min，将试样的两条裤腿分别夹入上下夹具中，切割线与夹具的中心线对齐，开动仪器使力施加于试样的切口方向，将试样持续撕破至终点标记处。根据仪器自动记录的强力-伸长曲线的峰值得出每个试样的撕破强力，并计算同方向5 块试样的撕破强力算术平均值，修约至两位有效数字。检验流程见图1。
图1 检验流程示意图
2 测量不确定度的评定
根据JJF 1059.1—2012[6]，使用GUM 法对机织物裤形试样撕破强力进行测量不确定度的评估，其一般流程如图2所示。
图2 GUM 法评定测量不确定度的一般流程
2.1 测量不确定度的来源及分析
机织物裤形试样撕破强力测量不确定分量主要有以下几方面：随机效应导致的不确定度分量[9]，主要包括试样的密度、组织结构以及纱线细度、捻度等因素的分散性导致的不确定度和试样尺寸不准、调湿时间不够、拉伸速率不均匀等偏离方法标准要求的因素导致的不确定度；系统效应导致的不确定度[10]，主要是由仪器传感器灵敏度和模量转换的准确性导致的示值偏差产生的不确定度；特定的数值修约规则产生的不确定度[11]。详见图3。
图3 机织物裤形试样撕破强力测量不确定来源
2.2 测量不确定度评定模型
关于机织物裤形试样撕破强力测量不确定度建立的测量模型为：
2.3 随机效应产生的不确定度
根据1.4 描述的试验方法，对同一块机织物试样进行5 组试验，每组试验经、纬向各5 块试样，共50 次。其经、纬向撕裂试样的试验结果如表1、2 所示。
表1 试样的经向撕破强力
表2 试样的纬向撕破强力
2.4 强力机示值偏差产生的不确定度
本次试验采用Instron 34TM-5 织物万能强力机，根据使用说明书，其示值相对误差极限为±0.5%，可认为强力机示值在其±0.5%范围内均是等概率的，按照均匀分布，k=3。则强力机示值偏差产生的相对不确定度为：
则针对本次试验测试结果平均值，经、纬向强力机示值偏差产生的标准不确定度、如式（5）、式（6）所示：
2.5 特定的数值修约规则产生的不确定度
按GB/T 3917.2—2009 标准规定，报告应为撕破强力的平均值，计算结果保留两位有效数字。本次试验经向撕破试样 =17.02（N）≈17（N），纬向撕破试样 =12.68（N）≈13（N），则最大可能值的半宽区间a ＝0.5（N），按矩形分布计算修约导致的不确定度，如式（7）所示：
2.6 合成标准不确定度
表3 合成标准不确定度的不确定度分量（经向）
2.7 扩展不确定度
包含因子是为获得扩展不确定，对合成标准不确定度所乘的大于1 的数[12]。对于纺织品试验室取包含因子k=2[13]，置信概率P=95%。需要注意的是，扩展不确定度的数值不应超过两位有效数字，且应与最终报告的测量结果的末位对齐[14]。则经、纬向扩展不确定度、如式（10）、式（11）所示：
2.8 结果报告
根据以上计算过程及结果，对机织物裤形试样撕破强力试验的经、纬向测定结果、如式（12）、式（13）所示：
3 结论
针对本次试验，置信概率95%下，机织物裤形试样经向撕破强力为（17±1）N，纬向撕破强力为（13±1）N，包含因子k=2。从合成标准不确定度中不确定度分量的贡献中可以看出，数值修约产生的不确定度为主要因素，强力机示值的偏差引起不确定度最小。
