玻璃纤维增强塑料电缆导管环向拉伸强度的测量及不确定度评定

王伟 曾建梅 王建

摘 要：以编织缠绕拉挤（BWFRP）玻璃纤维增强塑料电缆导管为研究对象，建立了环向拉伸强度测量不确定度的数学模型，根据DL/T 802.2-2017测定样品环向拉伸强度，探讨了破坏载荷、数值修约、试样宽度和试样厚度等参数对测定结果的影响。结果表明：影响环向拉伸强度测量结果的最主要因素是破坏载荷测量重复性，适当增加试验次数可减少因测量重复性引起的不确定度，是提高测量准确性的关键；当玻璃纤维增强电缆导管拉伸强度为273.3MPa时，其扩展不确定度为10.7MPa（包含因子k=2）。

关键词：玻璃纤维增强塑料电缆导管，环向拉伸强度，不确定度，测量重复性

DOI编码：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.01.020

1 引 言

在城市建设工程中，电力电缆管线铺设是极其重要的一部分，牵涉到城市的安全正常运行，是城市电力安全运行的重要保障。由于城市电力工程中的管线铺设环境复杂、管线众多等情况，对电力电缆保护套管的品质和性能有很高的要求。玻璃纤维增强塑料电缆导管凭借新型材料和高性能優势，成为了城市电力电缆管线铺设工程中不可忽视的配套产品，在城市电力市场中具有广阔发展前景。

编织缠绕拉挤（BWFRP）玻璃纤维增强电缆导管以高性能树脂为基体、无碱玻璃纤维无捻粗纱为增强材料，通过横向和纵向相互交错编织拉挤成型的纤维拉挤电缆保护管，一般为浅绿色，色泽均匀、无杂质，管道端口整齐、光滑，无任何可见缺陷。BWFRP纤维拉挤电缆保护管具有“环刚度高、拉伸强度高、耐高低温、电绝缘性高、导热性优越、耐腐蚀、耐水、阻燃、安全环保、管材轻便”这十大优势，可以克服金属管材不耐腐蚀、寿命短等劣势；改善传统缠绕玻璃钢管管道夹砂严重、纵向强度不够易断裂等不足；消除PVC管材、PP管材强度低、不能承载高温等隐患。

BWFR P纤维拉挤电缆保护管的环向拉伸强度是其重要的力学性能项目，是保证玻璃纤维增强电缆导管产品质量最为重要性能指标之一[1]。在实际测试中，由于测量误差的存在，导致测量结果的不确定性[2]。本文通过DL/T 802.2-2017[3]标准对玻璃纤维增强电缆导管环向拉伸强度的进行测量，分析影响测量结果的因素，并对其不确定度进行评价，提高玻璃纤维增强电缆导管环向拉伸强度的测量结果的可靠度和准确性[4-7]。

2 试验部分

2.1 测量原理

通过电子万能试验机以规定速率进行拉伸套住环形试样的分离盘，根据玻璃纤维增强电缆导管破坏载荷计算其环向拉伸强度。

2.2 仪器与材料

ETM504C微机控制电子万能试验机：测量范围为0～50kN，准确度等级0. 5级，深圳万测试验设备有限公司生产；

环形试样拉伸试验分离盘：承德市金建检测仪器有限公司制造；

数显卡尺：测量范围为0～20 0mm，最小分度值0.01mm，桂林广陆数字测控股份有限公司制造；编织缠绕拉挤（BWFRP）玻璃纤维增强电缆导管：规格型号为d100mm×e3.0mm，某企业委托检验用试样。

2.3 数学模型

根据D L / T 8 0 2 . 2 - 2 0 1 7，本文选用规格为d10 0 m m×e 3 . 0 m m BW F R P玻璃纤维增强电缆导管。按照DL / T 802 .-2017附录A标准规定，采用专用切割机制备10件环形试样，在（23±2）℃和湿度（50%±5%）RH的状态下调节24h后并在此环境条件下进行试验，以（10±2）mm/min的速率对试样进行拉伸，根据试样破坏时载荷计算环向拉伸强度，公式如（1）所示。

式中：σ—试样环向拉伸强度，MPa；P—破坏载荷，N；b—试样宽度，mm；h—试样厚度，mm。

3 测量不确定度来源分析

在测量BWFRP玻璃纤维增强电缆导管环向拉伸强度试验中，主要是由电子万能试验机测量的破坏载荷、试样宽度和厚度决定。不确定度来源分析如图1所示。

（1）破坏载荷P测量的不确定度的主要来源：

1）破坏载荷P测量重复性引入的不确定度；

2）电子万能试验机力值准确度精度等级引起的不确定度；

3）计算机数据采集记录所带来的不确定度；

4）电子万能试验机量值溯源的影响。

（2）试样宽度b和试样厚度h测定的不确定度的主要来源：

1）试样宽度b和厚度h测量重复性引入的不确定度；

2）数显游标卡尺的分辨率；

3）数显游标卡尺的最大允许误差；

4）数显游标卡尺的精度等级。

（3）数值修约引起的不确定度。

4 不确定度分量评定

4.1 破坏载荷P测量不确定度的来源

破坏载荷P有4个不确定度来源：破坏载荷P测量的重复性，采用A类评定方法，电子万能试验机因校准引入的不确定度、准确度等级引入的不确定度及计算机数据采集系统引起的不确定度和试验机，均采用B类评定方法[7]。

4.1.1 破坏载荷P因测量重复性引入的测量不确定度评定

用切割机从导管上切取1 0 个环形试样，在（23±2）℃和湿度（50%±5%）RH的状态下调节24h后并在此环境条件下进行试验，以（10±2）mm/min的试验加载速度进行拉伸试验，直到试样破坏，记录破坏载荷，记为Pi（i=1，2，…，10）。测量重复性试验结果见表1。

5 结 论

在玻璃纤维增强电缆导管环向拉伸强度测量中，破坏载荷对测量结果的影响最大。在破坏载荷的测量中，测量重复性影响环向拉伸前强度不确定度的主要因素，由于试验机的性能是设备固有的，因此在实际检测试过程中，通过适当增加测量次数可以减少因测量重复性引起的不确定度，是提高测量准确性的关键。

参考文献

周仕刚，付强．RPM管环向拉伸强度的测试[J]．玻璃钢/复合材料，2004，6：3-6+34．

国家质量监督检验检疫总局．JJF 1059．1-2012测量不确定度评定与表示[S]．北京：中国质检出版社，2012.

中国电力企业联合会．DL/T 802.2-2017电力电缆用导管 第2部分：玻璃纤维增强塑料电缆导管[S]．北京：中国电力出版社，2017．

马博．改性聚丙烯弯曲强度不确定度的评定[J]．现代测量与实验室管理，2015，23（02）：26-28．

吴鹏，匡莉．玻纤增强PA6简支梁缺口冲击强度不确定度的评定[J]．广州化学，2018，43（01）：35-40．

史伟，李志霞，杨莉，等．测量不确定度与不确定性原理的概念辨析[J]．物理测试，2019，34（03）：58-60．

李学伟，周永红，周朝旭，等.聚乙烯（PE）双壁波纹管环刚度不确定度的评定[J]．塑料，2018，47（3）：68-71．

国家质量监督检验检疫总局．JJG 139-2014拉力、压力和万能试验机[S]．北京：中国质检出版社，2014．

国家质量监督检验检疫总局．JJF 1103-2003万能试验机计算机数据采集系统评定[S]. 北京：中国质检出版社，2003．

程小琴，罗兰，马庭，等．ABS简支梁缺口冲击强度的测量不确定度评定[J]．装备环境工程.2011，8（02）：46-48+77.