机织物断裂强力不确定度的评定

测试与 2009年 第 4期 机织物断裂强力不确定度的评定 苏宇伟 (江苏省江阴纤维检验所 ,江苏江阴 � 214431) � � 摘 � 要:为了能够正确表征被测机织物断裂强力的真值所处的范围, 从而有效地控制产品质量,按照国标 �纺织品织物拉伸性能第一部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法 进行实验, 并结合国家计量规范�测量 不确定度的评定与表示 对实验结果进行测量不确定度评估, 通过利用方差分析等数理统计的对引起不 确定度的来源进行分析并量化, 最终得出扩展不确定度。 关键词:机织物;断裂强力; 不确定度;评定 中图分类号: TS107� 文献标识码:A � 文章编号: 1009- 265X ( 2009) 04- 0039- 03 Evaluation on the Uncertainty in the Measurement of the Woven Fabric Breaking Force SU Yuw ei ( Jiangy in Fiber T est ing Serv ices, Jiangy in 214431, China) Abstract: In order to conf irm the range of the t rue value of w oven fabric br eaking forces and contro l the product ion quality ef fectively, experiments w er e done according to the Chinese standards ! Tex tiles ∀ Tensile Propert ies of Fabr ics ∀ Part1: Determ inat ion of Breaking Force and Elongat ion at Break ∀ Strip M ethod#. A t the same t ime, evaluation of uncertainty in measurement on breaking fo rce o f w oven fabr ics w as made w ith the nat ional measurement standards! Evaluat ion and Expression o f U ncertainty in Measurement#. Reasons w hich cause the uncertainty of measurement w ere analyzed and quant if ied w ith mathemat ical stat ist ics such as variance analysis, and f inally, the expanded uncertainty w as obtained. Key words:woven fabric; breaking for ce; uncertainty; evaluat ion 收稿日期: 2008- 09- 12 作者简介:苏宇伟( 1971- � ) ,男,江苏江阴人, 棉检师, 主要 从事纺织品检测工作。 � � 本文主要研究以条样法测定机织物断裂强力测试 结果不确定度的评定。常见的织物力学性能测试是以 !强度#为结果,强度是有严格定义的可比较的物理量, 而机织物强力测试有别于其它力学性能的测试,方法 中规定了试样的宽度和其它测试条件及输入量的条 件,输出量则是!强力#,是一个特殊的力学范例。 1 � 测试原理及过程控制 1. 1 � 测试原理 规定尺寸的试样以恒定速率被拉伸直至断脱, 织物断裂峰值。 1. 2 � 测试过程及控制 实验室样品按照 GB/ T 6529 ∀ 1986 [ 1] 规 定,在( 20 ∃ 2) % 、相对湿度( 65 ∃ 3) %条件下调湿; 按照 GB/ T 3923. 1 ∀ 1997[ 2] 附录剪取试验试样, 并 拆除边缘纤维, 至试样宽度为 50mm;调试 CRT (等 速伸长)强力仪, 对断裂伸长率小于或等于 75%的 织物,隔距设置为 200 ∃ mm, 拉伸速度为 100mm/ m in;夹持试样尽量使夹口线与拉力线垂直;拉伸至 织物断裂,记录拉力峰值;重复上述过程直至拉断同 一样品的 5条试样,计算平均值并修约。 2 � 数学模型 Y= �y+ �y 3 � 不确定度主要来源及其分析 3. 1 � 随机效应导致的不确定度 3. 1. 1 � 试样的代表性 以下因素的分散性均构成试样间强力测试结果 的差异: 纤维种类、成份; 纱线的细度、均匀度、捻度; 织物的密度、组织结构; 由于织物的断裂强力测试是破坏性的, 其样本 &39& 2009年 第 4期 测试与分析 量受经济因素的限制,方法只能规定适当的样本量, 因此试样的代表性所导致的不确定度将是该例的主 要不确定度来源。 3. 1. 2 � 偏离方法要求的因素导致的不确定度 试样宽度: 标准要求试样宽为 50mm, 而实际操 作中构成织物的纱线是以根为单位的, 试样宽度只 能以单根纱线直径的整倍数增大或缩小, 因此当试 样宽度多于或少于不足一根纱线直径时, 就导致试 样宽度不准,而试样宽度与断裂强力密切相关。 直尺示值: 测量试样宽度的直尺误差导致的不 确定度。 吸湿平衡温湿度与调湿时间: 纺织的吸湿 对强力有明显的影响, 大多数纤维强力随回潮率的 上升而下降,只有棉和麻纤维吸湿后反而上升。影 响纤维吸湿的外因主要是吸湿时间、吸湿滞后性与 环境温湿度,由此导致了由吸湿平衡温湿度与调湿 时间控制引起的不确定度。 拉伸速度均匀性:拉伸速度不均匀将导致强力 仪模量转换失真。 夹持状态不理想: 按 GB/ T 3923. 1 ∀ 1997[ 2] 的 要求,夹口线应与拉伸线垂直,但操作是很难控制到 理想的状态,由此导致了按投影分布的测量不确定 度分量。 3. 2 � 仪器示值的准确性导致的不确定度 这主要是由于仪器跟踪应力的灵敏度和模量转 换(包括数字修约)的准确性导致自动显示终端的最 大示值误差。 4 � 评定并计算各分量标准不确定度[ 3] 4. 1 � 随机效应导致的不确定度 导致随机效应的因素包括样本本身的随机因素 和测量过程的随机因素两部分, 这些因素共同影响 织物断裂强力的测试结果。断裂强力测试为破坏性 不可重复测试, 故不能对前文 1. 2所述试验条件一 一进行分析,且样本本身的随机因素不在测试程序 控制范围内。因此, 针对同一样本,采用不同试验人 员在 1. 2所述试验条件下进行重复性测试, 结果见 表 1。对表 1测试结果进行组内分散性与组间分散 性方差分析[ 4] ,结果见表 2。 表 1 � 织物断裂强力重复性测试结果 测试次数 断裂强力 y ij / N 平均值/ N 1 680 601 615 664 614 635 2 671 589 600 578 602 608 3 635 608 609 602 635 618 4 655 594 675 613 635 634 表 2 � 测试结果差异源方差分析表 差异源 离差 自由度平均离差平方和 F 值 F 临界值 组间 2 594. 95 3 864. 983 0. 900 4 3. 238 867 组内 15 370. 8 16 960. 675 总计 17 965. 75 19 表 2中 F 值< F 临界值,说明组间差异不明显, 即断裂强力测试结果的分散性主要来源于样本本 身,与测试条件因素变化关系不显著。故样本本身 的随机因素是导致不确定度的主要因素。 织物的断裂强力值取决于构成织物的纤维成 份、纱线的捻度、细度和织物的组织密度等多项指 标,是多种因素共同作用的结果,故断裂强力测试结 果的随机性主要来源于样本内在特质的分散性, 即 取不同的试样,测试结果存在显著差异。所以, 采用 实验标准差作为结果的重复性标准差。 现以 3个样品各测 5个试样的结果为例,评定 其实验标准差,见表 3。 表 3 � 机织物断裂强力测试结果 试样 断裂强力 y i j / N 平均值/ N 1 662 654 650 647 639 650 2 669 692 662 664 725 682 3 690 644 661 688 679 672 � � 注:总平均�y 668N∋ 表 3中 �y = ( m i= 1 (n j = 1 y ij m ) n (1) 式中: m ∀ 试样个数; n ∀ 实验次数。 实验标准差 � � s( yij ) = ( m i= 1 (n j = 1 ( y ij - �y ) 2 m(n - 1) = 24. 7N (2) 报告测试结果为最佳估计值 668N 时, 其标准 差,即随机效应所产生的标准不确定度 u(�y ) = s(�y ) s(�y ) = s( y ij ) m ) n � � = 24. 7 15 � � = 6. 38N 4. 2 � 系统效应导致的不确定度 4. 2. 1 � 计算结果修约导致的不确定度的评定 按 GB/ T3923. 1 ∀ 1997[ 2] 的第 11条规定,报告 &40& 测试与分析 2009年 第 4期 应为断裂强力的平均值; 按标准 10. 1规定, 计算结 果大于 10N 小于 1 000N 时修约到 1N, 平均值 668N 时, 计算平均值修约导致的不确定度按 �JJF1059 ∀ 1999 中 5. 9 规定为 0. 29 ) 1= 0. 29N, 与前一个分量比, 可以忽略不计。计算结果小于 10N 大于 1 000N 时, 依标准要求,按上述方法计算 修约导致的不确定度。 4. 2. 2 � INST RON校准规范 示值大于 18N时,示值相对误差限为 ∃ 0. 5% , 可认为示值出现在 ∃ 0. 5%范围内的任何处都是等 概率的,而落于该范围外的概率基本为零,按矩形分 布, k= 3, 本实验采用 INSTRON 拉力试验机, 最大 示值误差导致的相对不确定度 ure l (示值) = 0. 005 3 = 0. 002 89N 最佳估计值 688N 的校准不确定度 u(示值) = 0. 002 89 ) 688= 1. 93N 由于修约导致的不确定度分量可以忽略不计, 所以系统效应导致的不确定度 u( �y ) = 1. 93N 5 � 合成不确定度 随机效应导致的标准不确定度, 仪器示值导致 的标准不确定度,以及计算平均值后修约导致的不 确定度均来自测量不同系统或步骤,各分量彼此独 立互不相关。因此合成不确定度 uc= u2 (�y )+ u2( �y ) � = 6. 382+ 1. 932 � = 6. 67N 6 � 扩展不确定度 按国际惯例, k= 2,扩展不确定度 U= k ) u c= 2 ) 6. 67∗ 13N 本例报告断裂强力平均值 668N 不确定度 U= 13N, k= 2。 7 � 结 � 论 对机织物试样进行断裂强力测试, 得到断裂强 力为: ( 668N ∃ 13cN) , k= 2。本文的不确定度评估 是重复性条件下测量不确定度的评估, 可以作为其 他种类机织物断裂强力测量不确定度评估的参考。 如实验室内部进行再现性测试结果比对时,还必须 考虑环境变化和实验人员之间的操作差异导致的测 量结果偏差。 参考文献: [ 1] GB/ T 6529 ∀ 1986 纺织品调湿和试验用标准大气[ S] . [ 2] GB/ T 3923. 1∀ 1997 纺织品织物拉伸性能第一部分: 断 裂强力和断裂伸长率的测定条样法[ S] . [ 3] JJF 1059∀ 1999 测量不确定度的评定与表示[ S] . [ 4] 郁宗隽,李元祥, 洪仲秋, 等.数理统计在纺织工程中的 应用[ M ] .北京: 纺织工业出版社, 1984: 164- 167. (责任编辑:许惠儿) (上接第 38页) 为皮芯结构。 b)甲壳素抗菌再生纤维干态强力较低, 经过吸 湿后强力明显下降。甲壳素抗菌再生纤维伸长率 高、初始模量比纯甲壳素及粘胶纤维低得多, 它更适 合于混纺加工。 c)甲壳素抗菌再生纤维的抗菌率要略优于纯甲 壳素纤维。 参考文献: [ 1] 刘 � 彦,隋淑英, 陈国华, 等.对甲壳素及其纤维性质的 深入探究[ J] .山东纺织科技, 2004( 5) : 4- 6. [ 2] 何春菊,逢奉建, 王庆瑞. 甲壳素/纤维素共混粘胶纤维 的抗菌性能研究[ J] .人造纤维, 2003, 33( 2) : 2- 5. [ 3] 刘常威,周衡书,祝和平.甲壳素/棉纤维混纺比与抗菌效 果关系研究[ J] .湖南工程学院学报, 2002, 12( 3) : 88- 89. (责任编辑:许惠儿) &41&