纺织品断裂强力的不确定度评估

纺织品断裂强力测定的不确定度评估

一、实验部分

1.1原理：规定尺寸的试样，以恒定伸长速度被拉伸直至断脱，记录断裂强力以及断裂伸长。

1.2 主要设备和试样：

1.2.1 H5KL-0108英国多臂万能强力仪，强力允差±1%，速度误差<1%，定长距离允差±1mm(校准证书)。

1.2.2 150mm钢直尺，分度值1mm，允差±0.1mm(校准证书给出)。 1.2.3 试样：白色棉布（单位面积质量约为130g/m2）。

沿经向按ISO 13934-1:2013标准剪制成有效宽度为50mm(不包括毛边)、有效长度为200mm的试样，经纬向各5块,共10块样品。 1.3 测试方法

按ISO 13934-1:2013标准规定的方法测试。 测定步骤见图1：

图1：测定步骤框图

→

→

二、建立数学模型

2．1 断裂强力：

根据ISO 13934-1:2013标准给出的定义，断裂强力是“在规定条件下进行的拉伸试验过程中，试样被拉断记录的最大力”。标准方法规定的程序中，断裂强力是由仪器直接读出，当选用一定的隔距时，试验样品的断裂强力与样品条样的宽度成正比。

将此关系作为评定其不确定度的依据，即：Y= y+△y

式中：Y—断裂强力

y—设备显示平均值

2．2 试样测定结果

按标准方法规定的程序,测定上述样品,结果如表1:

表1:五块经向样品的测试结果

表2:五块纬向样品的测试结果

三、不确定度分析

3．1 分析纺织品断裂强力的测定中可能产生不确定度的所有因素，包括：实验室温湿度的变化；强力值读数的重复性；强力仪夹持样品时的预加张力值；强力仪的拉伸速度、示值、隔距允差校准结果、强力仪读数的分辨率；钢直尺的校准结果和分辩率、试样宽度测量的重复性等等。

3．2 强力值F:

由于强力值F是由强力仪直接读出，因此该项不确定度因素主要包括：强力值读数的重复性、强力仪读数的分辨率、强力仪夹持样品时的预加张力值、强力仪的拉伸速度、示值允差、实验室温湿度的变化。

由于整个试验过程在温度20±2℃，相对湿度65±2%的条件下完成，因温湿度的变

所用试样全棉色织布的单位面积质量≤200g/m2,按照ISO 13934-1:2013标准规定，选择2N的预加张力，远小于试样的平均断裂强力测得值，因此由此产生的不确定度也可忽略。

所用试样全棉色织格布的断裂伸长率在8～75%范围内，按照ISO 13934-1:2013标准规定拉伸速度为100mm/min，由仪器校准证书给出的拉伸速度误差<1%，因此拉伸速度引起的不确定度亦可忽略。

3．3 样品条样宽度W:

标准要求试样宽度为50mm，而实际操作过程中构成织物的纱线是以根为单位的，试样宽度只能是以单位纱线的直径的整倍增大或缩小，因此，当试样宽度多于或少于不足一根纱线直径时，就会导致宽度不准确，而试样宽度与测试结果密切相关。由于试样宽度由钢直尺直接量取,因此该项不确定度因素主要包括：宽度测量的重复性、钢直尺的校准结果和分辩率；与3.2同理,样品在温度20±2℃，相对湿度65±2%的条件下达到平衡状态，由温湿度变化产生的宽度不确定度可忽略。

四、不确定度评估

4．1断裂强力由测量重复性导致的标准不确定度分量ｕA（Ｆ）（A类）

由贝塞尔公式，得测量重复性导致的标准不确定度分量ｕA（Ｆ）为： 化产生的不确定度可忽略。

2(x?x)?i

i?1n经向S(xi)?n?1 =21.53N

ｕA（Ｆ）=10.77

自由度n-1=5-1=4 2(x?x)?i

i?1n纬向S(xi)?n?1 =19.19N

ｕ’A（Ｆ）=9.60N

自由度n-1=5-1=4

4.2 强力仪示值允差导致的标准不确定度ｕB（Ｆ）（B类）

a.强力仪校准结果为强力示值允差±1％，采用均匀分布，得强力仪示值允差导致的相对不确定度分量ｕB（△X1）为：

经向ｕB（△X1）= △/=0.01×646N/=3.73N

纬向ｕ’B（△X’1）= △/=0.01×448.6N/=2.59N

b.分辨率:所用强力仪的读数是由计算机实现的,可读数至0.1N，采用均匀分布，则: 强力读数分辨率的相对不确定ｕB（△X2）合成为:

ｕB（△X2）=△/3=0.1/=0.058N

c. 强力读数(F)的相对不确定u (F)合成为:

经向 u B (F)= （ｕB（△X1）2+ｕB（△X2）2）1/2=3.73N

纬向 u ‘B (F)= （ｕ’B（△X1）2+ｕB（△X2）2）1/2=2.59N

自由度V=∞

4.3 数按要求应修约到十位，采用均匀分布ｕB (修约)（B类）

ｕB (修约)= △/=5/3=2.89N

4.4试样宽度(W)的不确定度u B (W) （B类）

a. 计量校准:

钢尺的校准的结果:不确定度±0.05mm,,采用均匀分布,计量校准得到的不确定度为: u B (W1)=0.05/3=0.029mm

b. 分辨率:钢尺的分度值为1mm,按平均分布,则:

u B (W2)=0.5/=0.29mm

c.试样宽度(W)的不确定度u (w)合成为:

测量重复性导致的标准不确定度分量ｕA（K） 2(w?w)?i

i?1n经向：C(wi)?n?1=0.25mm

ｕC（K）=0.125mm

自由度n-1=5-1=4 2(w?w)?i

i?1n纬向：C(wi)?n?1=0.21mm

ｕC（K）=0.105mm

自由度n-1=5-1=4

根据有效宽度、断裂强力之间的关系

经向C(w)=646/50.0=12.92N/mm

纬向C(w)=448.6/50.0=8.972N/mm,则

经向u B (W)= C(w) *(u B (W1) 2 +u B (W2) 2 +u C(K) 2 ) 1/2=12.92*0.322=4.16N

纬向u B (W)= C(w) *(u B (W1) 2 +u B (W2) 2 +u C(K) 2 ) 1/2==8.972*0.308=2.76N