機織物褲形試樣撕破強力測量不確定度分析

馬吉康，官杰，柳永杰，盧站柱，王金梅，李佳垚

(1.山東中康國創檢驗檢測中心有限公司，山東 泰安 271000;2.山東中康國創先進印染技術研究院有限公司，山東 泰安 271000;3.國家先進印染技術創新中心，山東 泰安 271000;4.山東省產品質量檢驗研究院，山東 濟南 250100；5.濟南工程職業技術學院，山東 濟南 250001)

前言

撕破強力作為機織布最基本的物理機械性能特征指標之一，其數值大小在一定程度上反應了面料品質的高低。在實驗室檢測過程中，GB/T 2664—2017《男西服、大衣》[1]等西裝產品標準、GB/T 26382—2011《精梳毛織品》[2]和GB/T 26378—2011《粗梳毛織品》[3]等毛機織物產品標準以及GB/T 31900—2015《機織兒童服裝》[4]均采用褲形試樣考核面料撕破強力，其試驗結果的可靠性基于合理準確的測量不確定度分析[5]。因此，正確評估不確定度對測試結果顯得尤為重要。文章探討了機織物褲形試樣撕破強力測量不確定度的來源及評定方法，并根據JJF 1059.1—2012[6]得出合成不確定度和擴展不確定度。

1 試驗部分

1.1 測量原理

依據GB/T 3917.2—2009《紡織品織物撕破性能 第2 部分：褲形試樣(單縫)撕破》[7]中的規定。使用等速伸長試驗儀夾具夾持褲型試樣的兩條褲腿，使試樣切口線在上下夾具之間成直線。開動儀器將拉力施加于切口方向，記錄直至撕裂到規定長度內的撕破強力，并根據儀器自動記錄的強力-位移曲線上的峰值計算出撕破強力。

1.2 環境條件

依據GB/T 6529—2008《紡織品 調濕和試驗用標準大氣》[8]規定的標準大氣。溫度：（20±2）℃，相對濕度：（65±4）%。

1.3 儀器設備

Instron 34TM-5型織物萬能強力機。

1.4 試驗方法

根據國家標準GB/T 3917.2—2009，在1.2 所述的環境下對試樣調濕至平衡并在該環境下進行試驗。分別裁取長邊平行于織物經向和緯向的矩形試樣各5 塊，長度為200mm、寬度為50mm，并在每個試樣寬度方向的正中心切開一長為100mm 的平行于長度方向的切口，在條樣中間距未切割端25mm 處標出撕裂終點。需要注意的是，試樣長邊平行于經向的為“緯向”撕裂試樣，長邊平行于緯向的為“經向”撕裂試樣。使用1.3 所述的儀器在拉伸模式下進行試驗，設定隔距為100mm，拉伸速度為100 mm/min，將試樣的兩條褲腿分別夾入上下夾具中，切割線與夾具的中心線對齊，開動儀器使力施加于試樣的切口方向，將試樣持續撕破至終點標記處。根據儀器自動記錄的強力-伸長曲線的峰值得出每個試樣的撕破強力，并計算同方向5 塊試樣的撕破強力算術平均值，修約至兩位有效數字。檢驗流程見圖1。

圖1 檢驗流程示意圖

2 測量不確定度的評定

根據JJF 1059.1—2012[6]，使用GUM 法對機織物褲形試樣撕破強力進行測量不確定度的評估，其一般流程如圖2所示。

圖2 GUM 法評定測量不確定度的一般流程

2.1 測量不確定度的來源及分析

機織物褲形試樣撕破強力測量不確定分量主要有以下幾方面：隨機效應導致的不確定度分量[9]，主要包括試樣的密度、組織結構以及紗線細度、捻度等因素的分散性導致的不確定度和試樣尺寸不準、調濕時間不夠、拉伸速率不均勻等偏離方法標準要求的因素導致的不確定度；系統效應導致的不確定度[10]，主要是由儀器傳感器靈敏度和模量轉換的準確性導致的示值偏差產生的不確定度；特定的數值修約規則產生的不確定度[11]。詳見圖3。

圖3 機織物褲形試樣撕破強力測量不確定來源

2.2 測量不確定度評定模型

關于機織物褲形試樣撕破強力測量不確定度建立的測量模型為：

2.3 隨機效應產生的不確定度

根據1.4 描述的試驗方法，對同一塊機織物試樣進行5 組試驗，每組試驗經、緯向各5 塊試樣，共50 次。其經、緯向撕裂試樣的試驗結果如表1、2 所示。

表1 試樣的經向撕破強力

表2 試樣的緯向撕破強力

2.4 強力機示值偏差產生的不確定度

本次試驗采用Instron 34TM-5 織物萬能強力機，根據使用說明書，其示值相對誤差極限為±0.5%，可認為強力機示值在其±0.5%范圍內均是等概率的，按照均勻分布，k=3。則強力機示值偏差產生的相對不確定度為：

則針對本次試驗測試結果平均值，經、緯向強力機示值偏差產生的標準不確定度、如式（5）、式（6）所示：

2.5 特定的數值修約規則產生的不確定度

按GB/T 3917.2—2009 標準規定，報告應為撕破強力的平均值，計算結果保留兩位有效數字。本次試驗經向撕破試樣 =17.02（N）≈17（N），緯向撕破試樣 =12.68（N）≈13（N），則最大可能值的半寬區間a ＝0.5（N），按矩形分布計算修約導致的不確定度，如式（7）所示：

2.6 合成標準不確定度

表3 合成標準不確定度的不確定度分量（經向）

2.7 擴展不確定度

包含因子是為獲得擴展不確定，對合成標準不確定度所乘的大于1 的數[12]。對于紡織品試驗室取包含因子k=2[13]，置信概率P=95%。需要注意的是，擴展不確定度的數值不應超過兩位有效數字，且應與最終報告的測量結果的末位對齊[14]。則經、緯向擴展不確定度、如式（10）、式（11）所示：

2.8 結果報告

根據以上計算過程及結果，對機織物褲形試樣撕破強力試驗的經、緯向測定結果、如式（12）、式（13）所示：

3 結論

針對本次試驗，置信概率95%下，機織物褲形試樣經向撕破強力為（17±1）N，緯向撕破強力為（13±1）N，包含因子k=2。從合成標準不確定度中不確定度分量的貢獻中可以看出，數值修約產生的不確定度為主要因素，強力機示值的偏差引起不確定度最小。