PE管材拉伸性能測量不確定度評定

第1期

任麗娜，等& PE管材拉伸性能測量不確定度評定

? 115 ?

PE管材拉伸性能測量不確定度評定

任麗娜，孫百華陳琪

",

21

(1.山東南山暖通新材料有限公司，山東煙臺265700;

2.南山集團有限公司，山東煙臺265700)

摘要:采用電子萬能試驗機對100聚乙烯（#燃氣管的拉伸屈服應力和斷裂伸長率進行了測試，并對拉伸屈服應力和斷裂伸長率的

PEPE

測量不確定度（重復測量及檢測結果數值修約等#進行了分析和評定。

關鍵詞:管材;拉伸屈服應力；斷裂伸長率;不確定度

中圖分類號:325山 文獻標識碼！ 文章編號：1008-021( 2021 #01-0115-03

TQAX

EvaluationofUncertaintyinMeasurementofPEPijjeTensileProperties

Ren Lina1，Sun Baihua2，Chen Qi^

(1 .， 264010, ；

.ShandongNanshanNuantongNewMaterialsCoLtd.，YantaiChina

2 .， 264010，)

.NanshanGroupCoLtd.，YantaiChina

AbstractTheelectronicuniversaltestingmachinewasudtotestthetensileyieldstressandelongationatbreakofPE

： 100

polyethylenePEgaspipeandthemeasurementuncertaintyofthetensileyieldstressandelongationatbreakrepeated

( ) ， (

measurementandvalueroundingofthetensileresultsetcwasanalyzedandevaluated

，.) .

Keywordspipestensileyieldstresselongationatbreakuncertainty

： ； ； ；

聚乙烯管材由于其價格低廉，無毒無味，耐腐蝕性好等優

點，在生活中有廣泛的應用[]。聚乙烯管的拉伸性能是其在應

1

用過程中的一個重要性能指標[]。但拉伸性能在測試過程中

2

由于測量誤差及拉伸儀器等誤差會對測試結果的準確性產生

影響[]。因此本論文根據 8804山一2003《熱塑性塑料管

3GB/T

材拉伸性能測定第1部分:試驗方法總則》及 8804山一

GB/T

2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測定第3部分:聚烯烴管材》

對聚乙烯燃氣管的拉伸性能進行了測試，并對測試過程中的不

確定進行了分析，有利于更好的指導今后的測試工作，提高測

試結果的可信度與準確性。

0~25 壁厚千分尺，允許誤差±4 #，分辨力為0.01 ;

mmmmm

0~ 150 游標卡尺，示值誤差0 ，分辨力為0.02 。

mmmmmm

1山測量對象

選用63 # 5山 100聚乙烯燃氣管材為試樣，按要

dnemmPE

求制成型試樣，并按標準要求對試樣進行狀態調節。

I

1山試驗過程

根據/8804山一2003中要求，在溫度（23±2) 、濕度

GBT

(50%±10%)環境條件下，將試樣放置3 進行狀態調節，并用

h

千分尺測量試樣標距中部的寬度和最小厚度，計算原始截面

積。然后在相同環境條件下，將試樣安裝在試驗機上，使其軸

線與拉伸應力保持一致，使夾具松緊適宜，將引伸計調整在試

樣的標線上（標線間距離50 ±0山)，選定試驗速度為50

mmmm

mm/mm

進行試驗，計算拉伸屈服強度和斷裂伸長率。

1測量方法

1.1檢測方法及原理

檢測方法:依據 8804.1—2003《熱塑性塑料管材拉伸

GB/T

性能測定第1部分:試驗方法總則》、 8804山一2003《熱塑

GB/T

性塑料管材拉伸性能測定第3部分:聚烯烴管材》進行試樣的

加工和試驗。

原理:沿管道縱向截切或機械加工制取規定形狀和尺寸的

試樣，通過萬能試驗機在規定的條件下測得管材的拉伸

性能[4—5]。

2測量不確定度的主要來源

根據標準要求，試驗需在環境溫度為（23±2)條件下進

行，本次試驗環境溫度基本在恒定溫度、恒定試驗速率下進行，

所以在此期間的環境條件和速率變化引人的不確定度忽略不

計。拉伸屈服強度和斷裂伸長率的主要不確定度如表和。

12

表拉伸屈服強度的不確定度的主要來源

1

1山建立數學模型

根據/8804.1—2003,數學模型可寫為：

GBT

拉伸屈服應力 = (1)

：aF/A

其中，，為拉伸屈服應力，單位為;為屈服點的拉力，

MPaF

單位為;為試樣的原始截面積，單位為2。

NAmm

斷裂伸長率& ()

2=([-[。）/[^1002

其中，為斷裂伸長率，單位%;為斷裂時標線間的長 3

25B

l

度，單位為;。為標線間的原始長度，單位為。

mmLmm

序號

1A

2B

不確定度主要來源

重復測#(〇■

試驗力示值誤差

試驗機力值檢定儀器誤差

定相對標準

分類型定

評定

)A

#(,)B

#(,)C

#(,)D

#(,)E

#(,)F

#2(，)

#3(，)

Bb

Bh

B6

4試樣平行部分寬度測量誤差

5試樣最小壁厚測量誤差

1.3測量設備、量具

WDTWA

--201型電子萬能試驗機（承德精密試驗機有限

#4(，)

檢測 修

#5(，)

#6(，)

公司），力值范圍0~20 ，使用5 傳感器，示值誤差±0山％;

kNkN

電子引伸計精度山級；

0

0~25 外徑千分尺，允許誤差±4 #，分辨力為0.01 ;

mmmmm

收稿日期=2020-09-28

作者簡介:任麗娜（1982—），女，大學本科，高分子材料與工程專業，主要從事塑料管道的研發、檢測、生產工作。

? 116 +

山東化工

SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2021年第50卷

表2斷裂伸長率的不確定度的主要來源 3

序號

1

2

3B

4B

5B

不確定度主要來源

重復測量

引伸計測量系統精度

引伸計檢定儀器誤差

原始標距測量誤差

L

0

數值修約

不確定評定

度分量類型定

#(

1

;

22

)#()

s

)

22

)#()

s

)

s

)

#5(<

A

B

標準

A

#()

2

B

C

#()

2

D

#()

2

E

各類標準不確定度分量的評定

31拉伸屈服強度各類標準不確定度分量的評定

.

3.11

.引入

重復測量的標準不確定度#(/)

按照—標準的要求，制取試樣個，試驗

GB/T8804.1200310

結果如表。

3

表+拉伸屈服強度試驗結果

項目

寬度

b/mm

厚度

h/mm6.236.376.336.276.346.256.336.366.216.30

屈服點力值

F/N1476.4401505.9441486.1751470.2801500.7451486.2381475.2511480.2841467.2601516.521

拉伸屈

/9MPa23.8923.7623.6223.5223.7924.0223.4723.5123.7724.12

1#2#3#4#5#6#7#8#10#

9.929.959.949.979.959.909.939.909.949.98

23 *，/MPa

0)2S/MPa

9#

拉伸屈服強度平均值

拉伸屈服強度標準偏差

拉伸屈服強度平均值&/ =丄/ = ，

Gi12，...10

n01

測量重復性引人的標準不確定度采用類方法評定，應用

A

內賽爾公式計算試驗標準偏差&

S2MPa

(/) ./ —(/-/) =0.22

槡

-=

nlii

因子 =槡3,因此它所引人的標準不確定度為：

k

,、0.004

#4mm

(/) =----= 0.0023

V

3

以寬度平均值9.938 計算，其相對標準不確定度為：

mm

'(()

#(/)=#4(/) =

D

9.938

= = .%

0.0002002

所以日常檢測中由重復性測量引人的標準不確定度為：

S

(/)

#(/) = ^ —= 0.0696

iMPa

V

—

拉伸屈服強度平均值為23) ，因此其相對標準不確定

MPa

度為&

'(()

#(/) '二^ =0.29%

A

23.*

MPa

3.1.2

試驗力示值誤差引入的不確定度#2(/)

試驗用試驗機經計量部門檢定，示值誤差為±0.5%，服從均

勻分布，因此可用類評定，置信因子=+，置信概率%，

BkV100

因此拉伸屈服應力的相對標準不確定度為&

#( /) = #( /)'

B2

詈

:0029:0

..29%

3.1.5#/

試樣最小壁厚測量引入的不確定度()

h

試樣的最小壁厚使用壁厚千分尺測量，允許誤差±4 #，服

m

從均勻分布，置信因子=3,因此它所引人的標準不確定

kV

度為：

#(/) =----= 0.0023

5

mm

以寬度平均值6.299 計算，其相對標準不確定度為:

mm

#(/) = #((/) = 0.0004 = 0.04%

E

3.1.6引入

檢測結果數值修約的不確定度#6(/)

根據標準要求，結果保留3位有效數字，修約間隔為0.1

MPaMPa

，數值修約的誤差限為±0.05 ，按正態分布考慮，按照

JJYxMPa

059規范可得，其標準不確定度為&()= 0.290.1 '

#/

0.03

MPa

其相對標準不確定度為：

'(()

#6F3

(/) = ^^ = 0.13%

3.1.3

試驗機力值檢定儀器誤差引入的不確定度#3(/)

試驗機是借助標準測力儀進行檢定的，不確定度為±0.3%，

符合正態分布，可用類評定，置信因子 = ,置信概率為

Bk2

95%，因此其相對標準不確定度為&

#(/)C3=」2

= #(/) — = 0.0015 = 0.15%

3-2斷裂伸長率各類標準不確定度分量的評定

3.2.1#

重復測量引入的標準不確定度()

2

按照/8804.1—2003標準的要求，制取試樣10個，試驗

GBT

試樣尺寸按照/8804.3—2003要求，沖裁制成型試

GBTI

結果見表4。

樣，采用外徑千分尺測量，允許誤差±4 #，服從均勻分布，置信

m

表

4

斷裂伸 率試驗結果

項目

1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10#

斷裂伸長率

s/% 599.7 602.1 606.6 610.4 612.5 603.8 598.9 602.2 603.1 607.2

斷裂伸長率平均值

2/% 605

裂伸長標準

S9% 4

3.1.4#/

試樣平行部分寬度測量引入的不確定度()

b4

斷裂伸長率平均值&=丄,

2Gs

ni1

=

測量重復性引人的標準不確定度采用A類方法評定，應用

內賽爾公式計算試驗標準偏差：

第1期

任麗娜，等& PE管材拉伸性能測量不確定度評定

? 117 ?

S2

()=,

= 4.464

由于各不確定度分量彼此獨立，互不相關，計算管材拉伸屈

的 標準 定 為&

Ulela2R2B+/2C+/22

()='(() +〇,(〇■) ()(() 0+〇,(〇■)

槡+/(〇-)2

xctx

EF

jl

所以日常檢測中由重復性測量引人的標準不確定度為&

-(

= 1.414

#():

12

斷裂伸長率平均值為605%，因此其相對標準不確定度為&

#( ￡) =<6〇5)4=

a

〇-234

3.2.2引伸計測量系統精度引入的不確定度〇)

#2

萬能試驗機經檢定為1級，查475-2008電子式萬能試

JJQ

驗機檢定規程，最大允許誤差±14,置信因子 = 2,因此萬能試

k

驗機引伸計測量系統精度引人的相對標準不確定度為：

14

#( ) =#( ) = ^^ = 〇)4

2B22

3.2.3引伸計檢定儀器誤差引入的不確定度#〇)二

3

萬能試驗機引伸計是經過專業機枸檢定，檢定引伸計的標

定儀不確定度為±0.34,符合正態分布，置信因子 = 2,則引伸

k

檢定 人的 標準 定 為&

0.34

#( ) = #3( ) = ~~=0-154

2C22

3.2.4原始標距。測量誤差引入的不確定度#4〇)

L

游標卡尺的最大允許誤差為. 77,符合均勻分布，取置

002

信因子=槡+，則初始標線間距離所用的游標卡尺引人的標準

k

定 為&

#4(2)' ---=0.0115 77

槡3

以原始標距 = 50 77計算，其相對標準不確定度為：

L0

'())

#( ) =-----= 0.023 = 0.0234

sD

50 77

3.2.5檢測結果數值修約引入的不確定度#( )

5

2

根據標準要求，結果保留3位有效數字，修約間隔為14，按

正態分布考慮，按照1059規范可得，其標準不確定度為&

JJF

#5()= 0.2914 = 0.294

2x

標準 定 為&

#(￡)

E

'())

= 0.484

.605

= 0.464

表斷裂伸長率的不確定度

6

號

定 主要 源標準 定

重復測

引伸計測量系統精度

引伸計檢定儀器誤差

量具的分辨率

修

1

2

3

4

5

#( ￡) A-0.234

#( e) B - 0.54

#(e) C-0.154

#( 2) D0.0234

二

#( 2) E0.0484

由于各不確定度分量彼此獨立，互不相關，計算管材斷裂伸

長 的 標準 定 為&

U12'())2R-())2-())2+'())2+'())2E

?( )= +〇 !+〇

槡

CD

= 0.574

5相對擴展不確定度評定

根據059規定，假設其服從正態分布，取954的置信區

JJF

間，置信因子 = ,則：

k2

拉伸屈服強度的擴展不確定度

U=kux

A(,) # Al(,) =20.464= 0.924 %

斷裂伸長率的擴展不確定度

U2=ku2x

A( ) # leI( ) =20.574 = 1.144。

6結論

經測試及計算，-63# >5.8 77100聚乙烯燃氣管材的

dPE

拉伸屈服強度，= 23.7 ，()=0.924, = 2;斷裂伸長率

MPaUleICTk

2k

= 6054刃1>(2)=1.144, = 2。拉伸屈服強度和斷裂伸長率

的主要不確定度來自于重復測量及電子萬能試驗機的試驗力

示值與引伸計測量系統精度。因此在今后的測試中，要使用符

合標準的電子萬能試驗機與啞鈴型模具，認真記錄實驗樣品尺

寸，提高測試精確度。

4不確定度匯總及合成

經測量和計算，拉伸屈服強度和斷裂伸長率的不確定度如

表5和。

6

表拉伸屈服強度的不確定度

5

序號

不確定度主要來源相對標準不確定度

重復測量

試驗力示值誤差

試驗機力值檢定儀器誤差

試樣平行部分寬度測量誤差( 〇)

b#■D- 0.0244

試樣最小壁厚測量誤差

J

檢測結果數值修約

#,A-0.294

()

#■B- 0.294

( 〇)

#■C- 0.1543

( 〇)

#■E-0.044

( 〇)

#,F0.134

() -

1

2

5

參考文獻

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伸性能測定第1部分:試驗方法總則[].北京:中國標準出

S

版社，2003.

[5] 中國輕工業聯合會塑 8804.3—2003熱塑性塑料管材拉

B/T

伸性能測定第3部分:聚烯烴管材[].北京:中國標準出版

S

社，2003.

(本文文獻格式:任麗娜，孫百華,陳琪塑管材拉伸性能測量

E

不確定度評定[].山東化工#2021,50( 1 ):115-117.)

J

6

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