PE管材拉伸性能测量不确定度评定

第1期

任丽娜，等& PE管材拉伸性能测量不确定度评定

• 115 •

PE管材拉伸性能测量不确定度评定

任丽娜，孙百华陈琪

",

21

(1.山东南山暖通新材料有限公司，山东烟台265700;

2.南山集团有限公司，山东烟台265700)

摘要:采用电子万能试验机对100聚乙烯（#燃气管的拉伸屈服应力和断裂伸长率进行了测试，并对拉伸屈服应力和断裂伸长率的

PEPE

测量不确定度（重复测量及检测结果数值修约等#进行了分析和评定。

关键词:管材;拉伸屈服应力；断裂伸长率;不确定度

中图分类号:325山 文献标识码！ 文章编号：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

： ； ； ；

聚乙烯管材由于其价格低廉，无毒无味，耐腐蚀性好等优

点，在生活中有广泛的应用[]。聚乙烯管的拉伸性能是其在应

1

用过程中的一个重要性能指标[]。但拉伸性能在测试过程中

2

由于测量误差及拉伸仪器等误差会对测试结果的准确性产生

影响[]。因此本论文根据 8804山一2003《热塑性塑料管

3GB/T

材拉伸性能测定第1部分:试验方法总则》及 8804山一

GB/T

2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定第3部分:聚烯烃管材》

对聚乙烯燃气管的拉伸性能进行了测试，并对测试过程中的不

确定进行了分析，有利于更好的指导今后的测试工作，提高测

试结果的可信度与准确性。

0~25 壁厚千分尺，允许误差±4 #，分辨力为0.01 ;

mmmmm

0~ 150 游标卡尺，示值误差0 ，分辨力为0.02 。

mmmmmm

1山测量对象

选用63 # 5山 100聚乙烯燃气管材为试样，按要

dnemmPE

求制成型试样，并按标准要求对试样进行状态调节。

I

1山试验过程

根据/8804山一2003中要求，在温度（23±2) 、湿度

GBT

(50%±10%)环境条件下，将试样放置3 进行状态调节，并用

h

千分尺测量试样标距中部的宽度和最小厚度，计算原始截面

积。然后在相同环境条件下，将试样安装在试验机上，使其轴

线与拉伸应力保持一致，使夹具松紧适宜，将引伸计调整在试

样的标线上（标线间距离50 ±0山)，选定试验速度为50

mmmm

mm/mm

进行试验，计算拉伸屈服强度和断裂伸长率。

1测量方法

1.1检测方法及原理

检测方法:依据 8804.1—2003《热塑性塑料管材拉伸

GB/T

性能测定第1部分:试验方法总则》、 8804山一2003《热塑

GB/T

性塑料管材拉伸性能测定第3部分:聚烯烃管材》进行试样的

加工和试验。

原理:沿管道纵向截切或机械加工制取规定形状和尺寸的

试样，通过万能试验机在规定的条件下测得管材的拉伸

性能[4—5]。

2测量不确定度的主要来源

根据标准要求，试验需在环境温度为（23±2)条件下进

行，本次试验环境温度基本在恒定温度、恒定试验速率下进行，

所以在此期间的环境条件和速率变化引人的不确定度忽略不

计。拉伸屈服强度和断裂伸长率的主要不确定度如表和。

12

表拉伸屈服强度的不确定度的主要来源

1

1山建立数学模型

根据/8804.1—2003,数学模型可写为：

GBT

拉伸屈服应力 = (1)

：aF/A

其中，，为拉伸屈服应力，单位为;为屈服点的拉力，

MPaF

单位为;为试样的原始截面积，单位为2。

NAmm

断裂伸长率& ()

2=([-[。）/[^1002

其中，为断裂伸长率，单位%;为断裂时标线间的长 3

25B

l

度，单位为;。为标线间的原始长度，单位为。

mmLmm

序号

1A

2B

不确定度主要来源

重复测#(〇■

试验力示值误差

试验机力值检定仪器误差

定相对标准

分类型定

评定

)A

#(,)B

#(,)C

#(,)D

#(,)E

#(,)F

#2(，)

#3(，)

Bb

Bh

B6

4试样平行部分宽度测量误差

5试样最小壁厚测量误差

1.3测量设备、量具

WDTWA

--201型电子万能试验机（承德精密试验机有限

#4(，)

检测 修

#5(，)

#6(，)

公司），力值范围0~20 ，使用5 传感器，示值误差±0山％;

kNkN

电子引伸计精度山级；

0

0~25 外径千分尺，允许误差±4 #，分辨力为0.01 ;

mmmmm

收稿日期=2020-09-28

作者简介:任丽娜（1982—），女，大学本科，高分子材料与工程专业，主要从事塑料管道的研发、检测、生产工作。

• 116 +

山东化工

SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2021年第50卷

表2断裂伸长率的不确定度的主要来源 3

序号

1

2

3B

4B

5B

不确定度主要来源

重复测量

引伸计测量系统精度

引伸计检定仪器误差

原始标距测量误差

L

0

数值修约

不确定评定

度分量类型定

#(

1

;

22

)#()

s

)

22

)#()

s

)

s

)

#5(<

A

B

标准

A

#()

2

B

C

#()

2

D

#()

2

E

各类标准不确定度分量的评定

31拉伸屈服强度各类标准不确定度分量的评定

.

3.11

.引入

重复测量的标准不确定度#(/)

按照—标准的要求，制取试样个，试验

GB/T8804.1200310

结果如表。

3

表+拉伸屈服强度试验结果

项目

宽度

b/mm

厚度

h/mm6.236.376.336.276.346.256.336.366.216.30

屈服点力值

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#

拉伸屈服强度平均值

拉伸屈服强度标准偏差

拉伸屈服强度平均值&/ =丄/ = ，

Gi12，...10

n01

测量重复性引人的标准不确定度采用类方法评定，应用

A

内赛尔公式计算试验标准偏差&

S2MPa

(/) ./ —(/-/) =0.22

槡

-=

nlii

因子 =槡3,因此它所引人的标准不确定度为：

k

,、0.004

#4mm

(/) =----= 0.0023

V

3

以宽度平均值9.938 计算，其相对标准不确定度为：

mm

'(()

#(/)=#4(/) =

D

9.938

= = .%

0.0002002

所以日常检测中由重复性测量引人的标准不确定度为：

S

(/)

#(/) = ^ —= 0.0696

iMPa

V

—

拉伸屈服强度平均值为23) ，因此其相对标准不确定

MPa

度为&

'(()

#(/) '二^ =0.29%

A

23.*

MPa

3.1.2

试验力示值误差引入的不确定度#2(/)

试验用试验机经计量部门检定，示值误差为±0.5%，服从均

匀分布，因此可用类评定，置信因子=+，置信概率%，

BkV100

因此拉伸屈服应力的相对标准不确定度为&

#( /) = #( /)'

B2

詈

:0029:0

..29%

3.1.5#/

试样最小壁厚测量引入的不确定度()

h

试样的最小壁厚使用壁厚千分尺测量，允许误差±4 #，服

m

从均匀分布，置信因子=3,因此它所引人的标准不确定

kV

度为：

#(/) =----= 0.0023

5

mm

以宽度平均值6.299 计算，其相对标准不确定度为:

mm

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

E

3.1.6引入

检测结果数值修约的不确定度#6(/)

根据标准要求，结果保留3位有效数字，修约间隔为0.1

MPaMPa

，数值修约的误差限为±0.05 ，按正态分布考虑，按照

JJYxMPa

059规范可得，其标准不确定度为&()= 0.290.1 '

#/

0.03

MPa

其相对标准不确定度为：

'(()

#6F3

(/) = ^^ = 0.13%

3.1.3

试验机力值检定仪器误差引入的不确定度#3(/)

试验机是借助标准测力仪进行检定的，不确定度为±0.3%，

符合正态分布，可用类评定，置信因子 = ,置信概率为

Bk2

95%，因此其相对标准不确定度为&

#(/)C3=」2

= #(/) — = 0.0015 = 0.15%

3-2断裂伸长率各类标准不确定度分量的评定

3.2.1#

重复测量引入的标准不确定度()

2

按照/8804.1—2003标准的要求，制取试样10个，试验

GBT

试样尺寸按照/8804.3—2003要求，冲裁制成型试

GBTI

结果见表4。

样，采用外径千分尺测量，允许误差±4 #，服从均匀分布，置信

m

表

4

断裂伸 率试验结果

项目

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

断裂伸长率

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

断裂伸长率平均值

2/% 605

裂伸长标准

S9% 4

3.1.4#/

试样平行部分宽度测量引入的不确定度()

b4

断裂伸长率平均值&=丄,

2Gs

ni1

=

测量重复性引人的标准不确定度采用A类方法评定，应用

内赛尔公式计算试验标准偏差：

第1期

任丽娜，等& PE管材拉伸性能测量不确定度评定

• 117 •

S2

()=,

= 4.464

由于各不确定度分量彼此独立，互不相关，计算管材拉伸屈

的 标准 定 为&

Ulela2R2B+/2C+/22

()='(() +〇,(〇■) ()(() 0+〇,(〇■)

槡+/(〇-)2

xctx

EF

jl

所以日常检测中由重复性测量引人的标准不确定度为&

-(

= 1.414

#():

12

断裂伸长率平均值为605%，因此其相对标准不确定度为&

#( £) =<6〇5)4=

a

〇-234

3.2.2引伸计测量系统精度引入的不确定度〇)

#2

万能试验机经检定为1级，查475-2008电子式万能试

JJQ

验机检定规程，最大允许误差±14,置信因子 = 2,因此万能试

k

验机引伸计测量系统精度引人的相对标准不确定度为：

14

#( ) =#( ) = ^^ = 〇)4

2B22

3.2.3引伸计检定仪器误差引入的不确定度#〇)二

3

万能试验机引伸计是经过专业机枸检定，检定引伸计的标

定仪不确定度为±0.34,符合正态分布，置信因子 = 2,则引伸

k

检定 人的 标准 定 为&

0.34

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

2C22

3.2.4原始标距。测量误差引入的不确定度#4〇)

L

游标卡尺的最大允许误差为. 77,符合均匀分布，取置

002

信因子=槡+，则初始标线间距离所用的游标卡尺引人的标准

k

定 为&

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

槡3

以原始标距 = 50 77计算，其相对标准不确定度为：

L0

'())

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

sD

50 77

3.2.5检测结果数值修约引入的不确定度#( )

5

2

根据标准要求，结果保留3位有效数字，修约间隔为14，按

正态分布考虑，按照1059规范可得，其标准不确定度为&

JJF

#5()= 0.2914 = 0.294

2x

标准 定 为&

#(£)

E

'())

= 0.484

.605

= 0.464

表断裂伸长率的不确定度

6

号

定 主要 源标准 定

重复测

引伸计测量系统精度

引伸计检定仪器误差

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

由于各不确定度分量彼此独立，互不相关，计算管材断裂伸

长 的 标准 定 为&

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

„( )= +〇 !+〇

槡

CD

= 0.574

5相对扩展不确定度评定

根据059规定，假设其服从正态分布，取954的置信区

JJF

间，置信因子 = ,则：

k2

拉伸屈服强度的扩展不确定度

U=kux

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

断裂伸长率的扩展不确定度

U2=ku2x

A( ) # leI( ) =20.574 = 1.144。

6结论

经测试及计算，-63# >5.8 77100聚乙烯燃气管材的

dPE

拉伸屈服强度，= 23.7 ，()=0.924, = 2;断裂伸长率

MPaUleICTk

2k

= 6054刃1>(2)=1.144, = 2。拉伸屈服强度和断裂伸长率

的主要不确定度来自于重复测量及电子万能试验机的试验力

示值与引伸计测量系统精度。因此在今后的测试中，要使用符

合标准的电子万能试验机与哑铃型模具，认真记录实验样品尺

寸，提高测试精确度。

4不确定度汇总及合成

经测量和计算，拉伸屈服强度和断裂伸长率的不确定度如

表5和。

6

表拉伸屈服强度的不确定度

5

序号

不确定度主要来源相对标准不确定度

重复测量

试验力示值误差

试验机力值检定仪器误差

试样平行部分宽度测量误差( 〇)

b#■D- 0.0244

试样最小壁厚测量误差

J

检测结果数值修约

#,A-0.294

()

#■B- 0.294

( 〇)

#■C- 0.1543

( 〇)

#■E-0.044

( 〇)

#,F0.134

() -

1

2

5

参考文献

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J

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PE

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[4] 中国轻工业联合会塑 8804.1 —2003热塑性塑料管材拉

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伸性能测定第1部分:试验方法总则[].北京:中国标准出

S

版社，2003.

[5] 中国轻工业联合会塑 8804.3—2003热塑性塑料管材拉

B/T

伸性能测定第3部分:聚烯烃管材[].北京:中国标准出版

S

社，2003.

(本文文献格式:任丽娜，孙百华,陈琪塑管材拉伸性能测量

E

不确定度评定[].山东化工#2021,50( 1 ):115-117.)

J

6

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