温度老化对防滑性能不确定度的影响

2020-11-27 04:45饶国城杨艺欢
山东化工 2020年21期
关键词:陶瓷砖砂纸试验机

饶国城,杨艺欢

(1.广东省惠州市质量计量监督检测所,广东 惠州 516000;2.国家鞋材及鞋产品质量监督检验中心(广东),广东 惠州 516321)

1 试验部分

1.1 材料和仪器

1.1.1 材料

选择橡胶材料作为试验材料,使用400号砂纸打磨测试面。陶瓷砖介面:吸水率≤0.5%的干压陶瓷砖,厚度为(10±1)mm,依据GB/T3093.6—2017附录A规定的试验方法测定陶瓷砖的干式摩擦系数在0.57~0.63之间。

1.1.2 仪器

HY-782PS 电脑系统鞋子止滑试验机,东莞市恒宇仪器有限公司;GT-7024-E1 空气循环烘箱,高铁检测仪器有限公司;KMF 240 恒温恒湿箱,德国宾得;400号砂纸,设备厂家提供;方形裁刀:长(70±0.1)mm,宽(50±0.1)mm。

1.2 防滑性能测试

1.2.1 试样制备

从橡胶片材上,使用方形裁刀在片材上裁出70mm×50mm的试样,试样测试面均用400号砂纸打磨平整。

1.2.2 测试方法

本试验采用GB/T 3903.6—2017[2]中的后跟测试模式作为试验方法,测定橡胶材料在干态的陶瓷砖界面上的摩擦系数,防滑测试在(23±2)℃,相对湿度(50±5)%的环境下进行,试验速度为(0.30±0.03)m/s;垂直载荷为(400±20)N,由一名持证上岗检验员经过仪器使用培训合格后测试10次,记录每次测试结果,结果保留2位小数。

测试完成后,将样品放入老化试验箱,在-20℃的高温下老化72h后,在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下放置2h,测试面使用400号砂纸打磨平整后进行防滑性能测试。低温测试完成后,将样品放入老化试验箱,在70℃的高温下老化72h后,在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下放置2h,测试面使用400号砂纸打磨平整后进行防滑性能测试。

2 数学模型及不确定度分量来源

动摩擦系数计算的数学模型:

其中:μ为动摩擦系数,F为垂直样品方向的压力,f为试样在滑动开始后0.3s~0.6s之间的平均摩擦力。动摩擦系数和表面的粗糙度有关,而和接触面积的大小无关,因此忽略样品尺寸的影响;而打磨样品由同一操作人员打磨,忽略试样表面打磨导致的影响。在测试环境相对稳定的情况下,外底耐磨试验过程中的不确定度分量来源主要包括四个方面:

(1)测试的重复性引入的不确定度(A类不确定度);(2)所用设备引入的不确定度(包括垂直载荷和水平方向摩擦力的力值传感器精度);(3)数值计算修约引入的不确定度;(4)介面的表面粗糙度。

3 标准不确定度评定

3.1 测试重复性引入的相对标准不确定度urel(μ)

防滑测试结果见表1。

表1 橡胶防滑试验结果

通过表1的数据计算在陶瓷砖介面上防滑性能的标准偏差S(μ),见式(1)。测试重复性导致测量结果的相对标准不确定度见式(2)。

(1)

(2)

则三次测试对应的相对标准不确定度为:

温度试验前:S(μB)=0.020,urel(μB)=0.023

低温试验后:S(μL)=0.0067,urel(μL)=0.0075

高温试验后:S(μH)=0.0067,urel(μH)=0.0081

3.2 所用设备引入的标准不确定度

试验过程中所用设备主要为鞋子止滑试验机。鞋子止滑试验机导致不确定度的分量主要包括试样防滑性能测试的重复性,垂直载荷、滑动速度、拉向力(摩擦力)和角度的校准。

3.2.1 鞋子止滑试验机引入的相对标准不确定度urel(μ′)

由于止滑测量过程中拉向力(摩擦力)重复性导致的不确定度已经包含在urel(μ)中,故不重复分析。

(1)垂直载荷引入的标准不确定度u(F)和相对标准不确定度urel(F)

试验选择的垂直载荷是(400±20)N,根据校准证书,止滑试验机垂直载荷的极限误差为±20N,按均匀分布处理,k=3,则

(2)滑动速度引入的标准不确定度u(v)和相对标准不确定度urel(v)

试验选择的测试速度是(0.30±0.03)m/s,根据校准证书,止滑试验机测试速度的极限误差为±0.03m/s,按均匀分布处理,

(3)角度块引入的标准不确定度u(θ)和相对标准不确定度urel(θ)

试验选择的测试角度是(7±0.5)°,根据校准证书,止滑试验机角度块的极限误差为±0.5°,按均匀分布处理,k=3,则

因此,由鞋子止滑试验机各参数引入的合成相对标准不确定度为式(3)。

(3)

3.3 数值修约引入的相对标准不确定度urel(β)

3.4 陶瓷砖介面引入的标准不确定度u(P)和相对标准不确定度urel(P)

3.5 相对合成标准不确定度和合成标准不确定度

由于测试过程的重复性、止滑试验机、数值修约、测试介面和砂纸粗糙度所引入的各不确定度分量彼此独立不相关,所以合成相对标准不确定度如下。

(1)温度试验前测试结果的合成标准不确定度为:

(2)低温试验后测试结果的合成标准不确定度为:

(3)高温试验后测试结果的合成标准不确定度为:

3.7 扩展不确定度

在通常情况下,一般取置信水平p=95%,包含因子k=2,则扩展不确定度如下:

(1)温度试验前:U=0.072×2=0.15

(2)低温试验后:U=0.067×2=0.14

(3)高温试验后:U=0.073×2=0.15

4 结果与讨论

本次测试结果如下:

温度试验前为:0.86±0.15

低温试验后为:0.82±0.14

高温试验后为:0.89±0.15

通过分析可知,温度老化试验对防滑性能及其不确定度并无太大影响,影响不确定度的最大因素为止滑试验机的滑动速度和角度块的角度精度,测量重复性、垂直载荷、介面的影响比较小。因此,在日常测试中,提高设备精度和保持设备稳定性可以提高试验的准确性。

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