牛皮纸纵向撕裂度的测量结果不确定度评定

牛皮纸纵向撕裂度的测量结果不确定度评定

韩明

（广州质量监督检测研究院，广东510670）

摘要：本文分析了影响牛皮纸纵向撕裂测量结果不确定度的因素。通过测试的多次数据，根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，得到了牛皮纸纵向撕裂的扩展不确定度。评估结果可用于牛皮纸撕裂性能的合格评定，也可为牛皮纸的其他物理性能的研究提供参考价值。

关键词：牛皮纸；撕裂度；不确定度

随着人们生活节奏的不断加快，人们对软包装的要求越来越高，对软包装的需求量也越来越大。塑料制品作为软包装的常用材料，虽然有轻薄，韧性强，重复使用率高等特点，但伴随而来的白色污染，也愈发严重。近年来，随着限塑令的全球风行，人们的环保意识也在悄悄的发生着改变，此时，作为既环保又便捷的牛皮纸制品又重新映入了大众的视野。随着科技的不断进步以及造纸工艺的不断提高，现在新兴的牛皮纸具有柔韧性强、抗老性、防腐蚀等诸多优点，在功能上丝毫不逊色于塑料产品。因而在现实生活中逐步被制作成盛装食品的牛皮纸盒、购物袋，档案袋，包装纸等来代替塑料制品。

根据国家标准GB/T 22865-2008规定，牛皮纸有多项检测指标。其中纵向撕裂度为牛皮纸的重要性能指标之一。撕裂度是将纸张切割出一定距离的切口，然后测量从切口处撕开一定距离时所需要的力。撕裂度的指标大小又取决于纸张的纤维强度，纤维强度包括单支纤维的内在强度以及纤维间的结合强度。单支纤维内在强度会在制浆过程中会遭受不同程度工艺损伤，导致纤维本身强度削弱。因此单支纤维内在强度越大，相互结合强度越高，撕裂度也越大。从侧面也说明了撕裂度指标对其它性能，譬如耐破强度、抗张强度等测试有极其重要的参考价值。

1试验部分

测试用到的仪器：济南兰光机电技术有限公司生产的C680M撕裂度仪。

试样的选择以及对尺寸的要求：定量90g/m²的牛皮纸，长度为（63±0.5）mm，宽度为（50±2）mm

试验要求：首先选取无折痕、褶皱、水印、脏污等纸病的测试样品，根据标准要求，裁取足够量的63mm×50mm待测试样品。其中裁好的样品横向与其短边平行，来进行纵向撕裂度测试。

样品前处理以及测试环境要求：试样应在（23±1）℃，（50±2）%的恒温恒湿条件下预处理48h以上，并在同等温湿条件下进行测试。在整个试验测试过程中，应时刻监控叠折周围的气流温度。在仪器连续运行4小时以上时，测试环境的温度增加不应超过1摄氏度。如果温度增加超过1摄氏度，应停止试验，待温度降至正常后方可重新开始。但在仪器停止测试时，可以忽略周围环境温度的运行状态。

试验方法：调整仪器至水平状态并校准。根据试样选择合适的重锤,使测定结果读数在满刻度值的20%～80%范围内。选取裁好的试样，每四张为一组（其中两张正面对着切刀,另外两张反面对着切刀）放置在夹具上，打开连接仪器的气源开关，待加紧试样后，用切刀将试样切一整齐的刀口，释放重锤，将试样撕裂，待摆锤停止摆动，从电脑界面读取撕裂力值。

测试结果：

2测量不确定度评定

当一个测试结果在被测量值的允许偏差区间内，即可判定为合格，否则为不合格。这是传统的极限判定准则。但是，我们在实际测量中，由于各种因素的影响，使得数值不能被准确的测量出来，测量值以一定的概率分布在某个区域内，这个区域就是测量不确定度。

测量不确定度是由多个分量组成的，其中一些分量可以通过对一系列测量值进行统计分析来评定A类测量不确定度，而另一些分量则根据经验或其他信息获得的概率密度函数来评定B类测量不确定度。这些都是用标准偏差来表示的。本文按照GUM法评定牛皮纸纵向撕裂度的测量不确定度。

2.1不确定度的来源分析

（1）重复测量导致的不确定度

（2）仪器的撕裂力臂导致的不确定度

（3）夹纸器间距离导致的不确定度

（4）试样切口长度导致的不确定度

（5）撕裂初始角度导致的不确定度

（6）试样的测试方向尺寸导致的不确定度

（7）其他因素导致的不确定度

2.2 A类评定

（1）重复测试导致的不确定度u1（S），按贝赛尔公式计算，纵向撕裂度测试结果的标准偏差：

=4.97mN

因纵向测试为10次，取其算数平均值，因此撕裂度的平均值（）标准偏差为：

1.57mN

其相对标准不确定度：

0.19%

2.3 B类评定

B类不确定度评定主要是试验所用到的撕裂度仪以及测试试样的尺寸和其他因素带来的不确定度。

2.3.1撕裂度仪带来的不确定度

2.3.1.1撕裂力臂导致的不确定度

撕裂力臂的尺寸为104mm，偏差为±1mm，由计量部门校准给出的拓展不确定度为U=0.05mm,k=2，则

==0.02%

2.3.1.2夹纸器间距离导致的不确定度

价值起间距离为2.8mm，偏差为±0.3mm，由计量部门校准给出的拓展不确定度为U=0.04mm,k=2，则

==0.71%

2.3.1.3试样切口长度导致的不确定度

切口长度为20mm，偏差为±0.5mm，由计量部门校准给出的拓展不确定度为U=0.05mm,k=2，则

==0.12%

2.3.1.4初始撕裂角度导致的不确定度

仪器的初始撕裂角度为27.5°，偏差为±0.5°，由计量部门校准给出的拓展不确定度为U=0.2°,k=2，则

==0.36%

2.3.2试样测试方向的尺寸导致的不确定度

试样测试方向为长度方向，其撕裂长度尺寸为63mm，偏差为±0.5mm，误差分布满足正态分布，因此取k=，则

0.46%

2.3.3 其他因素导致的不确定度

对于整个测试过程，仪器的水平调节，测试示值传导误差，环境温湿度波动等因素带来的不确定度。测试使用的撕裂度仪为高精端仪器，其测试数据是直接在电脑界面读取，示值误差完全可以忽略。试验环境为22℃，50%的恒温恒湿室，样品在这个环境下预处理48h以上，水分得到了充分的平衡，且在同样环境下进行试验。所以以上因素导致的不确定度对测量不确定度值影响很小，可以忽略不计。

2.3合成不确定度

相对合成不确定度：

==0.95%

则合成标准不确定度：UC=829mN×0.95%=7.88mN

2.4拓展不确定度的评定

扩展不确定度是一个确定测量结果区间的量，是通过合成标准不确定度乘以包含因子计算得出的，也是一个合理地分配给测量值分布的可能区间。在包含概率为95%时，取包含因子k=2，则扩展不确定度为：U=k×Uc=2×7.88mN=16mN

3结果报告

由以上评定得知，本次牛皮纸的纵向撕裂度测量结果的不确定度报告为：16mN，U=16mN，k=2。

测量这批次牛皮纸的纵向撕裂度，测量结果有95%概率处于(829±0.95)mN范围内，当检测单位出具结果报告时，取10个纵向样品撕裂度测量结果的算数平均值作为报告结果时，其扩展不确定度为16mN，包含因子k=2，置信水平为95%。

4结果分析

测试仪器的定期检定和校准，是保证测试数据准确性的重要步骤之一。从纵向撕裂度不确定度的分量可以看出，撕裂度的试验结果受夹纸器间距离、撕裂初始角度以及试样的测试方向尺寸的影响较大，所以要定期进行仪器的校准和检查，以确保测试结果的准确性。同时，仪器在使用或贮藏中都会沾上灰尘和污垢，而灰尘又多带有微小的静电量，漂浮在大气中，进入仪器内部，严重的会导致电路故障，致使设备不能正常工作，所以我们也需要做好仪器的养护工作。

参考文献：

JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

GB/T 22865-2008《牛皮纸》

GB/T 455-2002《纸和纸板撕裂度的测定》