饒國(guó)城,楊藝歡
(1.廣東省惠州市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所,廣東 惠州 516000;2.國(guó)家鞋材及鞋產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(廣東),廣東 惠州 516321)
1.1.1 材料
選擇橡膠材料作為試驗(yàn)材料,使用400號(hào)砂紙打磨測(cè)試面。陶瓷磚介面:吸水率≤0.5%的干壓陶瓷磚,厚度為(10±1)mm,依據(jù)GB/T3093.6—2017附錄A規(guī)定的試驗(yàn)方法測(cè)定陶瓷磚的干式摩擦系數(shù)在0.57~0.63之間。
1.1.2 儀器
HY-782PS 電腦系統(tǒng)鞋子止滑試驗(yàn)機(jī),東莞市恒宇儀器有限公司;GT-7024-E1 空氣循環(huán)烘箱,高鐵檢測(cè)儀器有限公司;KMF 240 恒溫恒濕箱,德國(guó)賓得;400號(hào)砂紙,設(shè)備廠家提供;方形裁刀:長(zhǎng)(70±0.1)mm,寬(50±0.1)mm。
1.2.1 試樣制備
從橡膠片材上,使用方形裁刀在片材上裁出70mm×50mm的試樣,試樣測(cè)試面均用400號(hào)砂紙打磨平整。
1.2.2 測(cè)試方法
本試驗(yàn)采用GB/T 3903.6—2017[2]中的后跟測(cè)試模式作為試驗(yàn)方法,測(cè)定橡膠材料在干態(tài)的陶瓷磚界面上的摩擦系數(shù),防滑測(cè)試在(23±2)℃,相對(duì)濕度(50±5)%的環(huán)境下進(jìn)行,試驗(yàn)速度為(0.30±0.03)m/s;垂直載荷為(400±20)N,由一名持證上崗檢驗(yàn)員經(jīng)過(guò)儀器使用培訓(xùn)合格后測(cè)試10次,記錄每次測(cè)試結(jié)果,結(jié)果保留2位小數(shù)。
測(cè)試完成后,將樣品放入老化試驗(yàn)箱,在-20℃的高溫下老化72h后,在溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%條件下放置2h,測(cè)試面使用400號(hào)砂紙打磨平整后進(jìn)行防滑性能測(cè)試。低溫測(cè)試完成后,將樣品放入老化試驗(yàn)箱,在70℃的高溫下老化72h后,在溫度(23±2)℃、相對(duì)濕度(50±5)%條件下放置2h,測(cè)試面使用400號(hào)砂紙打磨平整后進(jìn)行防滑性能測(cè)試。
動(dòng)摩擦系數(shù)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型:
其中:μ為動(dòng)摩擦系數(shù),F(xiàn)為垂直樣品方向的壓力,f為試樣在滑動(dòng)開始后0.3s~0.6s之間的平均摩擦力。動(dòng)摩擦系數(shù)和表面的粗糙度有關(guān),而和接觸面積的大小無(wú)關(guān),因此忽略樣品尺寸的影響;而打磨樣品由同一操作人員打磨,忽略試樣表面打磨導(dǎo)致的影響。在測(cè)試環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的情況下,外底耐磨試驗(yàn)過(guò)程中的不確定度分量來(lái)源主要包括四個(gè)方面:
(1)測(cè)試的重復(fù)性引入的不確定度(A類不確定度);(2)所用設(shè)備引入的不確定度(包括垂直載荷和水平方向摩擦力的力值傳感器精度);(3)數(shù)值計(jì)算修約引入的不確定度;(4)介面的表面粗糙度。
防滑測(cè)試結(jié)果見表1。
表1 橡膠防滑試驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)表1的數(shù)據(jù)計(jì)算在陶瓷磚介面上防滑性能的標(biāo)準(zhǔn)偏差S(μ),見式(1)。測(cè)試重復(fù)性導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(2)。
(1)
(2)
則三次測(cè)試對(duì)應(yīng)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
溫度試驗(yàn)前:S(μB)=0.020,urel(μB)=0.023
低溫試驗(yàn)后:S(μL)=0.0067,urel(μL)=0.0075
高溫試驗(yàn)后:S(μH)=0.0067,urel(μH)=0.0081
試驗(yàn)過(guò)程中所用設(shè)備主要為鞋子止滑試驗(yàn)機(jī)。鞋子止滑試驗(yàn)機(jī)導(dǎo)致不確定度的分量主要包括試樣防滑性能測(cè)試的重復(fù)性,垂直載荷、滑動(dòng)速度、拉向力(摩擦力)和角度的校準(zhǔn)。
3.2.1 鞋子止滑試驗(yàn)機(jī)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(μ′)
由于止滑測(cè)量過(guò)程中拉向力(摩擦力)重復(fù)性導(dǎo)致的不確定度已經(jīng)包含在urel(μ)中,故不重復(fù)分析。
(1)垂直載荷引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(F)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(F)
試驗(yàn)選擇的垂直載荷是(400±20)N,根據(jù)校準(zhǔn)證書,止滑試驗(yàn)機(jī)垂直載荷的極限誤差為±20N,按均勻分布處理,k=3,則
(2)滑動(dòng)速度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(v)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(v)
試驗(yàn)選擇的測(cè)試速度是(0.30±0.03)m/s,根據(jù)校準(zhǔn)證書,止滑試驗(yàn)機(jī)測(cè)試速度的極限誤差為±0.03m/s,按均勻分布處理,
(3)角度塊引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(θ)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(θ)
試驗(yàn)選擇的測(cè)試角度是(7±0.5)°,根據(jù)校準(zhǔn)證書,止滑試驗(yàn)機(jī)角度塊的極限誤差為±0.5°,按均勻分布處理,k=3,則
因此,由鞋子止滑試驗(yàn)機(jī)各參數(shù)引入的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為式(3)。
(3)
由于測(cè)試過(guò)程的重復(fù)性、止滑試驗(yàn)機(jī)、數(shù)值修約、測(cè)試介面和砂紙粗糙度所引入的各不確定度分量彼此獨(dú)立不相關(guān),所以合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度如下。
(1)溫度試驗(yàn)前測(cè)試結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(2)低溫試驗(yàn)后測(cè)試結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
(3)高溫試驗(yàn)后測(cè)試結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
在通常情況下,一般取置信水平p=95%,包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度如下:
(1)溫度試驗(yàn)前:U=0.072×2=0.15
(2)低溫試驗(yàn)后:U=0.067×2=0.14
(3)高溫試驗(yàn)后:U=0.073×2=0.15
本次測(cè)試結(jié)果如下:
溫度試驗(yàn)前為:0.86±0.15
低溫試驗(yàn)后為:0.82±0.14
高溫試驗(yàn)后為:0.89±0.15
通過(guò)分析可知,溫度老化試驗(yàn)對(duì)防滑性能及其不確定度并無(wú)太大影響,影響不確定度的最大因素為止滑試驗(yàn)機(jī)的滑動(dòng)速度和角度塊的角度精度,測(cè)量重復(fù)性、垂直載荷、介面的影響比較小。因此,在日常測(cè)試中,提高設(shè)備精度和保持設(shè)備穩(wěn)定性可以提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。