苧麻單纖維斷裂強力的異常值剔除與不確定度評估

廖麗萍，肖愛平，冷 鵑，田小蘭，楊喜愛，程 毅，聶晴嵐

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長沙 410205）

苧麻在國際上被稱為“中國草”，是我國獨具特色的天然纖維資源，是優(yōu)質(zhì)的精紡原料，可紡性能與服用性能良好。苧麻單纖維斷裂強力是影響其纖維可紡性能與織物使用性能的重要因素，是反映苧麻纖維品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)，因此單纖維斷裂強力的準(zhǔn)確測定對苧麻纖維的合理使用起著重要作用。在測定過程中，由于樣品本身的不均勻性，苧麻單纖維斷裂強力的測定值可能出現(xiàn)較大誤差，造成同一樣品的平行試驗測定值可能出現(xiàn)異常值。因此，本文對苧麻單纖維斷裂強力測定數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，并根據(jù)狄克遜（Dixon）檢驗法剔除測定數(shù)據(jù)的異常值，取其正常值計算平均值。然后再用不確定度來表示和處理其測定結(jié)果，這樣對苧麻纖維的正確評價及合理利用更有實際意義。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

單纖纖維強力儀（H1KS，錫萊亞太拉斯公司）。

1.2 試驗材料

苧麻精干麻（苧麻原麻經(jīng)生物或化學(xué)工藝脫膠后的麻纖維）

1.3 檢測環(huán)境

溫度為20℃±2℃，相對濕度為65%±3%的恒溫恒濕條件。

1.4 測試方法及流程

方法：參照GB/T5886-1986《苧麻單纖維斷裂強度試驗方法》，將長100mm的苧麻單纖維以一定夾持長度和拉伸速度在電子單纖維強力儀上拉伸至斷裂，得出斷裂強力，其測試結(jié)果通過顯示屏顯示，并經(jīng)打印機打印輸出。

流程：將樣品按要求制備成長100mm的單纖維→樣品在溫度（20±2）℃，相對濕度（65±3）%的條件下平衡24h→夾持樣品（試驗前對儀器設(shè)定好相關(guān)參數(shù)并預(yù)熱）→拉伸斷裂→顯示強力（F）→打印輸出

1.5 分析方法

運用夏皮羅-威爾克（Shapiro-Wilk）法對檢測數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，用狄克遜（Dixon）法剔除檢測數(shù)據(jù)中的異常值，并對檢測結(jié)果進行不確定度評估。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測結(jié)果

表1為苧麻纖維R-1樣品總試驗次數(shù)為50次的單纖維斷裂強力測定值。

表1 苧麻單纖維斷裂強力測定結(jié)果Table1 The result oframie single fiber breakingstrength

2.2 檢測數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗

對表l中所列數(shù)據(jù)，按夏皮羅-威爾克法進行檢驗，具體計算見表2。由表2可得，F(xiàn)=46.95cN，∑（Fk-F）2=5418.3346cN2，W=（72.0958cN）2／5418.3346cN2=0.960，查 W（n，P）值表，有 W（50，0.99）為0.930。由于0.960＞0.930，故可認為苧麻單纖維斷裂強力檢測數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布。

2.3 狄克遜法剔除異常值

表2 苧麻單纖維斷裂強力測定結(jié)果的夏皮羅-威爾克法檢驗Table2 Shapiro-Wilk normalitytest for the result oframie single fiber breakingstrength

2.4 不確定度評估

由于強力值（F）由儀器直接讀出，因此其不確定度主要包括：強力值的重復(fù)性、儀器強力允差、儀器讀數(shù)的分辨率、環(huán)境的溫濕度和拉伸速度。因為試驗過程在恒溫恒濕試驗室完成，溫濕度變化很小，因此產(chǎn)生的不確定度可以忽略；儀器校準(zhǔn)證書給出的下夾持器下降速度小于標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定拉伸下降速度誤差，因此拉伸速度引起的不確定度可忽略。

2.4.1 重復(fù)試驗的不確定度

即樣品49次平行測試結(jié)果，按公式計算。

則重復(fù)試驗的相對不確定度為：

自由度：Vrep=49-1=48

2.4.2 強力讀數(shù)（F）的不確定度 μ（F）

強力儀校準(zhǔn)結(jié)果為強力允差±0.2%，因此，計量校準(zhǔn)得到的相對不確定度為：

所測得強力數(shù)據(jù)直接由顯示屏顯示并打印輸出，分辨率為0.03cN，則：

故強力讀數(shù)（F）的相對合成不確定度μ（F）：

自由度：VF=∞

2.4.3 不確定度的合成

斷裂強力的相對合成不確定度：

有效自由度：

2.4.4 擴展不確定度

選取置信水平95%，按vFeff=54查tp分布臨界值tp（v）得包含因子為kFp=tp（v）=2.01，則擴展不確定度 U（F）=46.27×2.01×0.03=2.79cN。

2.4.5 結(jié)果報告

苧麻單纖維強力：（46.27±2.79）cN，vFeff=54，括號內(nèi)第二項為U95之值。

3 結(jié)論

3.1 運用夏皮羅-威爾克法對苧麻單纖維斷裂強力檢測數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，結(jié)果表明斷裂強力檢測數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布；檢測數(shù)據(jù)可按狄克遜法進行檢驗，剔除異常值。

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