異戊橡膠門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值不確定度的評(píng)定

劉俊保，黃世英，李淑萍，曹帥英

( 中國石油蘭州化工研究中心 國家合成橡膠質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，甘肅蘭州730060)

門尼粘度是橡膠行業(yè)控制產(chǎn)品質(zhì)量和表征橡膠可塑性的重要指標(biāo)，研制質(zhì)量控制或校準(zhǔn)門尼粘度計(jì)的不同量值的門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)將勢(shì)在必行。為滿足合成橡膠行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的需求，按照國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制技術(shù)規(guī)范，對(duì)國產(chǎn)異戊橡膠IR 60、IR 80，經(jīng)過樣品的篩選確定候選物、通過穩(wěn)定性與均勻性檢驗(yàn)、聯(lián)合15個(gè)實(shí)驗(yàn)室定值、評(píng)定不確定度、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的申報(bào)等逐項(xiàng)工作，研制出了異戊橡膠IR 60、IR 80 兩種門尼粘度國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的準(zhǔn)確和不確定度評(píng)定的合理將體現(xiàn)門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的整體水平，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在合成橡膠行業(yè)將得到廣泛應(yīng)用，進(jìn)行門尼粘度計(jì)的校準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量控制、各類人員的技術(shù)考核和比對(duì)、產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督與檢驗(yàn)、產(chǎn)品的雙邊貿(mào)易和質(zhì)量糾紛的仲裁等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮極其重要的作用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品

淄博魯華泓錦化工股份有限公司生產(chǎn)的IR 60、IR 80，優(yōu)級(jí)品;標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)為美國EXXON 化學(xué)公司研制的IRM－241E。

1.2 測(cè)試方法

制備IR 60、IR 80 樣品采用GB/T 15340 －2008中的直接法［1］，門尼粘度按照GB/T 1232.1 －2000［2］測(cè)試。

1.3 儀器

日本島津公司制造的SMV －300RT 型門尼粘度計(jì)。

2 不確定度來源

異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值樣品的不確定度因素包括樣品測(cè)量的重復(fù)性(u1)、樣品的均勻性(u2)和穩(wěn)定性(u3)、門尼粘度計(jì)儀器的工作溫度(u4)和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(u5)。

3 不確定度評(píng)定

根據(jù)JJF 1059.1 －2012［3］對(duì)異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值樣品的不確定度進(jìn)行了分析與評(píng)定。

3.1 不確定度分量u1

聯(lián)合15 家合成橡膠行業(yè)權(quán)威的機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行聯(lián)合定值。異戊橡膠IR 60、IR 80 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的門尼粘度及統(tǒng)計(jì)值見表1。

表1 異戊橡膠門尼粘度重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)及其統(tǒng)計(jì)值Table 1 Repeated measurement results and their statistical values of Mooney viscosity of i soprene rubber

由表1 數(shù)據(jù)可知，重復(fù)性引起的不確定度按照公式(1)計(jì)算。

u1=uc)，因此，異戊橡膠IR 60、IR 80 在ML(1 +4)100℃下的不確定度分量u1分別為0.0670、0.1701。

3.2 不確定度分量u2

異戊橡膠門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制，均勻性評(píng)價(jià)采用相同的條件，在樣本中任意選取15個(gè)樣，重復(fù)測(cè)定3 次門尼粘度值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用方差分析法。異戊橡膠IR 60、IR 80 樣品均勻性檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 異戊橡膠門尼粘度均勻性檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 Testing results of uniformity of isoprene rubber Mooney viscosity

通過均勻性檢驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)，由表2 數(shù)據(jù)表明，IR 60、IR 80 F 檢驗(yàn)值的值分別為1.02、1.42，遠(yuǎn)小于臨界值2.31［4］，在顯著水平0.05 時(shí)IR 60、IR 80樣品間均勻一致。

異戊橡膠IR60、IR80 樣品均勻性檢驗(yàn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差按式(2)計(jì)算。

式中:sH為門尼粘度均勻性檢驗(yàn)樣品之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差;s1為組間門尼粘度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差;s2為組內(nèi)門尼粘度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

定值的異戊橡膠IR 60、IR 80 橡膠樣品均勻性引入的不確定度為u2。由均勻性檢驗(yàn)結(jié)果可知，IR 60、IR 80 在ML(1 + 4)100℃下的u22分別為0.0012、0.2051。

3.3 不確定度分量u3

異戊橡膠門尼粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，采用同一條件每月將樣品測(cè)定3 次，連續(xù)測(cè)定12個(gè)月的門尼粘度值考察其穩(wěn)定性，結(jié)果用t 檢驗(yàn)法統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)是否穩(wěn)定，IR 60、IR 80 門尼粘度穩(wěn)定性檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 異戊橡膠門尼粘度穩(wěn)定性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Testing and statistics results of Moo ney viscosity of isoprene rubber

續(xù)表3

由于t 檢驗(yàn)的臨界值為4.30［4］，從表3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，IR 60、IR 80 樣品在12個(gè)月的穩(wěn)定性中，t檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果均不大于臨界值，所以，異戊橡膠IR 60、IR 80 樣品在12個(gè)月變化不顯著，IR 60、IR 80 樣品穩(wěn)定。

按照計(jì)算不確定度u2的方法計(jì)算IR 60、IR 80樣品穩(wěn)定性所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)偏差st。由于，分別為0.2258 和0.2068。

3.5 不確定度分量u4

異戊橡膠IR 60、IR 80 樣品的門尼粘度在不同溫度下的測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 溫度對(duì)異戊橡膠門尼粘度測(cè)定結(jié)果影響Table 4 Effect of measurement temperature on Mooney viscosity of isoprene rubber

門尼粘度計(jì)模腔工作溫度對(duì)門尼粘度測(cè)定值有一定影響，溫度低門尼粘度測(cè)定結(jié)果偏大，溫度高則門尼粘度測(cè)定結(jié)果偏低。由表4 數(shù)據(jù)可以看出，在100℃±0.5℃時(shí)，異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度測(cè)定結(jié)果相差不大，在100℃±1℃時(shí)，異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度測(cè)定結(jié)果有差異。將表4 中門尼粘度均值擬合成關(guān)于溫度變化的直線，其擬合成的線性方程分別為x = 232.61 －1.66W、x =323.79 －2.42W。擬合的直線方程當(dāng)溫度變化0.1℃時(shí)，門尼粘度值則分別變化0.166、0.242。如果按照均勻分布，則異戊橡膠IR 60 門尼粘度計(jì)模腔溫度引入的最大不確定度按照

式(3)［5］計(jì)算。

同理，異戊橡膠IR 80 門尼粘度計(jì)模腔溫度引入的最大不確定度為=0.0699。

3.6 不確定度分量u5

門尼粘度計(jì)的轉(zhuǎn)速對(duì)門尼粘度的測(cè)定結(jié)果有影響，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2.00r/min ±0.02r/min，考察不同轉(zhuǎn)速對(duì)門尼粘度測(cè)定結(jié)果的影響，乙丙橡膠樣品在不同轉(zhuǎn)速下的門尼粘度測(cè)定結(jié)果見表5。

表5 轉(zhuǎn)速對(duì)乙丙橡膠門尼粘度測(cè)定結(jié)果影響Table 5 Effect of rotation speed on Mooney viscosity of isoprene rubber

門尼粘度計(jì)轉(zhuǎn)速對(duì)門尼粘度測(cè)定結(jié)果有影響，基本成線性關(guān)系。將表5 中門尼粘度均值擬合成關(guān)于轉(zhuǎn)速的線性方程，擬合的直線方程的分別為x =49.38 +8.8R、x =78.78 +1.9 R，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化0.1r/min 則門尼粘度的變化分別0.79、0.19。如果為均勻分布則異戊橡膠IR 60 門尼粘度計(jì)轉(zhuǎn)速引入的最大不確定度按照式(4)計(jì)算。

同理，異戊橡膠IR 80 測(cè)試門尼粘度計(jì)轉(zhuǎn)速引入的最大不確定度為0.0548。

4 不確定度uc及不確定度U

綜上所述，合成不確定度uc按照式(5)計(jì)算:

P =95%，k =2，則擴(kuò)展不確定度U =2uc=2 ×0. 55 =1. 1，定值的異戊橡膠IR 60 門尼粘度ML(1 +4)100℃標(biāo)稱值為(66.3 ±1.1)。

同理，異戊橡膠IR 80 在ML(1 +4)100℃下的不確定度為1.4。標(biāo)稱值為(81.9 ±1.4)。

5 評(píng)定結(jié)論

(1)異戊橡膠IR 60、IR 80 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，不確定度貢獻(xiàn)較大的為樣品的穩(wěn)定性，其次為樣品的均勻性、測(cè)量的重復(fù)性。

(2)校準(zhǔn)合格的門尼粘度計(jì)其溫度、轉(zhuǎn)速對(duì)門尼粘度測(cè)定不確定度影響較小。

(3)異戊橡膠IR 60、IR 80 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定分別為1. 1、1. 4，標(biāo)準(zhǔn)值分別為66. 3 ± 1. 1、81.9 ±1.4。

［1］蔡尙脈，陳鷹. GB/T 15340 －2008 天然、合成生膠取樣及制樣［S］. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［2］張菊秀，李海鷹，沈輝，等. GB/T 1232.1 －2000未硫化橡膠用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定 第1部分:門尼粘度的測(cè)定［S］. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

［3］葉德培，趙峰，施昌彥. JJF 1059.1 －2012 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示［S］. 北京:中國計(jì)量出版社，2012.

［4］全國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)管理委員會(huì). 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制管理與應(yīng)用［M］. 北京:中國計(jì)量出版社，2010:90 －121.

［5］全國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)管理委員會(huì). 分析測(cè)試質(zhì)量保證［M］. 遼寧:遼寧大學(xué)出版社，2004:529 －593.