苎麻单纤维断裂强力的异常值剔除与不确定度评估

廖丽萍，肖爱平，冷 鹃，田小兰，杨喜爱，程 毅，聂晴岚

（中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205）

苎麻在国际上被称为“中国草”，是我国独具特色的天然纤维资源，是优质的精纺原料，可纺性能与服用性能良好。苎麻单纤维断裂强力是影响其纤维可纺性能与织物使用性能的重要因素，是反映苎麻纤维品质好坏的重要指标，因此单纤维断裂强力的准确测定对苎麻纤维的合理使用起着重要作用。在测定过程中，由于样品本身的不均匀性，苎麻单纤维断裂强力的测定值可能出现较大误差，造成同一样品的平行试验测定值可能出现异常值。因此，本文对苎麻单纤维断裂强力测定数据进行正态分布检验，并根据狄克逊（Dixon）检验法剔除测定数据的异常值，取其正常值计算平均值。然后再用不确定度来表示和处理其测定结果，这样对苎麻纤维的正确评价及合理利用更有实际意义。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

单纤纤维强力仪（H1KS，锡莱亚太拉斯公司）。

1.2 试验材料

苎麻精干麻（苎麻原麻经生物或化学工艺脱胶后的麻纤维）

1.3 检测环境

温度为20℃±2℃，相对湿度为65%±3%的恒温恒湿条件。

1.4 测试方法及流程

方法：参照GB/T5886-1986《苎麻单纤维断裂强度试验方法》，将长100mm的苎麻单纤维以一定夹持长度和拉伸速度在电子单纤维强力仪上拉伸至断裂，得出断裂强力，其测试结果通过显示屏显示，并经打印机打印输出。

流程：将样品按要求制备成长100mm的单纤维→样品在温度（20±2）℃，相对湿度（65±3）%的条件下平衡24h→夹持样品（试验前对仪器设定好相关参数并预热）→拉伸断裂→显示强力（F）→打印输出

1.5 分析方法

运用夏皮罗-威尔克（Shapiro-Wilk）法对检测数据进行正态性检验，用狄克逊（Dixon）法剔除检测数据中的异常值，并对检测结果进行不确定度评估。

2 结果与分析

2.1 检测结果

表1为苎麻纤维R-1样品总试验次数为50次的单纤维断裂强力测定值。

表1 苎麻单纤维断裂强力测定结果Table1 The result oframie single fiber breakingstrength

2.2 检测数据的正态性检验

对表l中所列数据，按夏皮罗-威尔克法进行检验，具体计算见表2。由表2可得，F=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）为0.930。由于0.960＞0.930，故可认为苎麻单纤维断裂强力检测数据近似正态分布。

2.3 狄克逊法剔除异常值

表2 苎麻单纤维断裂强力测定结果的夏皮罗-威尔克法检验Table2 Shapiro-Wilk normalitytest for the result oframie single fiber breakingstrength

2.4 不确定度评估

由于强力值（F）由仪器直接读出，因此其不确定度主要包括：强力值的重复性、仪器强力允差、仪器读数的分辨率、环境的温湿度和拉伸速度。因为试验过程在恒温恒湿试验室完成，温湿度变化很小，因此产生的不确定度可以忽略；仪器校准证书给出的下夹持器下降速度小于标准方法中规定拉伸下降速度误差，因此拉伸速度引起的不确定度可忽略。

2.4.1 重复试验的不确定度

即样品49次平行测试结果，按公式计算。

则重复试验的相对不确定度为：

自由度：Vrep=49-1=48

2.4.2 强力读数（F）的不确定度 μ（F）

强力仪校准结果为强力允差±0.2%，因此，计量校准得到的相对不确定度为：

所测得强力数据直接由显示屏显示并打印输出，分辨率为0.03cN，则：

故强力读数（F）的相对合成不确定度μ（F）：

自由度：VF=∞

2.4.3 不确定度的合成

断裂强力的相对合成不确定度：

有效自由度：

2.4.4 扩展不确定度

选取置信水平95%，按vFeff=54查tp分布临界值tp（v）得包含因子为kFp=tp（v）=2.01，则扩展不确定度 U（F）=46.27×2.01×0.03=2.79cN。

2.4.5 结果报告

苎麻单纤维强力：（46.27±2.79）cN，vFeff=54，括号内第二项为U95之值。

3 结论

3.1 运用夏皮罗-威尔克法对苎麻单纤维断裂强力检测数据进行正态性检验，结果表明断裂强力检测数据近似服从正态分布；检测数据可按狄克逊法进行检验，剔除异常值。

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