塑料垃圾桶维卡软化温度的测度及不确定度分析

石兴凤 彭全 向小冬

重庆市计量质量检测研究院 重庆 401121

国家发展改革委、住房和城乡建设部《生活垃圾分类制度实施方案》中强调，到2020年底，基本建立垃圾分类相关法律法规和标准体系，形成可复制、可推广的生活垃圾分类模模式，在实施生活垃圾强制分类的城市，生活垃圾回收利用率达到35%以上。垃圾分类制度将推动垃圾桶的分类。我国有关垃圾桶的标准有国家标准GB/T28797-2012《室内塑料垃圾桶》、城镇建设行业标准CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技术条件》、北京市地方标准DB11/T931.1-2012《户用分类垃圾桶（袋）技术规范第1部分：塑料垃圾桶》、DB11/T931.2-2012《户用分类垃圾桶（袋）技术规范第2部分：铁质垃圾桶》。本文将针对执行标准CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技术条件》的塑料垃圾桶的维卡软化温度进行分析。

执行标准CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技术条件》的塑料垃圾桶的维卡软化温度按照GB/T1633-2000《热塑性塑料维卡软化温度（VST）的测度》中A50法规定进行，塑料垃圾桶维卡软化温度（VicatSofteningTemperature）的测定，是将边长10mm的正方形塑料垃圾桶试样放于液体传热介质甲基硅油中，在10N负荷、50℃/h相等速度升温条件下，1平方毫米的压针头压入试样1毫米深度时的温度[1]。

维卡软化温度可以评价材料的耐热性能，同时反映制品在受热条件下的物理力学性能。材料的维卡软化温度虽不能直接用于评价材料的实际使用温度，但可以用来指导材料的质量控制。维卡软化温度越高，表明材料受热时的尺寸稳定性越好，热变形越小，即耐热变形能力越好，刚性越大，模量越高。CJ/T280-2008《塑料垃圾桶通用技术条件》中明确本标准适用于容积120L和240L的两轮移动式塑料垃圾桶、其他类塑料垃圾桶参照执行。120L和240L的塑料垃圾桶大多用于室外，夏天，室外的温度高达40℃，地表温度更高，我国地表温度最高记录是83.3℃。如果塑料垃圾桶的维卡软化温度偏低，夏天的温度将会导致塑料垃圾桶变软，塑料垃圾桶在高温下持续承重后将会变形，影响使用。

1 实验部分

1.1 主要仪器

用冲片机冲裁制样、游标卡尺测量尺寸、热变形维卡软化点温度测定仪进行测试，示意图见图1。

1.2 检验依据

GB/T1633-2000《热塑性塑料维卡软化温度（VST）的测度》。

1.3 测试原理

把试样放在液体介质甲基硅油中，在一定等速升温条件下，标准压针（横截面积1mm2的圆柱体硬质钢）在一定负荷的作用下，本文采用（10±0.2）N力，压入塑料垃圾桶上切取试样（边长10mm的正方形）内1mm时的温度，压入1mm时的温度即为试样的维卡软化温度（VST），单位：℃。

1.4 测量过程

（1）从同一个塑料垃圾桶上，在同一个位置用冲片机冲裁20个测试样条，样条尺寸：厚度3-6.5mm，厚度为垃圾桶本身厚度，边长10mm的正方形。试样按照GB/T2918-2018《塑料试样状态调节和试验的标准环境》中规定在温度（23±1）℃，湿度（50±5）%RH条件下状态调节24h。

（2）把试样中心置于压针头下,放入加热装置中5min，5min后，压针头位置稳定加砝码并调零，千分表、负荷板、用于支撑负荷板的杆和压针头组件、砝码的总重量为10N。

（3）启动搅拌器，试验初始温度（20-23）℃,加热速率50℃/h，测温仪器的传感部件与试样在同一水平面，靠近试样[2]。

（4）千分表清零，启动试验，记录压针下降1mm时的温度。

1.5 实验条件：升温速率：50℃/h，负载：10N

1.6 数学模型见式（1）

T-维卡软化温度，℃；

Tm-测试温度，℃。

1.7 塑料垃圾桶维卡软化温度测量不确定度来源

在检测过程中，不确定度的来源可能很多，主要是试验人员、检测设备、检测对象、检测方法等的不完善引起的。经过分析，针对维卡软化温度试验不确定度的来源有主要有以下9个方面：

（1）千分表读数显示的误差；

（2）测温仪器温度显示的误差；

（3）砝码的误差；

（4）液体介质甲基硅油中温度均匀度引起的误差；

（5）升温速率的误差；

（6）压针头尺寸的误差；

（7）塑料垃圾桶材质不均匀性引起的误差；

（8）塑料垃圾桶试样的尺寸引起的误差；

（9）检测人员的操作引起的误差等。

由于（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）这7项因素与最终维卡软化温度检测结果相互独立，不能用函数建立关系。因此将这些因素统一作为随机因素导致的测量不确定度，全部看做重复性测量引入的不确定度来进行计算。

根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，经分析，维卡软化温度测定试验不确定度的来源主要有：

测量重复性引起的不确定度u1，是在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定，属于A类不确定度。

测温仪器温度显示的误差引起的不确定度u2，属于B类不确定度。

2 不确定度的评定

表1 测量重复性引入的不确定度

在相同的实验条件下，同一人员、同一时间、同一环境、同一试样、同一设备、同一方法对样品独立测量20次，维卡软化温度测定结果列于表1中。测量重复性引入的不确定度按式（2）计算，计算结果列于表1。

2.2 温度表测量引起的不确定度u2

温度显示引起的不确定度u2为B类不确定度。

区间半宽度为维卡软化温度测试仪校准证书给出的扩展不确定度为0.3℃，正态分布情况下概率0.9545下的置信因子为2,故u2=0.3/2=0.15℃[3]。

3 合成不确定度uc及扩展不确定度U

上述各项不确定度分量相互独立，则合成不确定度：

取包含因子k=2，则扩展不确定度U=2uc=2×0.2=0.4℃

4 不确定度结果报告

该塑料垃圾桶维卡软化温度检测结果表示为(117.9±0.4)℃，扩展不确定度U=0.4℃，它是由合成不确定度uc=0.2℃乘以扩展因子k=2而得到。