浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能测量不确定度评定.pdf

中国人造板 2023,30(10)质量 标准化 STANDARDIZATION浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能测量不确定度评定辛江梅1，孙 毅2，钟金环11.德华兔宝宝装饰新材股份有限公司，浙江 德清 313200；2.山东省产品质量检验研究院，济南 250100摘要：按照JJF 1059.12012 测量不确定度评定与表示 规定的方法，对浸渍胶膜纸饰面细木工板的表面耐磨性能检测结果进行测量不确定度分析和评定，并为提高其测量可靠性和精确度提出了相应的建议。关键词：饰面人造板；表面耐磨性能；不确定度文章编号：TS67 文献标志码：B 文章编号：1673-5064（2023）10-0033-07 DOIDOI：10.12393/j.1673-5064.20231007Measurement Uncertainty Evaluation on Surface Wear Resistance of Decorated Wood-based Panels with Paper Impregnated Thermosetting ResinsXin Jiangmei1,Sun Yi2,Zhong Jinhuan11.Dehua Tubao New Decoration Materials Co.Ltd.,Deqing 313200,Zhejiang,China;2.Shandong Institute for Product Quality Inspection,Jinan 250100,ChinaAbstract:In this work the measurement uncertainty of surface wear resistance for decorated wood-based panels with paper impregnated thermosetting resins was analyzed and evaluated in accordance with JJF 1059.1-2012 Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement.The measures proposed to guarantee the reliability and precision of surface wear resistance determination.Key words:decorated wood-based panels;surface wear resistance;uncertainty浸渍胶膜纸饰面人造板具有表面花色多样、耐磨、耐热、耐化学污染以及表面光滑易清洗等优良性能，广泛用于家具制造、室内装饰装修等领域 1。浸渍胶膜纸饰面人造板的表面耐磨是其质量检测中一项重要技术指标，因为它直接关系到产品使用效果，因此有必要对各类饰面人造板表面耐磨性能测量结果进行精准评估、衡量。刘晓辉 2 对人造板表面耐磨性能测定影响因素进行了分析研究，提出了对砂布和研磨轮的使用建议；汪浩明等 3 对实木地板表面耐磨性能检测，其不确定度评定主要来源为天平、磨耗仪、操作过程重复性等，结果显示具有较理想的不确定度，但未涉及砂布条的影响因素，而砂布条的平衡处理、研磨性能均对板材表面耐磨性能有重要影响 4-5。因此，就浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能的测量不确定度进行进一步研究和评估，以期为提高表面耐磨性能检验检测的可靠性和精确度提供参考。1 材料与方法1.1 试验材料浸渍胶膜纸饰面细木工板，密度0.59 g/cm3，含水率通讯作者：钟金环，高级工程师，德华兔宝宝装饰新材股份有限公司。E-mail：33 中国人造板 2023,30(10)辛江梅，等:浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能测量不确定度评定8.3%，锯制的试件规格为100 mm100 mm17.0 mm，试件数（n）为11块，表面图案纹；砂布条，AP180/3，上海现代环境工程技术有限公司；标准锌板，Taber S-34，美国泰伯尔（Taber）公司。1.2 试验设备磨耗仪，JM-V，上海现代环境工程技术有限公司；高低温试验箱，GPL-2，爱斯佩克试验仪器（广东）有限公司；电子分析天平，ME204E/02，感量0.1 mg，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。1.3 试验方法按GB/T 176572022人造板及饰面人造板理化性能试验方法中4.47规定的方法，将平衡处理后的砂布条粘结于研磨轮上后安装在磨耗仪上，置计数于零；用脱脂纱布将试件表面擦净并称重，用试件夹具夹紧试件，然后将研磨轮轻置于试件上；开启吸尘器，在施加4.9 N外力条件下旋转试件；旋转100 r后，取下试件，除去表面浮灰称量。目测试件表面被研磨部分花纹保留状况，以留有花纹且不露底为合格判定标准。有研究 5-6 表明试验环境条件对于表面耐磨测定值的影响显著，且试件、砂纸平衡处理条件对耐磨性测定值的影响明显，因此，本研究试验环境参数为温度（232）、相对湿度（505）%，同砂布条、试件的平衡处理条件保持一致，确保试验结果可靠性。试件磨耗值按式（1）计算，精确至0.1 mg，F=m1-m2R 100（1）式中：F磨耗值，mg/100 r；m1试件磨前质量，mg；m2试件磨后质量，mg；R磨耗转数，r。2 测量不确定度分析和评定方法2.1 测量不确定度来源分析通过试验方法步骤及公式（1）分析，饰面人造板表面耐磨性能测量不确定度的主要来源见图1，可知引入测量不确定度的影响因素主要来自以下方面：1）结果重复性导致的不确定度u（F）；2）砂布条带来的不确定度u（F）；3）电子分析天平称量引入的不确定度u（m）；4）磨耗仪参数带来的不确定度u（R）。按JJF 1059.12012测量不确定度评定与表示规定的方法，根据以上影响因素对试件表面耐磨性能测量不确定度进行研究和分析。2.2 测量不确定度评定方法饰面人造板表面耐磨性能测量不确定的评定分为A类不确定度和B类不确定度。图1 表面耐磨性能的测量不确定度主要来源34 中国人造板 2023,30(10)质量 标准化 STANDARDIZATION1）A类不确定度评定。试件测量值的测量标准差s（Xi）按式（2）计算，s(Xi)=1n-1i=1n(Xi-X)2（2）式中：n测量试件数量或检测次数；Xi试件指标测量值（如磨耗值、质量等）；X试件指标测量值的算术平均值（如磨耗值、质量等）。试件测量值的测量标准不确定度u（Xi）按式（3）计算，u(Xi)=s(Xi)n（3）试件测量值的测量相对标准不确定度urel（Xi）按式（4）计算，urel(Xi)=u(Xi)X 100%（4）试件测量值的A类标准不确定度的自由度vi按式（5）计算，vi=n1 （5）2）B类不确定度评定。试件测量值的测量标准不确定度u（Xi）按式（6）计算，u(Xi)=ak（6）式中：a测量值可能值区间的半宽度（按JJF 1059.12012中4.3.3.2规定确定）；k置信因子（按JJF 1059.12012中4.3.3.3规定确定）。试件测量值的测量相对标准不确定度urel（Xi）按式（7）计算，urel(Xi)=u(Xi)X 100%（7）式中：X被测值的设定值。试件测量值的B类标准不确定度自由度vi按式（8）计算，vi12u(Xi)u(Xi)-2（8）根据经验，按所测量值的信息来源的可信程度来判断标准不确定度u（Xi）的相对标准不确定度u（Xi）/u（Xi）。一般情况下，B类标准不确定度也可以不给出自由度。3 测量不确定度评定3.1 砂布条导致的不确定度按GB/T 176572022人造板及饰面人造板理化性能试验方法中4.47规定的方法，在重复性条件下使用砂布条对标准锌板进行平行研磨校准，结果见表1。由表 1 知，砂布条校准时的平均磨耗值-F为124.5 mg/500 r。磨耗试验结果符合正态分布，根据JJF 1059.12012标准中的A类方法，样本标准差的计算使用贝塞尔公式，砂布条校准的磨耗值实验标准差s（F）可按式（2）计算，结合表1数据，得到s（F）=5.84 mg/500 r。砂布条引入的标准不确定度u（F）按式（3）计算，得到u(F)=5.849=1.95 mg/500 r。砂布条引入的相对标准不确定度urel（F）按式（4）计算，得到表1砂布条校准结果序号123456789平均值磨耗前质量m1/mg57 907.257 776.757 655.857 540.957 415.057 285.857 161.157 044.256 912.8磨耗后质量m2/mg57 776.757 655.857 540.957415.057 285.857 161.157 044.256 912.856 786.8磨耗值Fi/（mg/500 r）130.5120.9114.9125.9129.2124.7116.9131.4126.0124.535 中国人造板 2023,30(10)辛江梅，等:浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能测量不确定度评定urel(F)=1.95124.5 100%=1.57%。砂布条校准的自由度v1按式（5）计算，得到v1=91=8。3.2 结果重复性导致的不确定度按GB/T 347222017 浸渍胶膜纸饰面胶合板和细木工板 规定的方法，对浸渍胶膜纸饰面细木工板（表面图案纹）试件在重复性条件下进行平行研磨试验，试件表面研磨 100 r 后留有花纹且不露底，测量结果见表2。由表2可知试件的平均磨耗值-F=63.0 mg/100 r。图2显示了该饰面细木工板试件在相同测试条件下的磨耗状态，可知试件表面（1#3#，10#）被研磨部分虽未露底，但花纹保留状况差异显著，虽然检测结果表明该产品通过了GB/T 347222017标准技术要求（80 mg/100 r），但研磨试验在平行测定时存在较大偏差，极差达到30.9 mg/100 r，因此也有必要对其进行不确定度研究分析。磨耗试验重复性操作引入的实验标准差s（F）按式（2）计算，由表2数据可得：s（F）=10.03 mg/100 r。结果重复性引入的标准不确定度u（F）按式（3）计算，可得u(F)=10.0311=3.02 mg/100 r。试件重复性测量结果导致的相对不确定度urel（F）按式（4）计算，可得urel(F)=3.0263.0 100%=4.79%。试件重复性测量自由度v2按式（5）计算，可得v2=111=10。3.3 电子天平测量引入的不确定度电子分析天平（量程为220 g）测量引入的不确定度主要来自3个方面：1）天平称量重复性。查天平制造商提供的天平线性为0.2 mg，即称量可能值的半区间宽度a1=0.2 mg；在区间内认为其服从均匀（矩形）分布，取置信因子k=3，则按式（6）易计算得到其测量标准不确定度u（m1）为u(m1)=0.23 0.115mg，天平量程220 g，按式（7）易计算其称量重复性相对标准不确定度urel（m1）为urel(m1)=0.115220 000 100%=0.000 523%。假设评定u（m1）的不靠谱程度达20%，按式（8）计算得到天平称量重复性自由度为v3=1/2（0.2）-2=12.5。2）天平示值误差。查看检定证书，最大允许误差表2试件表面耐磨性能测量结果序号1234567891011平均值磨耗前质量m1/mg92 443.894 461.9103 265.9103 323.389 862.989 928.291 584.883 134.682 620.386 994.085 917.7磨耗后质量m2/mg92 376.394 402.7103 221.6103 252.789 789.289 866.491 530.783 064.582 569.986 918.885 851.4磨耗值Fi/（mg/100 r）67.559.244.370.673.761.854.170.150.475.266.363.0图2 浸渍胶膜纸饰面细木工板在相同测试条件下的磨耗结果36 中国人造板 2023,30(10)质量 标准化 STANDARDIZATION为0.5 mg，即其称量可能值的半区间宽度a2=0.5 mg；在区间内认为其服从均匀分布，取置信因子k=3，则按式（6）易计算得到其示值误差测量标准不确定度u（m2）为u(m2)=0.53 0.289 mg。天平量程220 g，按式（7）易计算其示值误差相对标准不确定度urel（m2）为urel(m2)=0.289220 000 100%=0.000 131%。假设评定u（m2）的不靠谱程度达20%，按式（8）易计算得到天平示值误差自由度为v4=1/2（0.2）-2=12.5。3）天平分辨率。分辨力为0.1 mg，则a3=0.05 mg，测量时其不确定度服从均匀分布，取置信因子k=3，则按式（6）易计算其分辨率标准不确定度u（m3）为u(m3)=0.053 0.0289 mg。天平量程220 g，按式（7）易计算其分辨率相对标准不确定度urel（m3）为urel(m3)=0.0289220000 100%=0.000 013 1%。假设评定u（m2）的不靠谱程度达20%，按式（8）易计算其分辨率自由度为v5=1/2（0.2）-2=12.5。天平测量引入的相对不确定度urel（m）由天平称量重复性urel（m1）、示值误差urel（m2）和分辨率urel（m3）部分的不确定度合成，可按式（9）计算。urel(m)=u2rel(m1)+u2rel(m2)+u2rel(m3)（9）计算得到urel（m）=0.000 142%。3.4 磨耗仪参数引入的不确定度磨耗仪引起的不确定度由转速和摩擦荷重引入的不确定度组成：1）转速不确定度u（R1）。查看校准证书，转速设定为60 r/min，不确定度U=0.5 r/min（k=2），则其转速标准不确定度u（R1）为u(R1)=0.52 0.25 r/min。磨耗仪实际转速60 r/min，按式（7）易计算其相对不确定度urel（R1）为urel(R1)=0.2560 100%=0.417%。假设评定u（R1）的不靠谱程度达20%，按式（8）易计算其转速自由度为v6=1/2（0.2）-2=12.5。2）摩擦荷重不确定度u（R2）。查看校准证书，摩擦荷重为500 g，不确定度U=0.5 g（k=2），则u(R2)=ak=0.52 0.25 g。磨耗仪实际摩擦荷重500 g，按式（7）易计算其摩37 中国人造板 2023,30(10)辛江梅，等:浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能测量不确定度评定擦荷重相对不确定度urel（R2）为urel(R2)=0.25500 100%=0.05%。假设评定u（R2）的不靠谱程度达20%，按式（8）易计算得到磨耗仪摩擦荷重自由度为v7=1/2（0.2）-2=12.5。磨耗仪引入的相对不确定度urel（R）由转速urel（R1）和荷重urel（R2）部分的不确定度合成，计算方式同天平引入的相对不确定度：urel(R)=0.417%2+0.05%2=0.42%。3.5 合成标准不确定度综上，汇总饰面人造板表面耐磨性能测量标准不确定度分量，结果见表3。表面耐磨性能测量合成相对标准不确定度uc按式（10）计算：uc=u2rel(F)+u2rel(F)+u2rel(m)+u2rel(R)（10）根据表3结果，可得uc=4.792+1.572+(0.142 10-3)2+0.422=5.06%。合成标准不确定度的有效自由度veff按式（11）计算：veff=u4ci=1N=4u4c(Xi)vi （11）结合表3数据，易计算得到veff 12.0。扩展不确定度U按式（12）计算：U=F k uc（12）扩展不确定度的评定根据JJF 1059.12012，按t分布查表可知自由度为12、取置信度p=95%时，则置信因子k=2.18，结合本文所研究试件的平均磨耗值为63.0 mg/100 r，则其磨耗值扩展不确定度为U=63.02.185.06%=6.9 mg/100 r（k=2.18）。另外，根据表3的合成相对标准不确定度结果，可知测量重复性、砂布条引入的标准不确定度为整个检验结果的主导影响因素（即A类分布占主导，B类分布可忽略），可近似地认为检测结果符合正态分布，则其合成相对标准不确定度uc为uc4.792+1.572=5.04%。因此，取置信概率p=95%，则置信因子k=1.96，易计算得到本文饰面人造板表面耐磨性能测量扩展不确定度U为U=63.01.965.04%=6.2 mg/100 r（k=1.96）。该近似扩展不确定度与精确计算的磨耗值扩展不确定度偏差较小（1 mg/100 r），也可作为生产检验参考之用。4 结论与建议本文研究评定了浸渍胶膜纸饰面人造板表面耐磨性能的测量不确定度，结果显示：1）重复性试验是表面耐磨性能的测量不确定度的主要影响因素。相关国家标准对表面耐磨性测定的试件数量未做详细规定（GB/T 176572022）或仅规定为1块（如GB/T 151022017浸渍胶膜纸饰面纤维板和刨花板、GB/T 347222017、GB/T 370052018油漆饰面人造板和多项地板类国家标准），极易导致耐磨性能测定表3标准不确定度分量汇总序号1234标准不确定度来源测量重复性u（F）砂布条校准ul（F）天平称量重复性u（m1）天平示值误差u（m2）天平分辨率u（m3）耐磨仪转速u（R1）磨耗仪摩擦荷重u（R2）类型A类A类B类B类B类B类B类分布正态分布正态分布矩形分布矩形分布矩形分布矩形分布矩形分布置信因子k/333/标准不确定度值u（Xi）3.02 mg/100 r1.95 mg0.115 mg0.289 mg0.028 9 mg0.25 r/min0.25 g相对标准不确定度值urel（Xi）/%4.791.570.52310-40.13110-30.13110-40.4170.05合成相对标准不确定度值uc（Xi）/%4.791.570.14210-30.42自由度vi10812.512.512.512.512.538 中国人造板 2023,30(10)质量 标准化 STANDARDIZATION结果产生较大的偏差和不确定性，建议增加试件数量至3块或以上，和ISO 4586-2：2018 High-pressure decorative laminates（HPL，HPDL）Sheets based on thermosetting resins（usually called laminates）Part 2：Determination of properties（高压层压装饰板 基于热固性树脂的薄板 第2部分：性能测定）、EN 14323：2021 Wood-based panels-Melamine faced boards for interior usesTest methods（室内用三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面人造板试验方法）、JIS K 6902：2022 Testing method for laminated thermosetting high-pressure decorative sheets（高压层压装饰板的测试方法）等国外标准对试件数量规定相似，以提高饰面人造板表面耐磨测定结果的可靠性和准确性。2）砂布条对表面磨耗也有较大的影响，建议定期或定批次地对其磨耗能力进行校准，控制研磨性能对耐磨性能测定结果也极为重要。另外耐磨仪、电子天平自身参数的影响较小，虽不显著但在测定过程中仍应注意操作规范，如吸尘效果、研磨轮、提升装置的施力效果等，减少主客观因素诱发测量偏差，提高检验检测的可靠性和准确性。参考文献：1 卢希珍,方露,赵建忠,等.家具用浸渍胶膜纸饰面人造板的产业现状与发展J.家具,2022,43(5):1-5,11.2 刘晓辉.人造板表面耐磨性能测定影响因素的研究与建议 J.人造板通讯,2005,12(8),9-11,17.3 汪浩明,李宗云,赵灵杰,等.实木地板表面耐磨测量不确定度的评定J.中国人造板,2020,27(4):30-32.4 蒋永涛.影响浸渍胶膜纸饰面刨花板表面耐磨性能的因素分析J.木材加工机械,2018,29(6):8-10,27.5 胡生辉,由佳,金枝.浸渍胶膜纸饰面刨花板表面耐磨性能测定结果的影响因素分析J.林业科技通讯,2022,8:32-34.6 汪进,李文忠,沈国峰.预处理条件和砂布磨损能力对家具漆膜磨耗量的影响J.林产工业,2021,58(7):28-31,39.本文编校：张玉萍39