異戊橡膠門尼粘度標準物質定值不確定度的評定

劉俊保，黃世英，李淑萍，曹帥英

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

門尼粘度是橡膠行業控制產品質量和表征橡膠可塑性的重要指標，研制質量控制或校準門尼粘度計的不同量值的門尼粘度標準物質將勢在必行。為滿足合成橡膠行業技術進步的需求，按照國家標準物質研制技術規范，對國產異戊橡膠IR 60、IR 80，經過樣品的篩選確定候選物、通過穩定性與均勻性檢驗、聯合15個實驗室定值、評定不確定度、標準物質的申報等逐項工作，研制出了異戊橡膠IR 60、IR 80 兩種門尼粘度國家標準物質。門尼粘度標準物質定值的準確和不確定度評定的合理將體現門尼粘度標準物質研制的整體水平，該標準物質在合成橡膠行業將得到廣泛應用，進行門尼粘度計的校準、產品質量控制、各類人員的技術考核和比對、產品質量的監督與檢驗、產品的雙邊貿易和質量糾紛的仲裁等領域將發揮極其重要的作用。

1 試驗部分

1.1 樣品

淄博魯華泓錦化工股份有限公司生產的IR 60、IR 80，優級品;標準參考物質為美國EXXON 化學公司研制的IRM－241E。

1.2 測試方法

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］測試。

1.3 儀器

日本島津公司制造的SMV －300RT 型門尼粘度計。

2 不確定度來源

異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度標準物質定值樣品的不確定度因素包括樣品測量的重復性(u1)、樣品的均勻性(u2)和穩定性(u3)、門尼粘度計儀器的工作溫度(u4)和轉子的轉速(u5)。

3 不確定度評定

根據JJF 1059.1 －2012［3］對異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度標準物質定值樣品的不確定度進行了分析與評定。

3.1 不確定度分量u1

聯合15 家合成橡膠行業權威的機構的實驗室進行聯合定值。異戊橡膠IR 60、IR 80 標準物質定值的門尼粘度及統計值見表1。

表1 異戊橡膠門尼粘度重復測量數據及其統計值Table 1 Repeated measurement results and their statistical values of Mooney viscosity of i soprene rubber

由表1 數據可知，重復性引起的不確定度按照公式(1)計算。

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準物質研制，均勻性評價采用相同的條件，在樣本中任意選取15個樣，重復測定3 次門尼粘度值，數據統計采用方差分析法。異戊橡膠IR 60、IR 80 樣品均勻性檢驗結果見表2。

表2 異戊橡膠門尼粘度均勻性檢驗結果Table 2 Testing results of uniformity of isoprene rubber Mooney viscosity

通過均勻性檢驗和統計，由表2 數據表明，IR 60、IR 80 F 檢驗值的值分別為1.02、1.42，遠小于臨界值2.31［4］，在顯著水平0.05 時IR 60、IR 80樣品間均勻一致。

異戊橡膠IR60、IR80 樣品均勻性檢驗樣品的標準偏差按式(2)計算。

式中:sH為門尼粘度均勻性檢驗樣品之間的標準偏差;s1為組間門尼粘度測量的標準偏差;s2為組內門尼粘度測量的標準偏差。

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。由均勻性檢驗結果可知，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準物質研制穩定性評價，采用同一條件每月將樣品測定3 次，連續測定12個月的門尼粘度值考察其穩定性，結果用t 檢驗法統計評價是否穩定，IR 60、IR 80 門尼粘度穩定性檢驗的統計結果見表3。

表3 異戊橡膠門尼粘度穩定性檢驗統計結果Table 3 Testing and statistics results of Moo ney viscosity of isoprene rubber

續表3

由于t 檢驗的臨界值為4.30［4］，從表3 統計結果來看，IR 60、IR 80 樣品在12個月的穩定性中，t檢驗的數據統計結果均不大于臨界值，所以，異戊橡膠IR 60、IR 80 樣品在12個月變化不顯著，IR 60、IR 80 樣品穩定。

按照計算不確定度u2的方法計算IR 60、IR 80樣品穩定性所產生的標準偏差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定結果見表4。

表4 溫度對異戊橡膠門尼粘度測定結果影響Table 4 Effect of measurement temperature on Mooney viscosity of isoprene rubber

門尼粘度計模腔工作溫度對門尼粘度測定值有一定影響，溫度低門尼粘度測定結果偏大，溫度高則門尼粘度測定結果偏低。由表4 數據可以看出，在100℃±0.5℃時，異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度測定結果相差不大，在100℃±1℃時，異戊橡膠IR 60、IR 80 門尼粘度測定結果有差異。將表4 中門尼粘度均值擬合成關于溫度變化的直線，其擬合成的線性方程分別為x = 232.61 －1.66W、x =323.79 －2.42W。擬合的直線方程當溫度變化0.1℃時，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 門尼粘度計模腔溫度引入的最大不確定度按照

式(3)［5］計算。

同理，異戊橡膠IR 80 門尼粘度計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

門尼粘度計的轉速對門尼粘度的測定結果有影響，標準規定轉子轉速為2.00r/min ±0.02r/min，考察不同轉速對門尼粘度測定結果的影響，乙丙橡膠樣品在不同轉速下的門尼粘度測定結果見表5。

表5 轉速對乙丙橡膠門尼粘度測定結果影響Table 5 Effect of rotation speed on Mooney viscosity of isoprene rubber

門尼粘度計轉速對門尼粘度測定結果有影響，基本成線性關系。將表5 中門尼粘度均值擬合成關于轉速的線性方程，擬合的直線方程的分別為x =49.38 +8.8R、x =78.78 +1.9 R，當轉速變化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 門尼粘度計轉速引入的最大不確定度按照式(4)計算。

同理，異戊橡膠IR 80 測試門尼粘度計轉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)計算:

P =95%，k =2，則擴展不確定度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。標稱值為(81.9 ±1.4)。

5 評定結論

(1)異戊橡膠IR 60、IR 80 標準物質，不確定度貢獻較大的為樣品的穩定性，其次為樣品的均勻性、測量的重復性。

(2)校準合格的門尼粘度計其溫度、轉速對門尼粘度測定不確定度影響較小。

(3)異戊橡膠IR 60、IR 80 標準物質的不確定分別為1. 1、1. 4，標準值分別為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:中國標準出版社，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進行測定 第1部分:門尼粘度的測定［S］. 北京:中國標準出版社，2000.

［3］葉德培，趙峰，施昌彥. JJF 1059.1 －2012 測量不確定度評定與表示［S］. 北京:中國計量出版社，2012.

［4］全國標準物質管理委員會. 標準物質的研制管理與應用［M］. 北京:中國計量出版社，2010:90 －121.

［5］全國標準物質管理委員會. 分析測試質量保證［M］. 遼寧:遼寧大學出版社，2004:529 －593.