卫生纸柔软度的测定及不确定度评估

进行生活用纸柔软度测试时[1～2]，经常出现卷筒皱纹卫生纸宽度不够的情况，无法裁出尺寸达到100m m的测试试样，因此，本文开展对卫生卷纸的尺寸与柔软度比例关系的探讨，以期为检测过程中提供一定的理论基础。同时，为了保证测量结果的准确度，使用不确定度来表征测量结果质量。

1的测量仪器及试样
柔软度测定使用四川省长江造纸仪器厂产的YQ-Z-39型柔软度测定仪。
实验使用国内知名厂家生产的卫生卷筒纸为样品，共8组实验。每组实验样品尺寸（横×纵）分别为100m m×100mm、90mm×100mm、80mm×100mm、50mm×100m m和100m m×100m m、100m m×90m m、100m m×80mm、100mm×50mm。

2的测量不确定度评估
2.1的柔软度计算公式
本测量为直接测量，因为仪器示值偏差较小，不对仪器示值进行修正。
2.2的不确定度的主要来源
试验在标准规定的恒温恒湿条件下进行，不考虑温湿效应所引起的不确定度分量，柔软度测量结果的不确定度主要来源于测量的重复性、仪器校准、试样尺寸偏差。
2.3的测量不确定度来源的评定
2.3.1的测量重复性引入的标准不确定度分量
该分量包含了柔软度仪的测量重复性和样品的不均匀性两方面的随机影响。取同一样品若干试样，分别测量纵横向各10组数据，所得结果列于表1。同一纸样纵横向柔软度值具有相关性，因此，不单独做x i、x j的不确定度评估，而综合评定每一纸样的柔软度值x k（其为x i、xj的均值）的标准偏差。
2.3.2的仪器校准所引入的标准不确定度分量检定证书给出的准确度等级为1级，假设属于均匀分布，由此导致的柔软度测量结果的相对标准不确定。

3的试验结果分析
3.1的试样尺寸与柔软度的比例关系
以上柔软度值为不确定度修正结果。从表2、表3可见，1～8组试样纵横向柔软度测定结果与试样纵横向宽度近似成正比，90m m时比值为0.90（90/100），80m m时比值接近0.80，50mm时相关性稍差，比值低于0.50。
柔软度为试样本身抗弯曲力和试样与狭缝的摩擦力的合力，取决于纸页的挺度（外力作用于纸面时纸页抗弯曲的大小）和纸面的平滑程度（纸面摩擦阻力的大小），其中挺度是主要的影响因素[3～5]。因为试验采用的卫生卷纸表面比较平滑，产生的摩擦力较小，在这种情况下，影响柔软度的主导力为抗弯曲力；而抗弯曲力与试样在轴上的接触宽度相关，在柔软度测试仪板状测头向下运动的行程相对稳定的情况下，弯曲力对应的弯曲面积与试样在轴上的接触宽度成比例关系，因此柔软度与抗弯曲长度有明显的正比例关系。同时,试样与狭缝的摩擦力以接触宽度为轴，理论上轴上每点摩擦力是一致的，所以摩擦力的大小取决于轴长，即接触宽度，因此柔软度与接触宽度有明显的正比例关系。实验结果也表明，试样尺寸为50m m时与柔软度对应比例关系较差，原因可能是尺寸小的试样在试验时容易呈V型，两边翘起，从而影响测量结果。故在实际操作过程中很少采用50m m作为试样尺寸进行柔软度测量。
3.2的试样尺寸对异向柔软度的影响
评定横向尺寸变化对横向柔软度影响时，其纵向尺寸保持100m m，理论上，由于柔软度值与试样尺寸的比例关系，其纵向柔软度值应基本保持一致。然而，横向尺寸为90m m、80m m时纵向柔软度值基本保持稳定，而横向尺寸为50m m时，纵向柔软度值则有较大程度的下降，见图1。同样，评定纵向尺寸变化对纵向柔软度影响时，横向尺寸保持100m m不变，其横向柔软度也出现类似的规律，见图2。原因可能是由于卫生纸切成50m m大小的试样时，重量变化较大，此时，影响柔软度的主导力不仅仅是抗弯曲力，重量产生的摩擦力大大减少，柔软度值下降较多。

4的结论
依据国家标准规定的条件测定生活用纸柔软度，测量结果的扩展不确定度为1.4m N，置信水平约为95％；在实验条件下，卫生卷纸的纵横向柔软度测定结果与试样纵横向宽度近似成正比；在试样尺寸为90mm和80mm时，柔软度与试样尺寸的比例对应关系良好，而在50m m时，比例关系略差；卫生卷纸柔软度测试过程中，试样尺寸对异向柔软度值有一定影响，并出现一致的规律性；50mm的试样尺寸对异向柔软度值的影响较大。
 

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