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以黑索今(RDX)作为高能添加剂的硝胺改性双基推进剂(RDX-CMDB)具备高能量输出、低特征信号、较低生产成本等优点,已被应用在多种先进武器系统中。吸收药的制造是RDX-CMDB生产的前期工序,该工序将黑索今(RDX)、硝化纤维素(NC)、硝化甘油(NG)以及铝粉等少量辅料在大量液态水中持续搅拌混合。吸收药中各组份含量的准确度以及混合均匀度对RDX-CMDB最终成品能否达到配方设计的性能具有关键影响。然而,人工在生产线取样,再送往实验室对样品中各组份逐一分析的传统离线检测方法耗时过长(>12h),不能实时在线检测RDX-CMDB生产的过程质量。为克服传统离线检测方法对固体推进剂连续化、自动化生产造成的阻碍,本文首次运用近红外光谱分析方法在实验室对RDX-CMDB吸收药混合体系中主要组份的含量及混合均匀度进行了模拟在线检测研究,运用建立好的近红外定量模型对吸收药样品进行检测,整个分析流程快速环保(<1min)。具体研究内容及结果如下所述: 1、首先对RDX-CMDB吸收药的固体含能组份RDX、NC的含量进行了近红外原位、实时分析;研究了大量液态水的存在、持续搅拌动态环境对近红外光谱的影响,以及不同光谱预处理方法、光谱建模区间对近红外定量模型性能的影响。运用与傅里叶变换近红外光谱仪连接的光纤探头,直接探入到处于持续搅拌动态环境、含有RDX、NC和液态水的模拟吸收药混合体系中采集光谱,采用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)分别对RDX、NC建立定量校正模型。运用已建立的模型对处于持续搅拌的动态混合体系进行检测,RDX与NC组份的预测标准偏差与验证集样品的组份浓度平均值之比(RMSEP/mean)分别是1.91%、3.22%;预测标准偏差与模型内部校正标准偏差之比(RMSEP/RMSEC)分别是1.16、1.05;预测集的性能对标准差之比(RPDp)分别是9.35、5.97。实验结果说明,尽管液态水的吸收峰严重覆盖了RDX、NC的光谱信息,持续搅拌动态造成光谱信噪比降低,但是通过合理运用化学计量学方法能够有效克服上述因素造成的干扰。RDX、NC的定量模型性能可靠、稳定、分辨能力强,能够满足过程质量控制的要求。该部分研究为后续复杂体系的近红外分析奠定了基础。 2、运用近红外方法原位、实时分析了RDX-CMDB吸收药主要组份RDX、NC、NG的含量;对RDX模型的建模区间进行了化学解释;并从各组份理化性质的角度分析了NC、NG模型相对RDX模型预测性能较差的原因。在持续搅拌的动态环境下,运用傅里叶变换近红外光谱仪结合光纤探头直接探入到RDX-CMDB吸收药体系采集光谱,采用PLS算法分别对RDX、NC、NG建立定量校正模型。运用已建立的模型对处于持续搅拌动态环境下的混合体系中三种组份的含量进行检测,整个分析流程耗时<1min,不需消耗化学试剂,不产生废弃物。所得RDX、NC、NG组份的预测参数分别是RMSEP/mean=2.52%、3.38%、5.32%;RMSEP/RMSEC=1.25、1.86、1.47; RPDp=6.89、3.85、3.48。RDX位于6,000cm-1附近的吸收峰可能是叠氮硝基与碳氢基团伸缩振动以及碳氮杂环振动的合频吸收谱带,选择该区间建立的定量模型性能良好,并具有一定化学解释性。实验结果说明,RDX定量模型性能可靠、稳定、分辨能力强,能够满足过程质量控制的要求;NC、NG模型的RPDp值介于[2.5,5]之间,性能相对RDX模型较差,能够满足一般质量分析需求,但较难满足过程质量控制的要求,需进一步修正、优化。三种组份模型性能存在差异的原因可以从混合体系理化性质的角度予以解释。RDX是粒径分布较为均匀,形貌相对规整,表面较为平滑的固体颗粒,对近红外光的无序散射作用较弱;NC呈现长度分布不规则的纤维长条状结构,其表面粗糙并存在较多裂缝,对近红外光散射的无序程度较强,导致光谱信噪比降低并增大了近红外光检测信息的损耗;而且NG与NC发生溶解增塑作用,即使在持续搅拌的动态环境下,仍然有少部分NG被吸附于NC的纤维管道内部或粗糙表面上。因此NC、NG定量模型的预测准确度相对RDX模型较低。 3、使用便携式近红外光谱仪对处于持续搅拌动态环境下的RDX-CMDB吸收药体系的混合均匀度进行了原位、实时检测分析。采用移动窗口标准偏差法(Moving Blockof Standard Deviation,MBSD)定量呈现不同时刻光谱之间的差异。采用人工取样结合高效液相色谱的离线检测方法对混合过程各阶段样品的均匀度进行验证,分析结果与近红外方法一致。实验结果表明,近红外方法能够实时反映吸收药的混合均匀度变化并准确判断混合终点,整个分析流程不需取样、不消耗化学试剂、不产生废弃物。