CN111811932B - 复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法，根据复合固体推进剂配方进行样品配制，将所得复合固体推进剂标准品一部分用于近红外光谱的测试，一部分固化成型，测试复合固体推进剂标准品单向拉伸试验；通过复合固体推进剂标准品近红外光谱与复合固体推进剂标准品单向拉伸试验之间的关系模型，进行复合固体推进剂样品单向拉伸试验。本发明克服了复合固体推进剂在光纤探头表面富集的问题，减少了复合固体推进剂药浆的固化过程，节约了样品测试时间，实现了高效、无损的分析目的，为复合固体推进剂的生产质量及安全制造提供了一种方便快捷的检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及复合固体推进剂领域，具体为一种非接触式测试复合固体推进剂单向拉伸试验的近红外光谱分析方法。
背景技术
复合固体推进剂单向拉伸试验主要包括最大抗拉强度、最大伸长率(简称：伸长率)和断裂伸长率(下文叙述过程中称为单向拉伸试验，测试项目包括最大抗拉强度、伸长率和断裂伸长率三项)。而传统的复合固体推进剂单向拉伸试验采用拉伸机测试。该方法复合固体推进剂单向拉伸试验的测试方法都需将复合固体推进剂药浆在50℃经7天固化后，按照对应的测试方法制成对应条件的药条，然后借助对应的测试仪测试复合固体推进剂单向拉伸试验。该方法不仅需要胆量的复合固体推进剂试样，而且研究周期长、成本高，无法借助复合固体推进剂药浆判断复合固体推进剂单向拉伸试验。
近红外光谱分析是一种二次测量的分析方法，即间接测量技术，需要通过将样品近红外光谱数据与样品的质量参数进行关联，建立校正模型。借助模型快速的给出测试样品的相关质量参数。近年来近红外光谱法在复合固体推进剂领域的应用主要针对丁羟推进剂的组分研究，对复合固体推进剂单向拉伸试验非接触式测试未见报道。
发明内容
本发明是为了解决复合固体推进剂单向拉伸试验测试过程中固化时间长的问题，提供一种复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，关系模型所需样品的制备：
所述关系模型所需样品包括50份近红外光谱测试样品和50份固态复合固体推进剂标准品；
所述近红外光谱测试样品和固态复合固体推进剂标准品均为通过改变复合固体推进剂配方中影响单向拉伸初始模量的组分的质量百分含量制得；
所述影响单向拉伸试验的组分为胶黏剂、增塑剂和氧化剂；改变该胶黏剂、增塑剂和氧化剂的组分，使所述胶黏剂在配方中含量的±10％之间变化，使增塑剂在配方中含量的±20％之间变化，使氧化剂在配方中含量的±3％之间变化；按照改变后的含量，通过正交实验得到50份复合固体推进剂的标准品配方；逐一配制并得到50份复合固体推进剂的标准品；所述的标准品为复合固体推进剂药浆；
从所配制的50份标准品中分别取1/5的药浆用于近红外光谱的测试，得到50份近红外光谱测试样品；各标准品剩余的4/5用于固化成型，得到50份固态复合固体推进剂标准品，用于测试所述复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验。
步骤2，确定复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数：
所述的采集参数包括扫描次数、光谱范围、分辨率；
通过近红外光谱仪自身调整该近红外光谱仪的光谱采集参数；任取一份步骤1中得到的所述近红外光谱测试样品作为本次测试样品；通过近红外光谱仪对所述红外光谱测试样品进行近红外光谱测试；
确定的复合固体推进剂近红外光谱采集参数为：
波数范围：4000-120000cm-1；
扫描次数：120次；
分辨率：4cm-1；
在确定复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数时，调节近红外光谱仪的扫描次数分别为50次、100次、120次、160次、200次，并按确定的扫描次数分别对所述采集参数所用的样品进行近红外光谱采集；每一次采集近红外光谱后均得到一张近红外光谱；按各所得到的五张近红外光谱噪声值从大到小依次排列所述五张近红外光谱噪声；从噪声值相近的各近红外光谱中选取扫描次数最少的一张近红外光谱，并以该近红外光谱的扫描次数作为最佳扫描次数。
在确定所述最佳分辨率时，调节所述近红外光谱仪的分辨率分别为2cm-1、4cm-1、8cm-1，对所述采集参数所用的样品依次进行近红外光谱采集，每一次近红外光谱采集后均得到一张近红外光谱；按各近红外光谱的噪声值从大到小依次排列所述三张近红外光谱；选取三张近红外光谱中噪声值最小的一张近红外光谱，并以该近红外光谱的扫描次数作为最佳分辨率。
步骤3，50份复合固体推进剂标准品近红外光谱采集：
根据步骤2确定的复合固体推进剂近红外光谱采集参数，分别采集50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱；
所述近红外光谱采集中，采集环境的室温为25±2℃，相对湿度≤65％；
以得到的50份复合固体推进剂标准品平均光谱作为关系模型中的复合固体推进剂标准品近红外光谱；
所述采集50份复合固体推进剂标准品近红外光谱的具体过程是：采集第一个复合固体推进剂标准品的近红外光谱；第一个复合固体推进剂标准品采集三张光谱；通过近红外光谱仪对得到该样品的三张光谱进行平均，获得该复合固体推进剂标准品平均光谱；
重复所述采集第一个复合固体推进剂标准品的近红外光谱的过程，直至完成所述50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱采集，得到50份复合固体推进剂标准品平均光谱；完成50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱采集。
步骤4，复合固体推进剂标准品单向拉伸试验的测试：
对第一步得到的50份固态复合固体推进剂标准品进行单向拉伸试验的测试；具体是：
采用单向拉伸试验测试仪分别测试50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验，分别得到50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验；
所得到的50份固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验作为关系模型中与复合固体推进剂标准品近红外光谱相关联的单向拉伸试验数据；
步骤5，采集影响单向拉伸试验组分的近红外光谱：
所述影响单向拉伸试验组分分别是胶黏剂、增塑剂、氧化剂；
按步骤2确定的复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数，采集所述影响单向拉伸试验组分的进行近红外光谱，分别得到胶黏剂、增塑剂和氧化剂近红外光谱图各一张；
步骤6，最佳模型参数选择及关系模型的建立：
将得到的50份复合固体推进剂标准品平均光谱和50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验一一对应的输入至近红外光谱分析软件中，并通过该近红外光谱分析软件进行最佳建模参数的选择；所述建模参数包括标准品光谱分析区间选择、光谱预处理、化学计量方法的选择、最佳主因子数选择；
最终确定的最佳关系模型参数如下：
Ⅰ光谱分析区间：4000cm-1～9000cm-1；
Ⅱ光谱预处理：最大抗拉强度-无；伸长率-二阶导数；断裂伸长率-无；
Ⅲ化学计量方法:偏最小二乘法；
Ⅳ最佳因子数：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8；
借助化学计量学软件输入最佳关系模型参数，即可得到复合固体推进剂标准品近红外光谱数据与复合固体推进剂标准品最大抗拉强度的关系模型，关系模型的相关系数为0.99490，标准偏差为2.36；伸长率的关系模型的相关系数为0.99280，标准偏差为1.88；断裂伸长率的关系模型的相关系数为0.99884，标准偏差为0.0174；
建立所述最佳模型参数选择及关系模型的具体过程是：
Ⅰ50份复合固体推进剂标准品光谱分析区间选择：
通过步骤5得到胶黏剂、增塑剂和氧化剂近红外光谱图，确定复合固体推进剂标准品光谱分析区间，具体是将所述胶黏剂近红外光谱的峰位、增塑剂近红外光谱的峰位和氧化剂近红外光谱的峰位与步骤3中得到的任意一张复合固体推进剂标准品的近红外光谱的峰位，并以同时存在复合固体推进剂标准品的近红外光谱峰位、胶黏剂近红外光谱的峰位、增塑剂近红外光谱的峰位和氧化剂近红外光谱的峰位的范围作为该复合固体推进剂标准品光谱分析区间；该复合固体推进剂标准品光谱分析区间为4000cm-1～9000cm-1；
Ⅱ复合固体推进剂标准品光谱预处理：
通过近红外处理软件建立所述50份复合固体推进剂标准品光谱的关系模型；按常规方法对50份复合固体推进剂标准品光谱进行导数和光滑的预处理，并建立经过所述预处理的复合固体推进剂标准品光谱的关系模型；
将所述50份复合固体推进剂标准品光谱的关系模型与经过预处理的复合固体推进剂标准品光谱的关系模型进行比对，选择相关系数更接近1和标准偏差小的预处理方式作为关系模型的预处理方法；
Ⅲ化学计量方法的选择：
采用偏最小二乘法作为复合固体推进剂标准品光谱与固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验之间的关系模型建立的化学计量学方法；
Ⅳ最佳主因子数选择：
主因子数是通过交互验证法所得的预测残差平方，最佳因子数是通过交互验证法所得的预测残差平方和最小的主因子数；通过对交互验证法所得的预测残差平方和进行计算得残差平方和最小对应主因子数为：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8，即最佳因子数为：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8。
步骤7，关系模型的验证：
所述关系模型是步骤6中得到的复合固体推进剂标准品光谱与固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验的关系模型；
取10个重量分别为2公斤的复合固体推进剂样品用于关系模型的验证；
取所述每个复合固体推进剂样品质量的1/5作为采集近红外光谱数据的样品；采集后得到10个复合固体推进剂样品近红外光谱；将得到的10个复合固体推进剂样品近红外光谱输入所述关系模型中，得到该10个固态复合固体推进剂样品单向拉伸初始模量；
取每个复合固体推进剂样品质量的4/5，固化后分别成为单向拉伸测试的固态复合固体推进剂样品；采用标准方法进行单向拉伸的测试，得到10个固态复合固体推进剂样品单向拉伸数据；
比较所述采用标准方法得到的固态复合固体推进剂样品单向拉伸数据与采用近红外光谱方法得到的固态复合固体推进剂样品单向拉伸数据之间的偏差；得到的偏差小于3％，证明该关系模型的测试结果准确；
至此，完成了对复合固体推进剂单向拉伸试验的近红外光谱分析，所得到的关系模型用于复合固体推进剂单向拉伸的测试。
本发明根据某复合固体推进剂配方，按照均匀分布原则设计一定数量已知配比的复合固体推进剂配方；根据设计配方进行样品配制，得到一定数量已知配比的复合固体推进剂标准品，将所得复合固体推进剂标准品一部分用于近红外光谱的测试，一部分固化成型，测试复合固体推进剂标准品单向拉伸试验；借助专业的定量软件建立复合固体推进剂标准品近红外光谱与复合固体推进剂标准品单向拉伸试验之间的关系模型；进行复合固体推进剂样品单向拉伸试验。在检测复合固体推进剂样品过程中，要保证测试条件与标准品的测试条件相同。
本发明中所使用的近红外附件为漫反射光纤，测样采用非接触式，即近红外光纤探头和待测样品不接触。非接触式采样方式克服了接触式方式复合固体推进剂在光纤探头表面富集的问题。
本发明中所述的关系模型是通过测试标准品的近红外光谱图，经过光谱预处理方法处理后，确定标准品近红外光谱和复合固体推进剂单向拉伸试验之间的关系。
本发明中所述的复合固体推进剂样品测试条件应与复合固体推进剂标准品测试条件保持一致。
本发明通过对复合固体推进剂药浆进行测试直接得出固化后复合固体推进剂单向拉伸试验，减少了常规测试复合固体推进剂药浆需要在50℃经7天固化后才可进行测试的过程，大大节约了样品测试时间。
本发明中所述的复合固体推进剂样品测试条件应与复合固体推进剂标准品测试条件保持一致。
本发明中若用4000-120000cm-1波段进行关系模型的建立会造成噪音信号大、运算速度慢、关系模型稳定性差的缺点，因此需要对复合固体推进剂标准品光谱分析区间进行选择。
本发明中判断模型的好坏主要参考模型相关系数和标准偏差，模型的相关系数越接近1越好，即模型的预测值和实践值越接近越好，在图1、2、3中表现为：标准品固化后用QJ924-85标准测得的最大抗拉强度1、标准品固化后用QJ924-85标准测得的伸长率5、固化后用QJ924-85标准测得的断裂伸长率9分别代表固态复合固体推进剂用QJ924-85方法测得的单向拉伸试验力学性能；通过模型测试得到的标准品固化后的最大抗拉强度2、模型测试得到的标准品固化后的伸长率6、模型测试得到的标准品固化后的断裂伸长率10代表某型固体推进剂标准品用关系模型测得单向拉伸试验；
采用近红外方法和采用标准测试的最大抗拉强度的相关度中模型样品的预测值和实际值3、采用近红外方法和采用标准测试的伸长率的相关度中模型样品的预测值和实际值7、采用近红外方法和采用标准测试的断裂伸长率的相关度中模型样品的预测值和实际值11分别为预测值和实际值所对应的点，预测值和实际值数值越近模型越佳。采用近红外方法和采用标准测试的最大抗拉强度的相关度的相关度45度线4、采用近红外方法和采用标准测试的伸长率的相关度的45度线8、采用近红外方法和采用标准测试的断裂伸长率的相关度45度线12。所述各预测值和实际值所对应的点越接近各45度线，则模型越好。标准偏差则是越小越好。相关系数和标准偏差均达到最佳的关系模型为最佳模型，最佳关系模型所对应的模型参数为最佳建模参数。
本发明利用近红外技术对某型还复合固体推进剂单向拉伸试验进行分析，完全达到规定的检测精度。用本发明检测复合固体推进剂单向拉伸试验，时给出单向拉伸力学性所需测试的三个项目结果，能够实现高效、无损的分析目的，彻底克服传统测试时需要固化成型耗时长的缺点，为复合固体推进剂的生产质量及安全制造提供了一种方便快捷的检测方法。
附图说明
图1是采用近红外方法和采用标准测试的最大抗拉强度的相关度。
图2是采用近红外方法和采用标准测试的伸长率的相关度。
图3是采用近红外方法和采用标准测试的断裂伸长率的相关度。
图4是本发明的流程图。
图中：1.是横坐标代表标准品固化后用QJ924-85标准测得的最大抗拉强度；2.是纵坐标通过模型测试得到的标准品固化后的最大抗拉强度；3.是采用近红外方法和采用标准测试的最大抗拉强度的相关度中的预测值和实际值；4.是采用近红外方法和采用标准测试的最大抗拉强度的相关度45度线。5.是横坐标代表标准品固化后用QJ924-85标准测得的伸长率；6.是纵坐标通过模型测试得到的标准品固化后的伸长率；7.是采用近红外方法和采用标准测试的伸长率的相关度中的预测值和实际值；8.是采用近红外方法和采用标准测试的伸长率的相关度的45度线。9.是横坐标代表标准品固化后用QJ924-85标准测得的断裂伸长率；10.是纵坐标通过模型测试得到的标准品固化后的断裂伸长率；11.是采用近红外方法和采用标准测试的断裂伸长率的相关度中模型样品的预测值和实际值；12.是采用近红外方法和采用标准测试的断裂伸长率的相关度45度线。
具体实施方式
本实施例是一种测试某型复合固体推进剂单向拉伸试验的方法，具体过程是：
步骤1，关系模型所需样品的制备：
复合固体推进剂组分多达十余种，本发明根据复合固体推进剂配方，通过改变影响单向拉伸试验的组分的质量百分含量，得到50份复合固体推进剂的标准品配方。
所述影响单向拉伸试验的组分为胶黏剂、增塑剂和氧化剂。
所述改变影响单向拉伸试验的组分是使该胶黏剂在配方中含量的±10％之间变化，使增塑剂在配方中含量的±20％之间变化，使氧化剂在配方中含量的±3％之间变化。按照改变后的含量，通过正交实验得到50份复合固体推进剂的标准品配方。
用3立升的立式混合机按照混合工艺逐一配制并得到50份复合固体推进剂的标准品。所述的标准品为复合固体推进剂药浆。
从所配制50份标准品中分别取各标准品质量1/5的药浆用于近红外光谱的测试，得到50份近红外光谱测试样品；各标准品剩余的4/5用于固化成型，得到50份固态复合固体推进剂标准品，用于测试所述复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验。所述固化成型是在50℃下固化7天。
步骤2，确定复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数
所述的采集参数包括扫描次数、光谱范围、分辨率。
通过近红外光谱仪自身调整该近红外光谱仪的光谱采集参数。任取一份步骤1中得到的所述近红外光谱测试样品作为本次测试样品；通过近红外光谱仪对所述红外光谱测试样品进行近红外光谱测试。
所述的测试过程是：
确定最佳扫描次数：调节近红外光谱仪的扫描次数分别为50次、100次、120次、160次、200次，并按确定的扫描次数分别对所述采集参数所用的样品进行近红外光谱采集；每一次近红外光谱采集后均得到一张近红外光谱；本实施例中得到五张近红外光谱。按各所得到的五张近红外光谱噪声值从大到小依次排列所述五张近红外光谱噪声。从噪声值相近的各近红外光谱中选取扫描次数最少的一张近红外光谱，并以该近红外光谱的扫描次数作为最佳扫描次数。
确定最佳分辨率：调节所述近红外光谱仪的分辨率分别为2cm-1、4cm-1、8cm-1，对所述采集参数所用的样品依次进行近红外光谱采集，每一次近红外光谱采集后均得到一张近红外光谱；本实施例中得到三张近红外光谱。按各所得到的三张近红外光谱噪声值从大到小依次排列所述三张近红外光谱噪声。选取三张近红外光谱中噪声值最小的一张近红外光谱，并以该近红外光谱的扫描次数作为最佳分辨率。
选择光谱区间：所选择的光谱区间为所采用的近红外光谱仪的近红外波段。本实施例中，所述的近红外波段为4000～120000cm-1。
通过上述过程，确定复合固体推进剂近红外光谱采集参数为：
波数范围：4000-120000cm-1；
扫描次数：120次；
分辨率：4cm-1。
步骤3，50份复合固体推进剂标准品近红外光谱采集
根据步骤2确定的复合固体推进剂近红外光谱采集参数，分别采集50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱。具体是：
近红外光谱仪开机预热一小时。
采集第一个复合固体推进剂标准品的近红外光谱；第一个复合固体推进剂标准品采集三张光谱。通过近红外光谱仪自带的测试软件对得到该样品的三张光谱进行平均，获得该复合固体推进剂标准品平均光谱。
重复所述采集第一个复合固体推进剂标准品的近红外光谱的过程，直至完成所述50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱采集，得到50份复合固体推进剂标准品平均光谱。
至此完成50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱采集。
所述近红外光谱采集中，采集环境的室温为25±2℃，相对湿度≤65％。
以得到的50份复合固体推进剂标准品平均光谱作为关系模型中的复合固体推进剂标准品近红外光谱。
步骤4，复合固体推进剂标准品单向拉伸试验的测试：
对步骤1得到的50份固态复合固体推进剂标准品进行单向拉伸试验的测试。具体是：
采用常规方法，用单向拉伸试验测试仪分别测试50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验，分别得到50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验。所述测试方法执行中华人民共和国航天部部标准，标准号为：QJ924-85，标准名为：复合固体推进剂单向拉伸试验测定方法。
所得到的50份固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验作为关系模型中与复合固体推进剂标准品近红外光谱相关联的单向拉伸试验数据。
步骤5，采集影响单向拉伸试验组分的近红外光谱
所述影响单向拉伸试验组分分别是胶黏剂、增塑剂、氧化剂。
按步骤2确定的复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数，采集所述影响单向拉伸试验组分的进行近红外光谱，分别得到胶黏剂、增塑剂和氧化剂近红外光谱图各一张。
步骤6，最佳模型参数选择及关系模型的建立：
将得到的50份复合固体推进剂标准品平均光谱和50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验一一对应的输入至近红外光谱分析软件中，并通过该近红外光谱分析软件进行最佳建模参数的选择。所述建模参数包括标准品光谱分析区间选择、光谱预处理、化学计量方法的选择、最佳主因子数选择。
具体过程是：
Ⅰ50份复合固体推进剂标准品光谱分析区间选择：
通过步骤5得到胶黏剂、增塑剂和氧化剂近红外光谱图，确定复合固体推进剂标准品光谱分析区间，具体是将所述胶黏剂近红外光谱的峰位、增塑剂近红外光谱的峰位和氧化剂近红外光谱的峰位与步骤3中得到的任意一张复合固体推进剂标准品的近红外光谱的峰位，并以同时存在复合固体推进剂标准品的近红外光谱峰位、胶黏剂近红外光谱的峰位、增塑剂近红外光谱的峰位和氧化剂近红外光谱的峰位的范围作为该复合固体推进剂标准品光谱分析区间；该复合固体推进剂标准品光谱分析区间为4000cm-1～9000cm-1。
Ⅱ复合固体推进剂标准品光谱预处理：
通过近红外处理软件建立所述50份复合固体推进剂标准品光谱的关系模型。按常规方法对50份复合固体推进剂标准品光谱进行导数和光滑的预处理，并建立经过所述预处理的复合固体推进剂标准品光谱的关系模型。
将所述50份复合固体推进剂标准品光谱的关系模型与经过预处理的复合固体推进剂标准品光谱的关系模型进行比对，选择相关系数更接近1和标准偏差小的预处理方式作为关系模型的预处理方法。比对结果证明，未进行光谱预处理的关系模型更优。
Ⅲ化学计量方法的选择：
采用偏最小二乘法作为复合固体推进剂标准品光谱与固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验之间的关系模型建立的化学计量学方法。
Ⅳ最佳主因子数选择：
主因子数是通过交互验证法所得的预测残差平方，最佳因子数是通过交互验证法所得的预测残差平方和最小的主因子数。建立模型所选主因子数太小会出现拟合不充分，将会丢失原始光谱较多的有用信息，但是选择主因子太多会导致过拟合，引入测量噪音，所建模型的预测误差会显著增大，降低模型质量。通过对交互验证法所得的预测残差平方和进行计算得残差平方和最小对应主因子数为：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8，即最佳因子数为：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8。最终确定的最佳关系模型参数如下：
Ⅰ光谱分析区间：4000cm-1～9000cm-1；
Ⅱ光谱预处理：最大抗拉强度-无；伸长率-二阶导数；断裂伸长率-无；
Ⅲ化学计量方法:偏最小二乘法；
Ⅳ最佳因子数：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8。
借助化学计量学软件输入最佳关系模型参数，即可得到复合固体推进剂标准品近红外光谱数据与复合固体推进剂标准品最大抗拉强度的关系模型，关系模型的相关系数为0.99490，标准偏差为2.36；伸长率的关系模型的相关系数为0.99280，标准偏差为1.88；断裂伸长率的关系模型的相关系数为0.99884，标准偏差为0.0174；
步骤7，关系模型的验证
所述关系模型是步骤6中得到的复合固体推进剂标准品光谱与固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验的关系模型。
取10个重量分别为2公斤的复合固体推进剂样品用于关系模型的验证。
取所述每个复合固体推进剂样品质量的1/5作为采集近红外光谱数据的样品；采集后得到10个复合固体推进剂样品近红外光谱；将得到的10个复合固体推进剂样品近红外光谱输入所述关系模型中，得到10个该固态复合固体推进剂样品单向拉伸力学性能。
取每个复合固体推进剂样品质量的4/5，在50℃经7天固化后分别成为单向拉伸测试的固态复合固体推进剂样品。采用QJ924-85方法进行单向拉伸的测试，得到10个固态复合固体推进剂样品单向拉伸力学性能。
比较所述采用标准方法得到的固态复合固体推进剂样品单向拉伸力学性能与采用近红外光谱方法得到的固态复合固体推进剂样品单向拉伸力学性能之间的偏差。得到的偏差小于3％，证明该关系模型的测试结果准确。
至此，完成了对复合固体推进剂单向拉伸试验的近红外光谱分析，所得到的关系模型用于复合固体推进剂单向拉伸力学性能的测试。
Claims (4)
1.一种复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法，其特征在于，具体过程是：
第一步，关系模型所需样品的制备：
所述关系模型所需样品包括50份近红外光谱测试样品和50份固态复合固体推进剂标准品；
所述近红外光谱测试样品和固态复合固体推进剂标准品均为通过改变复合固体推进剂配方中影响单向拉伸初始模量的组分的质量百分含量制得；
步骤2，确定复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数：
所述的采集参数包括扫描次数、光谱范围、分辨率；
通过近红外光谱仪自身调整该近红外光谱仪的光谱采集参数；任取一份步骤1中得到的所述近红外光谱测试样品作为本次测试样品；通过近红外光谱仪对所述红外光谱测试样品进行近红外光谱测试；
确定的复合固体推进剂近红外光谱采集参数为：
波数范围：4000-120000cm-1；
扫描次数：120次；
分辨率：4cm-1；
确定所述最佳分辨率时，调节所述近红外光谱仪的分辨率分别为2cm-1、4cm-1、8cm-1，对所述采集参数所用的样品依次进行近红外光谱采集，每一次近红外光谱采集后均得到一张近红外光谱；按各近红外光谱的噪声值从大到小依次排列所述三张近红外光谱；选取三张近红外光谱中噪声值最小的一张近红外光谱，并以该近红外光谱的扫描次数作为最佳分辨率；
步骤3，50份复合固体推进剂标准品近红外光谱采集：
根据步骤2确定的复合固体推进剂近红外光谱采集参数，分别采集50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱；
所述近红外光谱采集中，采集环境的室温为25±2℃，相对湿度≤65％；
以得到的50份复合固体推进剂标准品平均光谱作为关系模型中的复合固体推进剂标准品近红外光谱；
步骤4，复合固体推进剂标准品单向拉伸试验的测试：
对第一步得到的50份固态复合固体推进剂标准品进行单向拉伸试验的测试；具体是：
采用单向拉伸试验测试仪分别测试50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验，分别得到50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验；
所得到的50份固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验作为关系模型中与复合固体推进剂标准品近红外光谱相关联的单向拉伸试验数据；
步骤5，采集影响单向拉伸试验组分的近红外光谱：
所述影响单向拉伸试验组分分别是胶黏剂、增塑剂、氧化剂；
按步骤2确定的复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数，采集所述影响单向拉伸试验组分的进行近红外光谱，分别得到胶黏剂、增塑剂和氧化剂近红外光谱图各一张；
步骤6，最佳模型参数选择及关系模型的建立：
将得到的50份复合固体推进剂标准品平均光谱和50份固态复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验一一对应的输入至近红外光谱分析软件中，并通过该近红外光谱分析软件进行最佳建模参数的选择；所述建模参数包括标准品光谱分析区间选择、光谱预处理、化学计量方法的选择、最佳主因子数选择；
最终确定的最佳关系模型参数如下：
Ⅰ光谱分析区间：4000cm-1～9000cm-1；
Ⅱ光谱预处理：最大抗拉强度-无；伸长率-二阶导数；断裂伸长率-无；
Ⅲ化学计量方法:偏最小二乘法；
Ⅳ最佳因子数：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8；
借助化学计量学软件输入最佳关系模型参数，即可得到复合固体推进剂标准品近红外光谱数据与复合固体推进剂标准品最大抗拉强度的关系模型，关系模型的相关系数为0.99490，标准偏差为2.36；伸长率的关系模型的相关系数为0.99280，标准偏差为1.88；断裂伸长率的关系模型的相关系数为0.99884，标准偏差为0.0174；
所述建立最佳模型参数选择及关系模型的具体过程是：
Ⅰ50份复合固体推进剂标准品光谱分析区间选择：
通过步骤5得到胶黏剂、增塑剂和氧化剂近红外光谱图，确定复合固体推进剂标准品光谱分析区间，具体是将所述胶黏剂近红外光谱的峰位、增塑剂近红外光谱的峰位和氧化剂近红外光谱的峰位与步骤3中得到的任意一张复合固体推进剂标准品的近红外光谱的峰位，并以同时存在复合固体推进剂标准品的近红外光谱峰位、胶黏剂近红外光谱的峰位、增塑剂近红外光谱的峰位和氧化剂近红外光谱的峰位的范围作为该复合固体推进剂标准品光谱分析区间；该复合固体推进剂标准品光谱分析区间为4000cm-1～9000cm-1；
Ⅱ复合固体推进剂标准品光谱预处理：
通过近红外处理软件建立所述50份复合固体推进剂标准品光谱的关系模型；按常规方法对50份复合固体推进剂标准品光谱进行导数和光滑的预处理，并建立经过所述预处理的复合固体推进剂标准品光谱的关系模型；
将所述50份复合固体推进剂标准品光谱的关系模型与经过预处理的复合固体推进剂标准品光谱的关系模型进行比对，选择相关系数更接近1和标准偏差小的预处理方式作为关系模型的预处理方法；
Ⅲ化学计量方法的选择：
采用偏最小二乘法作为复合固体推进剂标准品光谱与固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验之间的关系模型建立的化学计量学方法；
Ⅳ最佳主因子数选择：
主因子数是通过交互验证法所得的预测残差平方，最佳因子数是通过交互验证法所得的预测残差平方和最小的主因子数；通过对交互验证法所得的预测残差平方和进行计算得残差平方和最小对应主因子数为：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8，即最佳因子数为：最大抗拉强度-9；伸长率-1；断裂伸长率-8；
步骤7，关系模型的验证：
所述关系模型是步骤6中得到的复合固体推进剂标准品光谱与固态复合固体推进剂标准品单向拉伸试验的关系模型；
取10个重量分别为2公斤的复合固体推进剂样品用于关系模型的验证；
取所述每个复合固体推进剂样品质量的1/5作为采集近红外光谱数据的样品；采集后得到10个复合固体推进剂样品近红外光谱；将得到的10个复合固体推进剂样品近红外光谱输入所述关系模型中，得到该10个固态复合固体推进剂样品单向拉伸初始模量；
取每个复合固体推进剂样品质量的4/5，固化后分别成为单向拉伸测试的固态复合固体推进剂样品；采用标准方法进行单向拉伸的测试，得到10个固态复合固体推进剂样品单向拉伸数据；
比较所述采用标准方法得到的固态复合固体推进剂样品单向拉伸数据与采用近红外光谱方法得到的固态复合固体推进剂样品单向拉伸数据之间的偏差；得到的偏差小于3％，证明该关系模型的测试结果准确；
至此，完成了对复合固体推进剂单向拉伸试验的近红外光谱分析，所得到的关系模型用于复合固体推进剂单向拉伸的测试。
2.如权利要求1所述复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法，其特征在于，所述影响单向拉伸试验的组分为胶黏剂、增塑剂和氧化剂；改变该胶黏剂、增塑剂和氧化剂的组分，使所述胶黏剂在配方中含量的±10％之间变化，使增塑剂在配方中含量的±20％之间变化，使氧化剂在配方中含量的±3％之间变化；按照改变后的含量，通过正交实验得到50份复合固体推进剂的标准品配方；逐一配制并得到50份复合固体推进剂的标准品；所述的标准品为复合固体推进剂药浆；
从所配制的50份标准品中分别取1/5的药浆用于近红外光谱的测试，得到50份近红外光谱测试样品；各标准品剩余的4/5用于固化成型，得到50份固态复合固体推进剂标准品，用于测试所述复合固体推进剂标准品的单向拉伸试验。
3.如权利要求1所述复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法，其特征在于，步骤2中确定复合固体推进剂近红外光谱的最佳采集参数时，调节近红外光谱仪的扫描次数分别为50次、100次、120次、160次、200次，并按确定的扫描次数分别对所述采集参数所用的样品进行近红外光谱采集；每一次采集近红外光谱后均得到一张近红外光谱；按各所得到的五张近红外光谱噪声值从大到小依次排列所述五张近红外光谱噪声；从噪声值相近的各近红外光谱中选取扫描次数最少的一张近红外光谱，并以该近红外光谱的扫描次数作为最佳扫描次数。
4.如权利要求1所述复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法，其特征在于，步骤3中采集50份复合固体推进剂标准品近红外光谱的具体过程是：采集第一个复合固体推进剂标准品的近红外光谱；第一个复合固体推进剂标准品采集三张光谱；通过近红外光谱仪对得到该样品的三张光谱进行平均，获得该复合固体推进剂标准品平均光谱；
重复所述采集第一个复合固体推进剂标准品的近红外光谱的过程，直至完成所述50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱采集，得到50份复合固体推进剂标准品平
均光谱；
完成50份复合固体推进剂标准品的近红外光谱采集。
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