硝化棉含水量检验方法与结果

问题　硝化棉是火药的重要原料之一。 它是由纤维素与硝酸作用生成的纤维素硝酸酯。 纤维素是由碳、氢、氧3 种元素组成的高分子化合物。 在自然界，一般木材中约有纤维素50%～80%，棉花中约含纤维素94%～98%。 棉纤维呈细长的扭拧的毛细管状，具有中空结构，有很大的内表面。 在小纤维、纤维束之间都有许多孔隙，因此纤维才有吸附、渗透和膨润等性能。 这对棉纤维的精制和硝化棉的制造有很大实际意义。 棉纤维膨润后，能提高试剂向纤维内部的扩散速度，有利于提高硝化棉的均一性。

描述与分析　硝化棉是无臭、无味的固体物质，仍保持了棉纤维原有的形态和毛细血管结构，但由于受了酸的作用，不像棉纤维那样柔软，而比棉纤维稍硬和脆。 干燥的硝化棉是电的不良导体，摩擦时容易产生静电。 然而当含有少量水分时，产生静电的现象就不会发生。 硝化棉具有吸湿性，但比纤维素要小得多，而且随着含氮量的增加，吸湿性降低。 硝化棉的吸湿性是指在一定条件（温度、湿度）下，硝化棉能吸着和保持一定水分的能力。 它对火药的弹道稳定性有很大影响，例如当火药的水分变化1%时，火炮的初速就会变化4%，而初速变化1%，射程就会变化5%。 所以硝化棉的吸湿性越小，火药的弹道稳定性越大。 为了运输、保管和使用安全，工厂生产出来的硝化棉，都含有28%～32%的水分。 可是，乙醚与水不能互溶，含有这么多水分的硝化棉，在醇醚溶剂中不能很好地溶解和溶胀。 因此，在加工之前必须把硝化棉里的水分驱除出去。 只要硝化棉含水量在4%以下就能在醇醚溶剂中很好地溶解和溶胀了。

在天然纤维素里含有很多杂质，如：半纤维素、果胶质、脂肪、高级烃、蛋白质、无机盐和棉桃皮，等等。 这些杂质都必须除掉。 所以棉纤维首先要经过精制之后，才能用来做硝化棉。 精制的方法就是把棉纤维放在碱液中在150～160 摄氏度下进行蒸煮，使上述各种杂质被破坏、溶解。 精制的棉纤维具有很多的质量指标，其中对水分有严格的要求。一次烘干后，要求水分含量在10%左右，以便于运输贮存，且防止因水分多而腐烂。 二次烘干后，控制水分含量在4%以下，以符合硝化工艺的要求。

建模求解与检验　下面就用假设检验的方法来最大程度地保证：一次烘干后，要求水分含量在10%左右；二次烘干后，水分含量在4%以下。

在第一次烘干后，首先要在新得到的硝化棉中提取若干份（比如n 份），然后分别测出其含水量，这样得到一组观察值x1，x2，…，xn。 假定硝化棉含水量服从正态分布N（μ，σ2），于是需要检验假设：H0：μ＝μ0 ＝10%，H1：μ≠10%。(www.xing528.com)

由于该正态总体的方差未知，所以，用样本方差代替总体方差，选择检验统计量为

近似地服从参数为n－1 的t 分布。 根据显著性水平（α 一般取0.05，0.01 或0.1 等）要求，得到相应的拒绝域：

在第二次烘干后，同样要在新得到的硝化棉中提取若干份（比如m 份），然后分别测出其含水量，这样得到一组观察值y1，y2，…，ym。 仍然假定硝化棉含水量服从正态分布N（μ，σ2），于是需要检验假设：H0：μ≥μ0 ＝4%，H1：μ＜4%。