BMI交聯(lián)密度如何用低場(chǎng)核磁評(píng)價(jià)

雙馬來酰亞胺（BMI）樹脂是一類結(jié)構(gòu)樹脂材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐高溫性能，是廣泛應(yīng)用于先進(jìn)復(fù)合材料的高性能樹脂基體之一。雙馬來酰亞胺樹脂是一種耐熱性能、力學(xué)性能等各項(xiàng)性能都優(yōu)異的熱固性樹脂，而且BMI還具有耐腐蝕、耐輻射、收縮率小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、jun工和航空等領(lǐng)域。航空航天領(lǐng)域使用的BMI需要同時(shí)具有突出的耐高溫性能、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及力學(xué)性能。

BMI交聯(lián)密度與哪些性能有關(guān)：

BMI樹脂的固化反應(yīng)屬于加成型聚合反應(yīng)，成型過程中無低分子副產(chǎn)物放出，且容易控制。固化物結(jié)構(gòu)致密，缺陷少，因而BMI具有較高的強(qiáng)度和模量。但是由于固化物的交聯(lián)密度高、分子鏈剛性強(qiáng)而使BMl呈現(xiàn)出極大的脆性，它表現(xiàn)在抗沖擊強(qiáng)度差、斷裂伸長(zhǎng)率小、斷裂韌性低。

工業(yè)生產(chǎn)的樹脂由低聚物線性預(yù)聚物和雙馬來酰亞胺（BMI）交聯(lián)劑的混合物組成。將不同量的BMI“鑲嵌”在聚合物上，并通過熱可逆DA反應(yīng)與兩個(gè)交聯(lián)分子呋喃和馬來酰亞胺連接。人們發(fā)現(xiàn)，改變BMI交聯(lián)密度(交聯(lián)分子)的數(shù)量可以調(diào)節(jié)材料的剛度。雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)以其優(yōu)異的耐熱性、電絕緣性、透波性、耐輻射、阻燃性，良好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，成型工藝類似于環(huán)氧樹脂等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、電子等工業(yè)領(lǐng)域中，先進(jìn)復(fù)合材料的樹脂基體、耐高溫絕緣材料和膠粘劑等。

低場(chǎng)核磁評(píng)價(jià)BMI交聯(lián)密度的基本原理：

低場(chǎng)核磁法的主要檢測(cè)對(duì)象是氫核(1H),由于聚合物中不同鏈段上的H所處的周圍環(huán)境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差異。施加射頻脈沖后,自旋系統(tǒng)在恢復(fù)熱平衡狀態(tài)的過程中表現(xiàn)出來的弛豫行為不同,通過弛豫時(shí)間的差異可以體系聚合物的分子動(dòng)力學(xué)信息。而分子分子動(dòng)力學(xué)信息直接與聚合物的交聯(lián)密度、老化、填充劑相關(guān)。

分子內(nèi)和分子間氫質(zhì)子的偶極相互作用產(chǎn)生核磁共振的橫向弛豫。當(dāng)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚合物的玻璃態(tài)溫度時(shí),聚合物網(wǎng)絡(luò)中的這種偶極相互作用被認(rèn)為是熱分子運(yùn)動(dòng)的平均。由于聚合物單鏈中的氫質(zhì)子被作為核磁共振測(cè)量的探針,于是一種修正的單鏈模型被引入并用來解釋聚合物的橫向弛豫。根據(jù)這一分析模型，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可以用于評(píng)價(jià)BMI交聯(lián)密度。

環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度-低場(chǎng)核磁法

環(huán)氧樹脂屬于熱固性樹脂，同固化劑混合后，通過環(huán)氧樹脂分子和固化劑分子的相互接觸、纏繞達(dá)到均勻分布的狀態(tài)。環(huán)氧基同固化劑氨基中的活性氫發(fā)生縮合聚合反應(yīng)，從而形成高分子量的環(huán)氧化合物，具備了耐熱、高強(qiáng)度、耐水、耐溶劑、耐鹽霧、粘接強(qiáng)度、耐壓絕緣等使用性能。環(huán)氧樹脂的物理狀態(tài)變化是由化學(xué)變化引起的，逐步聚合的反應(yīng)程度將直接影響固化物的zui終使用性能。

交聯(lián)密度就是交聯(lián)聚合物里面交聯(lián)鍵的多少，一般用網(wǎng)鏈分子量的大小來表示。交聯(lián)密度越大，也就是單位體積內(nèi)的交聯(lián)鍵越多，交聯(lián)程度更大。對(duì)于用作塑料的交聯(lián)聚合物來講，比如環(huán)氧樹脂，交聯(lián)密度越大，其耐熱性更好，拉伸強(qiáng)度增加，但是過高的交聯(lián)度會(huì)導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度下降。對(duì)于用作橡膠的交聯(lián)聚合物，比如各種橡膠，交聯(lián)密度大，力學(xué)強(qiáng)度更好，回彈性更好。

環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度是衡量聚合反應(yīng)度的指標(biāo)，交聯(lián)密度對(duì)環(huán)氧樹脂zui終性能的影響至關(guān)重要，一般環(huán)氧體系需要達(dá)到75%甚至更高的交聯(lián)度，性能才能得到體現(xiàn)。

低場(chǎng)核磁法如何環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度：

低場(chǎng)核磁法是研究高分子材料中分子動(dòng)力學(xué)的一種非常重要和有效的手段．該技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是可以通過合理的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)研究體系中從低頻(Hz)到中頻(kHz)乃至高頻(MHz)范圍內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)．因此．核磁法非常適合研究高分子體系中各類不同尺度分子運(yùn)動(dòng)．高分子材料中分子運(yùn)動(dòng)與交聯(lián)密度密切相關(guān)，通過分子運(yùn)動(dòng)的信息即可反映樣品的交聯(lián)密度。

低場(chǎng)核磁法環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度測(cè)試原理：

低場(chǎng)核磁法的主要檢測(cè)對(duì)象是氫核(1H),由于聚合物中不同鏈段上的H所處的周圍環(huán)境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差異。施加射頻脈沖后,自旋系統(tǒng)在恢復(fù)熱平衡狀態(tài)的過程中表現(xiàn)出來的弛豫行為不同,通過弛豫時(shí)間的差異可以體系聚合物的分子動(dòng)力學(xué)信息。而分子分子動(dòng)力學(xué)信息直接與聚合物的交聯(lián)密度、老化、填充劑相關(guān)。

分子內(nèi)和分子間氫質(zhì)子的偶極相互作用產(chǎn)生核磁共振的橫向弛豫。當(dāng)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚合物的玻璃態(tài)溫度時(shí),聚合物網(wǎng)絡(luò)中的這種偶極相互作用被認(rèn)為是熱分子運(yùn)動(dòng)的平均。由于聚合物單鏈中的氫質(zhì)子被作為核磁共振測(cè)量的探針,于是一種修正的單鏈模型被引入并用來解釋聚合物的橫向弛豫。

固化體系環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度提升的途徑：

1. 提高固化溫度：排除爆聚前提下，低溫固化體系在常溫下具有更高交聯(lián)度。

2.延長(zhǎng)固化時(shí)間：延長(zhǎng)固化時(shí)間能提升交聯(lián)度，隨著固化的進(jìn)程，位阻達(dá)到一定的程度，交聯(lián)度提升幅度和程度就會(huì)大打折扣。

3.促進(jìn)劑的作用：促進(jìn)劑能降低體系活化能，促進(jìn)體系放熱，用量的大小跟提高活性的程度有關(guān)。但隨著位阻的增大，提升的幅度同樣有限。

4.環(huán)氧體系中其余材料的配合：含吸電子基團(tuán)的材料有延遲反應(yīng)的效果，含供電子基團(tuán)材料有促進(jìn)效果。如酯類延遲反應(yīng)，酚類加速放熱，含硅醇基的活性硅微粉有促進(jìn)效果等等。

5.階段性升溫固化：一定溫度條件下達(dá)到一定交聯(lián)度以后，進(jìn)而提升固化溫度，外加能量越過位阻繼續(xù)反應(yīng)，從而進(jìn)一步提升交聯(lián)度。

低場(chǎng)核磁技術(shù)評(píng)價(jià)減少納米顆粒團(tuán)聚

顆粒的團(tuán)聚根據(jù)其作用機(jī)理可分為三種狀態(tài)：

凝聚體：指以面相接的原級(jí)粒子，其表面積比其單個(gè)粒子組成之和小得多，這種狀態(tài)再分散十分困難。

附聚體：指以點(diǎn)、角相接的原級(jí)粒子團(tuán)族或小顆粒在大顆粒上的附著，其總表面積比凝聚體大，但小于單個(gè)粒子組成之和，再分散比較容易。凝聚體和附聚體也稱二次粒子。

絮凝：指由于體系表面積的增加、表面能增大，為了降低表面能而生成的更加松散的結(jié)構(gòu)。一般是由于大分子表面活性劑或水溶性高分子的架橋作用，把顆粒串聯(lián)成結(jié)構(gòu)松散似棉絮的團(tuán)狀物。在這種結(jié)構(gòu)中，離子間的距離比凝聚體或附聚體大得多。

顆粒在液體中的團(tuán)聚與分散

顆粒表面濕潤(rùn)性對(duì)粉體的分散具有重要意義，是粉體分散、固液分離、表面改性和造粒等工藝的理論基礎(chǔ)。固體顆粒被液體潤(rùn)濕的過程主要基于顆粒表面的潤(rùn)濕性。固體表面的濕潤(rùn)性由其化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)決定。固體表面自由能越大，越容易被液體濕潤(rùn)；反之亦然。因而，尋求和制備高表面自由能的固體表面成為制備超親水表面和超疏水表面的前提條件。

低場(chǎng)核磁技術(shù)評(píng)價(jià)減少納米顆粒團(tuán)聚的基本原理：

對(duì)于潤(rùn)濕的顆粒體系，顆粒表面會(huì)附著一層液相分子，這些液相分子因無機(jī)相表面的吸附作用而運(yùn)動(dòng)受限。但未與顆粒相接觸的液相分子運(yùn)動(dòng)是自由的，液相分子的馳豫時(shí)間（relaxation time）與它所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)，自由狀態(tài)的液相分子的核磁馳豫時(shí)間要比束縛狀態(tài)的液相分子的馳豫時(shí)間長(zhǎng)得多，顆粒分散性更好的體系吸附溶劑量相對(duì)更多，弛豫時(shí)間也就更短。因此，可以利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)來測(cè)量懸浮液體系的馳豫時(shí)間，并計(jì)算顆粒的濕潤(rùn)比表面積（可利用的吸附表面積），進(jìn)而用來研究顆粒的團(tuán)聚狀態(tài)、分散性穩(wěn)定性、親和性以及潤(rùn)濕性等問題。

低場(chǎng)核磁評(píng)價(jià)如何增加結(jié)合膠含量

什么是結(jié)合膠？

在混煉過程中，橡膠大分子會(huì)與活性填料（如炭黑粒子）的表面產(chǎn)生化學(xué)和物理的牢固結(jié)合，使一部分橡膠結(jié)合在炭黑粒子的表面，成為不能溶解于有機(jī)溶劑的橡膠，叫結(jié)合膠。

結(jié)合膠的生成有助于炭黑附聚體在混煉過程中發(fā)生破碎和分散均勻，但在混煉過程的初期，即炭黑-橡膠團(tuán)塊破碎和分散以前，過早地生成過多的結(jié)合像膠，由于它包覆在炭黑附聚體外面形成了硬度較大的硬膜，反而會(huì)使這種高濃度炭黑-橡膠團(tuán)塊難于進(jìn)一步破碎和分散。所以對(duì)于不飽和度高的二烯類橡膠，尤其是天然橡膠，混煉過程初期應(yīng)嚴(yán)格控制混煉條件，盡量避免混煉溫度過分升高，以使炭黑與橡膠之間只發(fā)生有限的結(jié)合。

影響結(jié)合膠含量的因素

結(jié)合膠是由于炭黑表面對(duì)橡膠的吸附產(chǎn)生的，所以任何影響這種吸附的因素均會(huì)影響結(jié)合膠的生成量，其主要影響因素如下。

1．炭黑比表面積對(duì)結(jié)合膠含量的影響

結(jié)合膠幾乎與炭黑的比表面積成正比增加。隨著炭黑比表面積的增大，吸附表面積增大，吸附 量增加，即結(jié)合橡膠增加。

2．混煉薄通次數(shù)對(duì)結(jié)合膠含量的影響

天然橡膠是一種很容易產(chǎn)生氧化降解的物質(zhì)，那些只有一兩點(diǎn)吸附的大分子鏈的自由鏈部分可 能存在于玻璃態(tài)層及亞玻璃態(tài)層外面。這部分橡膠分子鏈薄通時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生力學(xué)斷鏈及氧化斷鏈。這種斷鏈可能切斷了與吸附點(diǎn)的連接，這樣就會(huì)使結(jié)合膠量下降。

3．溫度對(duì)結(jié)合膠含量的影響

將混煉好的式樣放在不同溫度下保持一定時(shí)間后測(cè)結(jié)合膠量?；鞜挏囟葘?duì)結(jié)合膠的影響卻是混煉溫度越高則結(jié)合膠越少。這可能是因?yàn)闇囟壬?，橡膠變得柔軟而不易被機(jī)械力破壞斷鏈形成大分子自由基，炭黑在這樣柔軟的橡膠環(huán)境中也不易產(chǎn)生斷鏈形成自由基，因此在高溫?zé)捘z時(shí)由于這種作用形成的結(jié)合膠會(huì)比低溫下煉膠的少。

4．橡膠性質(zhì)對(duì)結(jié)合膠含量的影響

結(jié)合膠量與橡膠的不飽和度和分子量有關(guān)，不飽和度高，分子量大的橡膠，生成的結(jié)合膠多。

5．停放時(shí)間對(duì)結(jié)合膠含量的影響

試驗(yàn)表明，混煉后隨停放時(shí)間增加，結(jié)合膠量增加，大約一周后趨于平衡。因?yàn)楣腆w炭黑對(duì)固體橡膠大分子的吸附不象固體填料對(duì)氣體或小分子吸附那么容易。另外化學(xué)吸附部分較慢，也需要一定時(shí)間。

結(jié)合膠含量

硫化橡膠結(jié)合膠含量的測(cè)定一直都是行業(yè)難題,傳統(tǒng)的化學(xué)法測(cè)試精度低、受人為主觀因素較大。在核磁法中,由于硫化橡膠弛豫衰減曲線隨樣品內(nèi)部組分狀態(tài)的改變而改變,通過核磁弛豫技術(shù)可快速無損獲得結(jié)合膠含量。

低場(chǎng)核磁評(píng)價(jià)結(jié)合膠含量的基本原理：

硫化橡膠弛豫衰減曲線隨樣品內(nèi)部組分狀態(tài)的改變而改變。核磁法利用彈性體材料內(nèi)不同的組分其弛豫時(shí)間不同這一原理,實(shí)現(xiàn)結(jié)合膠含量測(cè)試的目的。

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)

無論是低場(chǎng)核磁縱向弛豫還是低場(chǎng)核磁橫向弛豫，對(duì)于決大多數(shù)樣品來說，低場(chǎng)核磁弛豫信號(hào)都可以用多指數(shù)函數(shù)來表達(dá)。通常情況下，分別利用CPMG實(shí)驗(yàn)和IR實(shí)驗(yàn)來檢測(cè)樣品的橫向弛豫過程和縱向弛豫過程，低場(chǎng)核磁弛豫信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示樣品中第i種成分的信號(hào)強(qiáng)度，總信號(hào)的大小是所有成分產(chǎn)生信號(hào)大小的總和，T2i和T1i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時(shí)間和縱向弛豫時(shí)間。

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)：

弛豫信號(hào)反演的目標(biāo)是通過上面的公式(1)、公式(2)來計(jì)算樣品中的每個(gè)值(或者稱為樣品中質(zhì)子分布的密度函數(shù)，也稱為T1分布或T2分布)。下面采用矩陣的形式重新改寫上述數(shù)學(xué)表達(dá)式：

Y=A * F

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)實(shí)例：

以多組分T2反演為例，如下圖，左邊是回波串，右邊是反演結(jié)果（T2分布）。下式表示每一個(gè)回波的等式系統(tǒng)。一般物質(zhì)的T2分布是一個(gè)連續(xù)函數(shù)，但是為簡(jiǎn)化反演，計(jì)算使用一個(gè)多指數(shù)模型，并假定T2分布包含有m個(gè)獨(dú)立的弛豫時(shí)間T2i，對(duì)應(yīng)的幅值分量為fi。T2i的值是預(yù)先選定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的過程主要是確定每個(gè)分布的孔隙度分量.

低場(chǎng)核磁反演技術(shù)（T2分布）

定組分反演和二維反演在原理上和多組分反演都是一致的，是一個(gè)設(shè)置模型不斷尋優(yōu)的過程。不同的方法間，模型函數(shù)和尋優(yōu)方法會(huì)有稍許不同。

低場(chǎng)核磁測(cè)水分流動(dòng)性

什么是低場(chǎng)核磁？

低場(chǎng)核磁共振（low-field magnetic resonance，LFMR）是一種物理測(cè)試技術(shù)，它利用外部磁場(chǎng)和磁化技術(shù)，對(duì)生物樣品中的氫原子進(jìn)行測(cè)量。LFMR技術(shù)的原理基于核自旋磁矩和外磁場(chǎng)之間的相互作用。

當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，生物分子會(huì)產(chǎn)生核自旋磁矩，并在外磁場(chǎng)中排列成一定的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，一些能量較高的核自旋會(huì)被外磁場(chǎng)激發(fā)，形成核自旋磁矩。這些自旋磁矩在外磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度，我們稱之為磁化強(qiáng)度。

當(dāng)外磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，生物分子的磁化強(qiáng)度也會(huì)隨之變化。這種變化會(huì)導(dǎo)致磁共振信號(hào)的產(chǎn)生。通過測(cè)量這些磁共振信號(hào)，我們可以了解生物分子的結(jié)構(gòu)和磁化強(qiáng)度的變化，從而對(duì)生物樣品進(jìn)行分析和研究。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)具有高分辨率、高靈敏度和高對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)，因此在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)和地球科學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

低場(chǎng)核磁如何檢測(cè)水分流動(dòng)性？

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可以用于檢測(cè)生物樣品中的水分流動(dòng)性。其原理是基于對(duì)質(zhì)子核自旋從食物成分（例如水，脂肪，碳水化合物和蛋白質(zhì)）中吸收的共振射頻的測(cè)量。質(zhì)子核自旋從食物成分中吸收共振射頻，由于質(zhì)子核自旋從食物成分中吸收的共振射頻，低場(chǎng)核磁共振儀可以測(cè)量質(zhì)子核自旋從食物成分中吸收的共振射頻。由于它的靈敏性、快速的分析速度、無創(chuàng)性和低成本，它已被廣泛用作表征食物中水分流動(dòng)性和分布的分析技術(shù)。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可以測(cè)量水分子的運(yùn)動(dòng)速度和動(dòng)態(tài)特性，以及水分子中各種化學(xué)物質(zhì)的分布和含量。這些信息可以被用于確定樣品中水分的含量、微觀結(jié)構(gòu)和水分子與其他成分的相互作用。這些信息也可以被用于確定樣品的干燥程度和質(zhì)量，以及其他與水分有關(guān)的特性。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在檢測(cè)水分流動(dòng)性方面的應(yīng)用非常廣泛，包括水分在生物樣品中的分布、水分子的運(yùn)動(dòng)速度和動(dòng)態(tài)特性、水分子中各種化學(xué)物質(zhì)的分布和含量等。例如，可以使用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)測(cè)量果蔬中的水分含量、質(zhì)地特征和顏色特性，以及土壤中的水分含量和質(zhì)地特征。這些信息可以被用于確定樣品的干燥程度和質(zhì)量，以及其他與水分有關(guān)的特性。此外，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)還可以用于監(jiān)測(cè)生物樣品的干燥過程和質(zhì)量變化，以及確定藥物中的水分含量和藥效。

低場(chǎng)核磁不易流動(dòng)水

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，而且還處在不斷拓展之中，低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要基于四個(gè)方面進(jìn)行樣品分析與檢測(cè)：

（1）基于信號(hào)幅值的分析檢測(cè)；

（2）基于圖像(信號(hào)二維分布)的分析檢測(cè)；

（3）基于弛豫時(shí)間的分析檢測(cè)；

（4）基于擴(kuò)散系數(shù)的分析檢測(cè)。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)在食品農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘探、石油化工、生物醫(yī)藥、材料科學(xué)等諸多方面體現(xiàn)出越來越廣泛的應(yīng)用，成為一種重要的分析測(cè)試工具。

低場(chǎng)核磁不易流動(dòng)水

在食品研究領(lǐng)域，采集到的CPMG回波串，經(jīng)過反演擬合后得到的T2分布經(jīng)常有3個(gè)峰。中間的峰一般認(rèn)為是低場(chǎng)核磁不易流動(dòng)水

低場(chǎng)核磁技術(shù)主要是檢測(cè)水的信號(hào)，或是以水為探針檢測(cè)與水接觸的物質(zhì)變化。食品體系中測(cè)得的三個(gè)峰，主要體現(xiàn)了不同環(huán)境中的水分狀態(tài)。要理解低場(chǎng)核磁的三個(gè)峰的物理含義，我們先了解一下低場(chǎng)核磁檢測(cè)水分的原理。

生物大分子類似蛋白淀粉等含有很多親水位點(diǎn)，帶有的固有電荷和與之相連的相反電荷迫使大量水分形成極性多層模型。

多層結(jié)構(gòu)形成機(jī)理是：大分子的親水基團(tuán)（—NH2，—OH）與鄰近水分形成氫鍵，由于氫鍵極化，水分子反過來傾向與下一層水分子形成氫鍵，如此反復(fù)，zui后形成極性的多層結(jié)構(gòu)。這個(gè)又是NMR研究水分相態(tài)的基礎(chǔ)依據(jù)，由于結(jié)合水直接與大分子基團(tuán)以氫鍵結(jié)合，受到束縛程度較大，水分運(yùn)動(dòng)性較弱，衰減速度最快，自由水游離在結(jié)構(gòu)以外，水分運(yùn)動(dòng)性較強(qiáng)，衰減速度最慢，從而根據(jù)弛豫時(shí)間的大小來區(qū)分水分相態(tài)。

不同狀態(tài)的水分往往與食品的品質(zhì)、口感、質(zhì)構(gòu)、加工工藝等有直接關(guān)系，這部分的研究已經(jīng)非常成熟。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)原理

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)主要檢測(cè)為H質(zhì)子，也可以用于F信號(hào)測(cè)試。含H樣品經(jīng)過特定頻率的射頻激勵(lì)后，產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。H核磁共振信號(hào)對(duì)應(yīng)有T1、T2兩個(gè)主要參數(shù)，通過測(cè)試T1、T2弛豫時(shí)間并進(jìn)行建模，可用于食品、農(nóng)業(yè)、石油勘探、聚合物、固體脂肪含量…多方面研究。已有多種方法形成國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。

低場(chǎng)核磁共振由于其設(shè)備成本較低，研究使用門檻相對(duì)較低，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，且處于不斷拓展之中。由于核磁共振分析技術(shù)具有速度快、精確度高、一次測(cè)量可獲得多個(gè)參數(shù)、對(duì)樣品無損耗、樣品制備簡(jiǎn)單、對(duì)操作人員的健康和環(huán)境無影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此許多原來采用其他傳統(tǒng)檢測(cè)方法的應(yīng)用目前都在探索采用核磁共振技術(shù)進(jìn)行。

低場(chǎng)核磁技術(shù)研究硅膠老化

由于硅膠制品的使用越來越頻繁，硅膠產(chǎn)品在多數(shù)人的印象中是性能優(yōu)異且各方面使用體驗(yàn)都很好，許多老客戶也慢慢感覺到硅膠制品老化的現(xiàn)象，硅膠制品為什么會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

硅膠產(chǎn)品為什么會(huì)出現(xiàn)老化？

硅橡膠樹脂的粘合性比許多橡膠都要高，但硅膠同其它橡膠一樣，也會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，由于內(nèi)部分子鏈斷裂，使硅膠的性能發(fā)生了很大的變化。對(duì)于橡塑制品來說，硅膠產(chǎn)品危害蕞大的就是紫外線，紫外線會(huì)直接導(dǎo)致橡膠分子鏈的斷裂，這是因?yàn)楣枘z制品可吸收光能使橡膠內(nèi)產(chǎn)生自由分子。

硅膠產(chǎn)品老化的原因主要有以下三點(diǎn)：

1. 經(jīng)常有高溫或高溫環(huán)境。高溫度會(huì)加速硅膠材料的氧化環(huán)境，從而導(dǎo)致老化。

2. 化學(xué)因素。歸根結(jié)底，硅膠材料是一種化學(xué)物質(zhì)，有些化學(xué)因素會(huì)加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，會(huì)使硅膠制品的性能迅速下降，老化得很快。

硅膠老化的試驗(yàn)方法：

硅膠老化是硅膠性能受損的主要原因之一。由于產(chǎn)品的配方和使用條件各異，老化歷程快慢不一，所以，需要通過檢測(cè)技術(shù)對(duì)硅膠樣品進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)定硅膠老化的程度及其對(duì)性能的影響。低場(chǎng)核磁技術(shù)可用于硅膠老化檢測(cè)。

低場(chǎng)核磁技術(shù)研究硅膠老化基本原理：

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是通過測(cè)定恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度下樣品中1H的弛豫時(shí)間,從而獲得分子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)信息的方法。其基本原理是通過施加射頻脈沖給予處于恒定磁場(chǎng)中的樣品,使氫質(zhì)子發(fā)生共振,質(zhì)子所吸收的射頻波能量以非輻射的方式釋放后返回到基態(tài),此過程被稱為弛豫過程。弛豫又可分為橫向弛豫和縱向弛豫,樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處物理化學(xué)環(huán)境及存在狀態(tài)決定了弛豫時(shí)間的長(zhǎng)短。從物理機(jī)制上,核磁弛豫過程是自旋氫原子核與環(huán)境之間通過相互作用進(jìn)行能量交換的過程。核磁共振是自旋不為零的原子在靜磁場(chǎng)中被磁化后,與特定射頻場(chǎng)產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象,吸收射頻脈沖能量后自旋核與周圍物質(zhì)相互作用,釋放能量,并恢復(fù)初始狀態(tài)過程。

硅膠老化是交聯(lián)體系發(fā)生變化的綜合過程,核磁共振的弛豫機(jī)制對(duì)這種變化具有高敏感性,其主要表現(xiàn)為橫向弛豫時(shí)間T2隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)的規(guī)律性變化。因此通過研究老化過程中硅膠樣品的弛豫時(shí)間變化規(guī)律及其與老化性能的關(guān)系,就可以間接評(píng)估硅膠老化的特性。

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低場(chǎng)核磁橫相弛豫時(shí)間

在核磁共振現(xiàn)象中，弛豫是指原子核發(fā)生共振且處在高能狀態(tài)時(shí)，當(dāng)射頻脈沖停止后，將迅速恢復(fù)到原來低能狀態(tài)的現(xiàn)象。恢復(fù)的過程即稱為弛豫過程，它是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，需要一定的時(shí)間反映了質(zhì)子系統(tǒng)中質(zhì)子之間和質(zhì)子周圍環(huán)境之間的相互作用。

完成弛豫過程分兩步進(jìn)行，即縱向磁化強(qiáng)度矢量Mz恢復(fù)到最初平衡狀態(tài)的M0和橫向磁化強(qiáng)度Mxy要衰減到零，這兩步是同時(shí)開始但獨(dú)立完成的，下面將簡(jiǎn)單介紹低場(chǎng)核磁橫相弛豫過程和低場(chǎng)核磁橫相弛豫時(shí)間T2。

低場(chǎng)核磁橫相弛豫過程

在射頻脈沖的作用下，所有質(zhì)子的相位都相同，它們都沿相同的方向排列，以相同的角速度（或角頻率）繞外磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)。當(dāng)射頻脈沖停止后，同相位的質(zhì)子彼此之間將逐漸出現(xiàn)相位差，即失相位。我們把質(zhì)子由同相位逐漸分散zui終均勻分布，宏觀表現(xiàn)為其橫向磁化強(qiáng)度矢量Mxy從蕞大（對(duì)于π/2脈沖來說，為M0）逐漸衰減為0的過程稱為橫向弛豫過程。

低場(chǎng)核磁橫相弛豫時(shí)間

低場(chǎng)核磁橫相弛豫時(shí)間又稱自旋-自旋弛豫時(shí)間，通常用Mxymax衰減63%時(shí)所需的時(shí)間，所以經(jīng)過一個(gè)T2時(shí)間，Mxy還存在37%在實(shí)際工作中，一般認(rèn)為Mxy經(jīng)過5T2時(shí)間已基本衰減為零。下圖表示π/2脈沖之后Mxy隨時(shí)間的衰減曲線：

在MRI中，通常用橫向弛豫時(shí)間T2來描述橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減的快慢，如果T2小就說明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減快。否則，若T2長(zhǎng)就說明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減慢。

在給定外磁場(chǎng)中，T2僅取決于組織，不同的組織由于其自旋-自旋相互作用效果不同，而這種效果取決于質(zhì)子間的接近程度。由于不同組織自旋-自旋相互作用效果不同，所以不同組織的T2不同，固體中的T2比液體中的T2短的多。特別注意的是：橫向弛豫時(shí)間T2比縱向弛豫時(shí)間T1快5-10倍，也就是說在縱向磁化強(qiáng)度恢復(fù)到M0時(shí)，橫向磁化強(qiáng)度早已經(jīng)衰減為零。

低場(chǎng)核磁反演方法研究

無論是低場(chǎng)核磁縱向弛豫還是低場(chǎng)核磁橫向弛豫，對(duì)于決大多數(shù)樣品來說，低場(chǎng)核磁弛豫信號(hào)都可以用多指數(shù)函數(shù)來表達(dá)。通常情況下，分別利用CPMG實(shí)驗(yàn)和IR實(shí)驗(yàn)來檢測(cè)樣品的橫向弛豫過程和縱向弛豫過程，低場(chǎng)核磁弛豫信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示樣品中第i種成分的信號(hào)強(qiáng)度，總信號(hào)的大小是所有成分產(chǎn)生信號(hào)大小的總和，T2i和T1i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時(shí)間和縱向弛豫時(shí)間。

低場(chǎng)核磁反演方法研究：

弛豫信號(hào)反演的目標(biāo)是通過上面的公式(1)公式(2)來計(jì)算樣品中的每個(gè)值(或者稱為樣品中質(zhì)子分布的密度函數(shù)，也稱為T1分布或T2分布)。下面采用矩陣的形式重新改寫上述數(shù)學(xué)表達(dá)式：

Y=A * F

低場(chǎng)核磁反演方法研究實(shí)例：

以多組分T2反演為例，如下圖，左邊是回波串，右邊是反演結(jié)果（T2分布）。下式表示每一個(gè)回波的等式系統(tǒng)。一般物質(zhì)的T2分布是一個(gè)連續(xù)函數(shù)，但是為簡(jiǎn)化反演，計(jì)算使用一個(gè)多指數(shù)模型，并假定T2分布包含有m個(gè)獨(dú)立的弛豫時(shí)間T2i，對(duì)應(yīng)的幅值分量為fi。T2i的值是預(yù)先選定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的過程主要是確定每個(gè)分布的孔隙度分量.

低場(chǎng)核磁反演方法研究（T2分布）

定組分反演和二維反演在原理上和多組分反演都是一致的，是一個(gè)設(shè)置模型不斷尋優(yōu)的過程。不同的方法間，模型函數(shù)和尋優(yōu)方法會(huì)有稍許不同。