本發(fā)明涉及一種纖維的表征方法，具體涉及一種再生纖維素材料的孔洞結(jié)構(gòu)的表征方法。

背景技術(shù)：

再生纖維材料的應(yīng)用極為廣泛，其力學(xué)性能也常被作為表征纖維好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。纖維內(nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)對(duì)纖維的力學(xué)性能有直接的影響。再生纖維素材料常作為織物衣物使用，其舒適度、耐用性都與再生纖維素內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

為了提高再生纖維素產(chǎn)品的力學(xué)性能，必須從其內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，探究?jī)?nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響。然而，目前所使用的孔洞表征手段，如：掃描電鏡、氮吸附等都要求將樣品預(yù)先進(jìn)行干燥處理。由于有些再生纖維素材料含有大量水分，干燥過(guò)程會(huì)對(duì)形貌產(chǎn)生破壞，影響表征結(jié)果的可靠性。

如何能夠在不對(duì)再生纖維素樣品造成損傷的前提下真實(shí)可靠的反應(yīng)其內(nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)，是再生纖維素材料加工工藝中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新的可真實(shí)反應(yīng)纖維素內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)的方法，以解決現(xiàn)有方法對(duì)再生纖維素材料內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)表征時(shí)對(duì)樣品有損傷且結(jié)果并不真實(shí)可靠的問(wèn)題。

本發(fā)明表征方法所涉及的再生纖維素指的是先將纖維素原料溶解后再經(jīng)過(guò)凝固浴再生出來(lái)得到的產(chǎn)品。

本發(fā)明所提供的再生纖維素材料的孔洞結(jié)構(gòu)的表征方法，包括如下步驟：

(1)將再生纖維素浸泡于液體中并振蕩；

(2)在核磁共振波譜儀上，對(duì)經(jīng)步驟(1)處理后的所述再生纖維素進(jìn)行核磁弛豫氫譜測(cè)試；

(3)對(duì)所述核磁弛豫氫譜測(cè)試得到的核磁弛豫衰減曲線進(jìn)行反拉普拉斯變換，得到表征所述再生纖維素的孔洞結(jié)構(gòu)的參數(shù)。

上述的表征方法中，所述液體可為水、n,n-二甲基乙酰胺、苯、乙醇等，起探針?lè)肿拥淖饔谩?/p>

上述的表征方法中，步驟(1)中，將所述再生纖維素置于搖床中；

所述振蕩的時(shí)間可為3～21天。

上述的表征方法中，步驟(2)中，所述核磁弛豫氫譜測(cè)試實(shí)質(zhì)是對(duì)所述再生纖維素內(nèi)部的探針?lè)肿?液體小分子)進(jìn)行氫譜弛豫測(cè)試；具體測(cè)量¹h的自旋-自旋弛豫時(shí)間；

所述核磁弛豫氫譜測(cè)試采用cpmg脈沖序列，測(cè)試條件如下：

溫度可為25℃；

回波時(shí)間可為0.5～2ms。

上述的表征方法中，步驟(3)中，所述參數(shù)為所述孔洞結(jié)構(gòu)的的尺寸大小及其分布。

上述的表征方法中，步驟(3)中，利用所述反拉普拉斯變換將原始的衰減曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢源砜锥闯叽缂捌浞植嫉那€；

所述反拉普拉斯變換采用的擬合公式如式(1)所示：

式中，yn(t)為t時(shí)間觀測(cè)到的信號(hào)；m為體系包含總的弛豫分量；aj為第j弛豫分量的幅度值；t2j為第j種弛豫分量的弛豫時(shí)間；f”為解的倒數(shù)(由matlab程序算出)，α為平滑因子，為0.8～1之間的數(shù)，n表示核磁弛豫測(cè)試時(shí)的掃描次數(shù)，為了提高信噪比通常都為對(duì)樣品進(jìn)行多次測(cè)試；tn表示每次掃描的時(shí)間。

上述的表征方法中，當(dāng)測(cè)試多個(gè)樣品時(shí)，步驟(2)之前所述方法還包括測(cè)定經(jīng)步驟(1)處理后的所述再生纖維素中所述液體的含量的步驟，以使液體含量一致，從而保證表征結(jié)果的可比性；采用熱重分析法測(cè)定所述液體的含量，其能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)定樣品中液體的含量。

本發(fā)明表征方法所基于的原理如下：

為了激發(fā)自由進(jìn)動(dòng)信號(hào)，一般均采用射頻脈沖方法使得宏觀磁化強(qiáng)度m0相對(duì)于靜磁場(chǎng)b0方向扳轉(zhuǎn)90°。這個(gè)射頻脈沖就會(huì)擾亂自旋系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)，產(chǎn)生弛豫現(xiàn)象。而弛豫速率的快慢與原子核所處的環(huán)境有關(guān)。因此可以利用這一點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)孔洞結(jié)構(gòu)的表征。

具體的說(shuō)，探針?lè)肿映谠ニ俾实目炻c周?chē)h(huán)境的受限程度有關(guān)。處于越受限的環(huán)境，即小的孔洞之中，探針?lè)肿拥某谠ニ俾试娇?；處于寬松的環(huán)境之中，即大的孔洞之中，探針?lè)肿拥某谠ニ俾试铰?。在?shí)際測(cè)試中，常常采用自旋-自旋弛豫速率來(lái)進(jìn)行表征。由cpmg自旋回波法測(cè)得的橫向弛豫時(shí)間的結(jié)果為一系列回波串，每個(gè)單獨(dú)的回波串符合單指數(shù)衰減規(guī)律。如果待測(cè)樣品就是單一自旋體系，那么只需要將得到的回波點(diǎn)進(jìn)行擬合就可以算出橫向弛豫時(shí)間常數(shù)t2。但是，實(shí)際測(cè)試中，基本不存在單一的自旋系統(tǒng)，待測(cè)樣品都是由多個(gè)自旋體系組成，測(cè)試結(jié)果為一系列復(fù)雜的回波串，尤其是在測(cè)量多孔結(jié)構(gòu)材料時(shí)，不同尺寸的孔洞會(huì)產(chǎn)生完全不同的回波串，每一個(gè)回波串的衰減指數(shù)可以反映對(duì)應(yīng)的孔洞尺寸。但是，無(wú)法直接從回波信號(hào)上獲得每個(gè)部分的衰減指數(shù)，想要得到這個(gè)數(shù)值必須經(jīng)過(guò)復(fù)雜的解譜過(guò)程。

本發(fā)明觀測(cè)到的核磁共振信號(hào)是由一系列滿足單指數(shù)衰減規(guī)律的信號(hào)疊加而成，除此之外還存在著隨機(jī)噪音。只要能分解出每一種信號(hào)的橫向弛豫時(shí)間(t2j)及其信號(hào)衰減幅度(aj)就能分析出核磁信號(hào)包含的信息的全部?jī)?nèi)容，也就完成了解譜工作。因此，采用下述反拉普拉斯變換所依據(jù)的擬合公式，在matlab軟件上進(jìn)行擬合即可得到有關(guān)孔洞結(jié)構(gòu)(尺寸大小及其分布)的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明表征方法可以得到弛豫時(shí)間(其對(duì)數(shù)，橫坐標(biāo))與孔洞的含量(縱坐標(biāo))之間成正比的關(guān)系，因此能夠定性地說(shuō)明孔洞的尺寸大??；如果需要確定孔洞尺寸的具體數(shù)值，還需要根據(jù)樣品的不同采用不同的公式計(jì)算。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明表征方法無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行干燥或者凍干處理，樣品可以完好的保持其原始狀態(tài)。

2、經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后可以直觀的觀測(cè)到孔洞的尺寸大小及其分布。

3、本發(fā)明表征方法可以真實(shí)可靠的得到材料的內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)的信息。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的核磁弛豫原始數(shù)據(jù)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的表征再生纖維的孔洞分布的曲線。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2得到的核磁弛豫原始數(shù)據(jù)。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2得到的表征再生纖維的孔洞分布的曲線。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例3得到的核磁弛豫原始數(shù)據(jù)。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例3得到的表征再生纖維的孔洞分布的曲線。

具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法。

下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。

實(shí)施例1、對(duì)粘膠纖維的孔洞結(jié)構(gòu)的表征

首先，對(duì)再生纖維素材料進(jìn)行浸泡處理：

(1)取一定量的粘膠纖維置于n,n-二甲基乙酰胺(dmac)溶液中；

(2)放置于搖床中在室溫25℃下振蕩7天；

(3)取出樣品后經(jīng)過(guò)熱重分析測(cè)試確定樣品中dmac的含量為89％。

然后對(duì)樣品進(jìn)行核磁弛豫氫譜測(cè)試。

測(cè)試時(shí)采用cpmg脈沖序列，測(cè)試溫度為25℃，回波時(shí)間1ms，采點(diǎn)數(shù)100。

將核磁弛豫數(shù)據(jù)導(dǎo)出，如圖1所示，利用反拉普拉斯公式(1)，在matlab軟件上進(jìn)行擬合。

擬合得到的結(jié)果如圖2所示。

圖2中的橫坐標(biāo)表示弛豫時(shí)間的對(duì)數(shù)，縱坐標(biāo)表示孔洞的含量。由圖2可以看出，弛豫時(shí)間與孔洞尺寸成正比，處于小孔洞中的探針?lè)肿佑休^小的弛豫時(shí)間，反之亦然。因此，經(jīng)過(guò)反拉普拉斯變換后，原始的弛豫衰減曲線轉(zhuǎn)換為可以表征孔洞分布的曲線。

實(shí)施例2、對(duì)再生纖維素水凝膠的孔洞結(jié)構(gòu)的表征

首先，將再生纖維素材料進(jìn)行浸泡處理：

(1)取一定量的棉短絨漿(纖維素，由湖北化纖集團(tuán)有限公司提供)，將棉短絨漿溶于naoh/尿素水溶液后靜置形成水凝膠，于室溫下浸泡在h2o中；

(2)放置于搖床中在室溫下振蕩7天；

(3)取出樣品后經(jīng)過(guò)熱重分析測(cè)試確定樣品中h2o的含量為85％。

然后對(duì)樣品進(jìn)行核磁弛豫氫譜測(cè)試。

測(cè)試時(shí)采用cpmg脈沖序列，測(cè)試溫度為25℃，回波時(shí)間1ms，采點(diǎn)數(shù)56。

將核磁弛豫數(shù)據(jù)導(dǎo)出，如圖3所示，利用反拉普拉斯公式(1)，在matlab軟件上進(jìn)行擬合。

擬合得到的結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，經(jīng)過(guò)反拉普拉斯變換后，原始的弛豫衰減曲線轉(zhuǎn)換為可以表征孔洞分布的曲線。

實(shí)施例3、對(duì)多聚磷酸溶液再生纖維的孔洞結(jié)構(gòu)的表征

首先，將再生纖維素材料進(jìn)行浸泡處理：

(1)取一定量的多聚磷酸溶液再生纖維，于室溫下浸泡在dmac中；

(2)放置于搖床中在室溫下振蕩7天；

(3)取出樣品后經(jīng)過(guò)熱重分析測(cè)試確定樣品中dmac的含量為89％。

然后對(duì)樣品進(jìn)行核磁弛豫氫譜測(cè)試。

測(cè)試時(shí)采用cpmg脈沖序列，測(cè)試溫度為25℃，回波時(shí)間1ms，采點(diǎn)數(shù)100。

將核磁弛豫數(shù)據(jù)導(dǎo)出，如圖5所示，利用反拉普拉斯公式(1)，在matlab軟件上進(jìn)行擬合。

擬合得到的結(jié)果如圖6所示。

由圖6中可以看出，經(jīng)過(guò)反拉普拉斯變換后，原始的衰減曲線轉(zhuǎn)換為可以表征孔洞分布的曲線。