最近，科準(zhǔn)測(cè)控接到一家生物醫(yī)用材料企業(yè)的測(cè)試需求。他們研發(fā)的水凝膠用于組織工程支架，需要在模擬生理環(huán)境下驗(yàn)證其抗疲勞性能。客戶特別強(qiáng)調(diào)：試樣需要先在室溫水浴中泡發(fā)一小時(shí)，測(cè)試全程要在25℃水浴中進(jìn)行，還要完成1000次循環(huán)拉伸。
由于水凝膠質(zhì)地柔軟、含水率高，常規(guī)拉伸測(cè)試容易出現(xiàn)夾持損傷、打滑等問題。本文科準(zhǔn)測(cè)控小編就以這次測(cè)試為例，詳細(xì)介紹使用SSBY-100水浴疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行水凝膠拉伸疲勞測(cè)試的完整方案。
一、測(cè)試原理
水凝膠拉伸疲勞測(cè)試基于動(dòng)態(tài)力學(xué)分析原理，在恒溫水浴環(huán)境中模擬生理?xiàng)l件，對(duì)試樣施加往復(fù)拉伸載荷。將水凝膠試樣固定于拉伸試驗(yàn)裝置的夾具中，浸沒在25℃恒溫水浴內(nèi)。設(shè)備以60mm/min的恒定速度將試樣拉伸至50%應(yīng)變（加載過程），然后以同樣速度使試樣回到初始位置（卸載過程），完成一次循環(huán)。通過記錄1000次循環(huán)過程中的力值與位移變化，分析材料的剛度退化、殘余應(yīng)變及耗散能變化。
名義應(yīng)力計(jì)算公式：S = F / (w × t)
S：名義應(yīng)力
F：記錄的力
w：膨脹狀態(tài)下的寬度
t：膨脹狀態(tài)下的厚度
二、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
水凝膠拉伸測(cè)試主要參考以下標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 16886.12011 醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià) 第1部分：風(fēng)險(xiǎn)管理過程中的評(píng)價(jià)與試驗(yàn)
ISO 5271:2019 塑料 拉伸性能的測(cè)定 第1部分：總則
ASTM D41216 硫化橡膠和熱塑性彈性體拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法
參考文獻(xiàn)：韌性水凝膠在循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展行為研究
三、測(cè)試設(shè)備
本次測(cè)試使用科準(zhǔn)測(cè)控SSBY-100水浴疲勞試驗(yàn)機(jī)
四、測(cè)試步驟
第一步：樣品前處理
將水凝膠試樣在室溫去離子水中浸泡1小時(shí)，確保充分溶脹至平衡狀態(tài)。從客戶提供的樣品中，優(yōu)先使用標(biāo)記為“拉力"的樣品進(jìn)行測(cè)試，其他樣品作為備用。
第二步：尺寸測(cè)量
溶脹后，測(cè)量試樣的實(shí)際寬度和厚度（膨脹狀態(tài)下的尺寸），用于名義應(yīng)力計(jì)算。三個(gè)試樣豁口位置不同，需分別記錄。
第三步：設(shè)備準(zhǔn)備
1. 將SSBY-100水浴疲勞試驗(yàn)機(jī)的水浴槽注滿去離子水
2. 設(shè)定并穩(wěn)定水浴溫度為25℃
3. 根據(jù)樣品機(jī)械強(qiáng)度選擇傳感器：
化學(xué)交聯(lián)、凍融水凝膠 → 4.4N測(cè)壓元件
干退火90min水凝膠 → 44N測(cè)壓元件
第四步：試樣安裝
從水浴中取出溶脹后的試樣，迅速安裝于拉伸試驗(yàn)裝置的左右夾具之間。確保試樣對(duì)中、無扭曲，豁口位置朝向觀測(cè)面，便于記錄裂紋擴(kuò)展。
第五步：DIC標(biāo)定
采用數(shù)字圖像相關(guān)法，校準(zhǔn)標(biāo)距段變形量與加載距離之間的相關(guān)性。在試樣表面制作散斑圖案，調(diào)整數(shù)碼顯微鏡焦距，確保實(shí)時(shí)追蹤變形。
第六步：參數(shù)設(shè)置
在軟件中設(shè)置以下參數(shù)：
測(cè)試類型：循環(huán)拉伸（拉伸卸載往復(fù)）
控制模式：應(yīng)變控制
目標(biāo)應(yīng)變：50%
測(cè)試速度：60mm/min
循環(huán)次數(shù)：1000次
數(shù)據(jù)采集：記錄力值、位移、時(shí)間
第七步：執(zhí)行測(cè)試
點(diǎn)擊開始測(cè)試，設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行1000次拉伸卸載循環(huán)：
加載：以60mm/min拉伸至50%應(yīng)變
卸載：以60mm/min回到初始位置
循環(huán)過程中，數(shù)碼顯微鏡實(shí)時(shí)記錄裂紋萌生與擴(kuò)展過程
第八步：數(shù)據(jù)分析
測(cè)試結(jié)束后，系統(tǒng)輸出以下數(shù)據(jù)：
應(yīng)力應(yīng)變曲線（每次循環(huán)）
最大力值衰減趨勢(shì)
滯后環(huán)面積（能量耗散）
殘余應(yīng)變變化
以上就是科準(zhǔn)測(cè)控小編關(guān)于水凝膠拉伸疲勞測(cè)試的分享。通過SSBY-100水浴疲勞試驗(yàn)機(jī)配合拉伸裝置和數(shù)字圖像相關(guān)法，可以在25℃恒溫水浴環(huán)境中精準(zhǔn)完成1000次循環(huán)拉伸測(cè)試，獲取水凝膠的疲勞壽命、能量耗散、裂紋擴(kuò)展等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。關(guān)于水凝膠拉伸疲勞測(cè)試，你可能還想了解：水凝膠拉伸測(cè)試速度為什么選60mm/min？水凝膠溶脹后尺寸怎么測(cè)量？DIC數(shù)字圖像相關(guān)法怎么標(biāo)定？水凝膠疲勞測(cè)試中豁口位置對(duì)裂紋擴(kuò)展有什么影響？水浴疲勞試驗(yàn)機(jī)怎么選型？如您有水凝膠或其他軟組織材料的力學(xué)測(cè)試需求，歡迎私信或留言，科準(zhǔn)測(cè)控可提供免費(fèi)樣品實(shí)測(cè)和技術(shù)支持。
