最近，科準測控接到一家生物醫(yī)用材料企業(yè)的測試需求。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)境下驗證其抗疲勞性能。客戶特別強調(diào)：試樣需要先在室溫水浴中泡發(fā)一小時，測試全程要在25℃水浴中進行，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)拉伸測試容易出現(xiàn)夾持損傷、打滑等問題。本文科準測控小編就以這次測試為例，詳細介紹使用SSBY-100水浴疲勞試驗機進行水凝膠拉伸疲勞測試的完整方案。

一、測試原理

水凝膠拉伸疲勞測試基于動態(tài)力學分析原理，在恒溫水浴環(huán)境中模擬生理條件，對試樣施加往復拉伸載荷。將水凝膠試樣固定于拉伸試驗裝置的夾具中，浸沒在25℃恒溫水浴內(nèi)。設備以60mm/min的恒定速度將試樣拉伸至50%應變（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、殘余應變及耗散能變化。

名義應力計算公式：S = F / (w × t)

 S：名義應力

 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、測試標準

水凝膠拉伸測試主要參考以下標準：

 GB/T 16886.12011 醫(yī)療器械生物學評價 第1部分：風險管理過程中的評價與試驗

 ISO 5271:2019 塑料 拉伸性能的測定 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準試驗方法

 參考文獻：韌性水凝膠在循環(huán)載荷下的疲勞裂紋擴展行為研究

三、測試設備

本次測試使用科準測控SSBY-100水浴疲勞試驗機

四、測試步驟

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，確保充分溶脹至平衡狀態(tài)。從客戶提供的樣品中，優(yōu)先使用標記為“拉力”的樣品進行測試，其他樣品作為備用。

第二步：尺寸測量

溶脹后，測量試樣的實際寬度和厚度（膨脹狀態(tài)下的尺寸），用于名義應力計算。三個試樣豁口位置不同，需分別記錄。

第三步：設備準備

1. 將SSBY-100水浴疲勞試驗機的水浴槽注滿去離子水

2. 設定并穩(wěn)定水浴溫度為25℃

3. 根據(jù)樣品機械強度選擇傳感器：

    化學交聯(lián)、凍融水凝膠 → 4.4N測壓元件

    干退火90min水凝膠 → 44N測壓元件

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裝置的左右夾具之間。確保試樣對中、無扭曲，豁口位置朝向觀測面，便于記錄裂紋擴展。

第五步：DIC標定

采用數(shù)字圖像相關法，校準標距段變形量與加載距離之間的相關性。在試樣表面制作散斑圖案，調(diào)整數(shù)碼顯微鏡焦距，確保實時追蹤變形。

第六步：參數(shù)設置

在軟件中設置以下參數(shù)：

測試類型：循環(huán)拉伸（拉伸卸載往復）

控制模式：應變控制

目標應變：50%

測試速度：60mm/min

循環(huán)次數(shù)：1000次

數(shù)據(jù)采集：記錄力值、位移、時間

第七步：執(zhí)行測試

點擊開始測試，設備自動執(zhí)行1000次拉伸卸載循環(huán)：

加載：以60mm/min拉伸至50%應變

卸載：以60mm/min回到初始位置

循環(huán)過程中，數(shù)碼顯微鏡實時記錄裂紋萌生與擴展過程

第八步：數(shù)據(jù)分析

測試結束后，系統(tǒng)輸出以下數(shù)據(jù)：

應力應變曲線（每次循環(huán)）

最大力值衰減趨勢

滯后環(huán)面積（能量耗散）

殘余應變變化

裂紋萌生位置與擴展路徑

以上就是科準測控小編關于水凝膠拉伸疲勞測試的分享。通過SSBY-100水浴疲勞試驗機配合拉伸裝置和數(shù)字圖像相關法，可以在25℃恒溫水浴環(huán)境中精準完成1000次循環(huán)拉伸測試，獲取水凝膠的疲勞壽命、能量耗散、裂紋擴展等關鍵數(shù)據(jù)。關于水凝膠拉伸疲勞測試，你可能還想了解：水凝膠拉伸測試速度為什么選60mm/min？水凝膠溶脹后尺寸怎么測量？DIC數(shù)字圖像相關法怎么標定？水凝膠疲勞測試中豁口位置對裂紋擴展有什么影響？水浴疲勞試驗機怎么選型？如您有水凝膠或其他軟組織材料的力學測試需求，歡迎私信或留言，科準測控可提供免費樣品實測和技術支持。