水凝胶疲劳性能怎么测？卧式疲劳试验机循环拉伸测试方案详解

近期，我们接待了来自眼科医院的客户，并接收到水凝胶的疲劳拉伸测试需求。在很多眼科耗材中都要用到水凝胶，比如隐形眼镜、人工泪液、角膜塑形镜等，在临床中，这些耗材会被反复眨眼挤压，或者在佩戴-摘取过程中受到力的作用。今天科准测控小编就和大家分享一下，如何使用卧式疲劳试验机来进行水浴环境下的水凝胶循环拉伸测试。同时，也会一起聊聊这项测试的工作原理、样品前处理要点、关键参数设置及失效分析方法，帮助大家在材料研发、工艺优化和疲劳寿命评估中更高效地获得可靠数据。

一、测试原理

将充分溶胀平衡后的犬骨状水凝胶试样安装于科准卧式疲劳试验机的专用夹具中，并浸没在25℃的恒温水浴槽内。设备以60mm/min的恒定速度将试样拉伸至50%应变（加载过程），然后以同样速度使试样回到初始位置（卸载过程），由此完成一次循环。通过记录1000次循环过程中的力值与位移变化，分析材料的刚度退化、残余应变及耗散能变化，从而科学判断其疲劳寿命与抗疲劳性能 。

二、测试标准

ASTM F2150-19 水凝胶及相关材料力学测试的标准指南

文献参考：韧性水凝胶在循环载荷下的疲劳裂纹扩展行为研究（Soft Matter, 2022）

三、、测试设备与条件

KZ-SSBY-100电子式动静态疲劳试验机：该设备可立可卧，便于安装水浴装置，特别适合水凝胶、生物软组织材料在液态环境下的静态与动态力学测试。支持高精度力值控制与位移控制，可配套显微镜进行在线微观观测。

专用夹具：针对水凝胶表面润滑、易滑脱的特点，配备防滑纹路夹具，确保夹持牢固且不损伤试样。

样品规格：犬骨状试样（制备状态尺寸：宽度5mm，厚度0.8mm，标距10mm）

四、测试流程

步骤一：样品前处理

将制备好的犬骨状试样完全浸没在室温去离子水（或模拟体液PBS缓冲液）中。

确保水浴时间至少1小时，使凝胶充分溶胀至平衡状态。

溶胀后试样尺寸可能略有变化，需重新测量实际宽度与厚度，用于后续名义应力计算。

步骤二：设备准备与安装

根据样品预估强度选择合适的传感器。

检查设备是否在校准有效期内，必要时进行力值校准。

将恒温水浴槽安装于卧式疲劳试验机的测试区域。

注入去离子水，设定并稳定温度为25℃，确保整个测试过程在恒温环境中进行。

从水浴中取出溶胀平衡后的试样，迅速安装于卧式疲劳试验机的上、下夹具之间。

调整夹具位置，确保试样纵轴与拉伸方向完全平行，对准标距10mm标记线，避免偏心受力导致测试数据偏差。

步骤三：测试参数设定

在试验机控制软件中编辑测试方法：

测试类型：循环拉伸（拉伸-卸载往复测试）

控制模式：应变控制

目标应变：50%（以标距10mm计算，拉伸位移为5mm）

测试速度：60mm/min （对应应变速率约0.1 s⁻¹）

循环次数：1000次

数据采集：设定合适的采样频率（建议≥100Hz），确保1000次循环的数据点完整记录。

合格判定：可根据材料要求设定失效判据，如力值下降至初始最大值的70%时判定为疲劳失效。

影像录制：确保数码显微镜已连接，在软件中开启视频录制功能，对准试样标距段，记录裂纹萌生与扩展全过程。

步骤四：执行测试

启动视频录制：通过软件控制，开启Dino-Lite数码显微镜的实时影像录制功能，清晰对焦试样表面。

开始试验：点击软件中的“开始试验”按钮，设备将自动按照设定参数执行拉伸-卸载往复程序。

过程监控：实时观察“力值-位移曲线”或“应力-应变曲线”的变化趋势。

步骤五：数据与失效分析

测试结束后，系统自动保存最大推力值、循环次数、力-位移曲线等数据至“测试记录”中。

整合推力数据、过程视频、应力-应变曲线图谱、循环寿命图及失效分析结果，导出完整的测试报告。

以上就是科准测控小编关于水凝胶疲劳测试的相关介绍了，希望对您有所帮助。如您还有其它生物材料力学表征或定制化水浴测试方案等方面的疑问或需求，欢迎随时通过私信或留言与我们联系。科准测控技术团队将为您提供专业的测试建议与定制化服务方案，助力您的材料研发与工艺优化。

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