水凝胶的动态力学分析

水凝胶是一种水溶性交联聚合物，在广泛的生物医学应用中正变得越来越重要。水凝胶最早的用途之一是软性隐形眼镜的开发。目前，水凝胶也被用于美容和重建手术、药物输送系统和组织工程等领域。测定水凝胶的材料性质变得越来越重要，尤其是在体内用作结构成分的应用中。

聚乙烯醇水凝胶的动态刚度和模量

剑桥聚合物集团是一家位于马萨诸塞州波士顿的合同研究实验室，专门从事聚合物研究。该集团向Bose®提出了准确测定聚乙烯醇水凝胶动态刚度和模量的挑战。ElectroForce®3100测试仪器和DMA（动态机械分析）软件，以及WinTest^®使用控制软件测定水凝胶的试样刚度和材料特性。这个ElectroForce 3100测试仪是一种桌面系统，专为低力应用而设计，要求比一般中等到高力测试系统更大的控制分辨率。

测试过程

剑桥聚合物公司提供了小的不规则圆柱形水凝胶样品用于测试。标本直径约3 ~ 4mm，高度约3 ~ 4mm。测试是通过安装在ElectroForce 3200测试仪器上的直径12.7 mm (0.5 in)的压板、一个5mm (0.2 in)的位移传感器和一个250 g (2.45 N)的力传感器进行的。

压缩测试结果

进行的初始试验是以0.02 mm/s（0.0008 in/s）的速率从接触到430 mN的位移斜坡。结果数据绘制在力-位移曲线上，以确定材料的线性区域（图1）。未观察到明显的线性区域，因为试样的刚度随%应变的变化非常缓慢。

图1所示。水凝胶力与位移

第二个测试是使用DMA软件对各种应变进行频率扫描，频率范围为1至100 Hz，压缩范围为4%至14%。向试样施加0.001 N的压缩接触力，以确保收集的数据可重复。这也确保了上压缩压板不会与水凝胶样品失去接触。数据采集完成后，DMA软件计算试样的模量和tanδ，并输出数据，以绘制不同应变水平下的频率函数。绘制的数据与预期材料模量和tanδ一致；然而，似乎存在试样共振或其他异常，因为其他试样在20和100 Hz之间未显示此行为（图2）。

图2。水凝胶DMA

如图3所示，3100系统非常适合于极低作用力的应用。该图显示了在1 Hz频率和4%平均应变下采集的数据。图3显示水凝胶上的峰间负载约为2 mN，相应的峰间位移为28μm。

图3。采样数据在1 Hz和4%的平均应变

总结

这一系列测试演示了ElectroForce 3100测试仪描述非常软的粘弹性材料，如水凝胶的材料特性。欧洲杯足球竞彩水凝胶的材料性能与其他行业标准测试协议测量的性能非常一致，与测试条件有重叠。3100测试仪器能够在一个易于使用的，多功能的产品中提供一个扩展的测试条件范围。

该信息已从TA Instruments提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

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