水凝胶的动态力学分析

水凝胶是一种水膨胀交联聚合物，在广泛的生物医学应用中变得越来越重要。水凝胶最早的用途之一是软性隐形眼镜的开发。目前，水凝胶还被用于美容和重建手术、药物输送系统和组织工程等领域。确定水凝胶的材料特性已经变得越来越重要，特别是在它们被用作体内结构成分的应用中。

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总部位于美国马萨诸塞州波士顿的专门从事聚合物研究的合同研究实验室，该公司联系Bose®，要求其准确测定聚乙烯醇水凝胶的动态刚度和模量。ElectroForce®3100测试仪器和DMA(动态力学分析)软件，配合WinTest^®利用控制软件，测定了水凝胶的试样刚度和材料性能。的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

最初进行的测试是以0.02 mm/s (0.0008 in/s)的速率从接触到430 mN的位移斜坡。将所得数据绘制在力-位移曲线上，以确定材料的线性区域(图1)。由于试件的刚度作为应变的函数是一个非常渐进的变化，因此没有观察到明显的线性区域。

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(压缩从4%到14%)从1到100hz进行频率扫描。对试件施加0.001 N的压缩接触力，以确保收集的数据是可重复的。这也确保了上部压缩压板不会失去与水凝胶样品的接触。完成数据采集后，DMA软件计算试样的模量和tan delta，并导出数据，以在不同应变水平上绘制频率函数。绘制的数据与材料的预期模量和tan delta基本一致;然而，在20到100赫兹之间，似乎有一个样本共振或其他异常，因为其他样本没有表现出这种行为(图2)。

图2。水凝胶直接存储器存取

如图3所示，3100系统非常适合于非常低的力应用。该图显示的数据采集频率为1 Hz，平均应变为4%。由图3可知，水凝胶的峰-峰载荷约为2 mN，相应的峰-峰位移为28 ìm。

图3。采样数据在1 Hz和4%的平均应变

总结

这个系列的测试演示了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。亚博网站下载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。亚博网站下载

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