从实验到数据：万能材料试验机在PVA水凝胶压缩性能研究中的应用

聚乙烯醇（PVA）水凝胶作为一种性能优异的高分子材料，因其良好的生物相容性、可塑性和力学性能，在生物医学、组织工程和柔性电子等领域展现出广阔的应用前景。然而，其在实际应用中往往需要承受循环压缩等复杂力学环境，因此，深入研究PVA水凝胶的循环压缩性能至关重要。

本文科准测控小编将介绍如何通过测试PVA水凝胶的循环压缩性能，结合微观结构分析，旨在揭示其在循环载荷下的力学响应机制，推动该材料在高性能化应用中的进一步发展。

一、测试原理

PVA水凝胶循环压缩测试是通过万能材料试验机对材料施加周期性压缩载荷，考察其在反复受力下的力学响应特性。测试时以恒定速率（如5mm/min）对水凝胶样品进行多次（如10次）50%应变的加载-卸载循环，通过分析应力-应变曲线变化来评估四个关键性能指标：弹性恢复性能（通过残余应变反映）、能量耗散特性（由滞后环面积表征）、压缩模量变化（取自线性段的斜率）以及抗疲劳特性（观察力学参数随循环次数的衰减）

二、测试相关标准

ASTM D575-91(2018)：橡胶压缩性能测试标准方法

ASTM D395-18：橡胶材料压缩永jiu变形测试方法

ISO 7743:2017：硫化橡胶或热塑性橡胶压缩应力应变性能测定

三、检测设备

1、KZ-68SC-05XY万能材料试验机

2、压缩夹具

3、试验条件

样品名称：聚乙烯醇（PVA）水凝胶

试验温度：室温

试验速度：5mm/min

试验类型：循环压缩

四、测试流程

步骤一、测试样品

材料：聚乙烯醇(PVA)水凝胶

形状：圆柱形(直径15±0.5mm，高度10±0.2mm)

制备方法：冷冻-解冻循环法制备

含水率：85±3%

数量：每组至少5个平行样品

步骤二、操作步骤

1、样品准备

使用标准模具制备圆柱形PVA水凝胶样品

样品在去离子水中浸泡24小时以达到溶胀平衡

用滤纸轻轻吸去表面游离水分

测量并记录每个样品的初始尺寸(直径和高度)

2、设备准备

开启万能试验机，预热30分钟

安装压缩夹具，确保上下平板平行(偏差<0.01mm)

校准力传感器和位移传感器

3、设置测试参数

试验速度：5mm/min

最大应变：50%(对应位移5mm)

循环次数：10次

预载荷：0.01N(确保初始接触)

4、检测方法

将样品居中放置在下压板上

启动测试程序，进行以下循环：

以5mm/min速度压缩至50%应变

保持最大应变10秒

以相同速度卸载至初始位置

保持零载荷10秒

重复上述加载-卸载循环10次

自动记录力-位移数据(采样频率100Hz)

5、数据处理

将位移数据转换为工程应变(ε=Δh/h₀)

将力数据转换为工程应力(σ=F/A₀)

计算各次循环的以下参数：

最大应力(σₘₐₓ)

残余应变(εᵣ)

弹性模量(E，取应变5-15%区间的斜率)

能量耗散(Uₕ，滞后环面积)

统计分析各参数随循环次数的变化规律

步骤三、注意事项

样品保存：测试前样品应浸泡在生理盐水中，防止水分蒸发

测试环境：保持实验室温度(23±2℃)、湿度(50±10%)稳定

时间控制：从样品取出到测试完成应在3分钟内完成

表面润滑：必要时可在样品与压板间涂抹少量硅油减少摩擦

数据验证：检查shou次和末次循环曲线是否完整，剔除异常数据

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