CN108956282A - 一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，该夹具包括快速更换装置与专用夹紧装置，所述快速更换装置包括支座、连接轴，所述连接轴后端与支座以锥度连接，定位销穿过连接轴后端与支座，固定螺母设置在支座前端，所述连接轴前端连接专用夹紧装置，所述专用夹紧装置包括片状试样拉伸装置、环状试样拉伸装置、管状试样拉伸装置、丝状试样拉伸装置，适用于各类微尺度下医用聚合物材料的装夹、力学性能测试，夹具末端配有一套标准的快速更换装置，通过该装置，上述不同类型的装置可直接连接到现有材料力学性能测试装置上，从而最大程度的减少装夹时间，方便操作，省时省力。

Description

一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具

技术领域

本发明属于微纳医疗器械设计制造技术领域，尤其涉及到一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具。

背景技术

近年来，随着社会的发展，人们的生活水平逐步提高，营养越来越好，冠心病等发病率呈明显升高的趋势。目前冠心病的治疗方法主要有经皮冠状动脉介入治疗、药物治疗和外科手术。药物治疗主要起减轻病症和维持现状作用，一般针对症状较轻者或术后的辅助治疗。外科手术一般针对严重患者，如冠状动脉搭桥手术，其风险较大。相比而言，介入治疗由于其全程在影像设备的引导和监视下进行，能够准确地直接到达病变局部，同时又没有大的创伤，此外还具有准确、安全、高效、适应证广、并发症少等优点，现已成为一些疾病的首选治疗方法。

随着介入治疗的发展，传统的介入治疗材料如金属血管支架，在解决病人病变症状的同时，也越来越多的产生相关并发症，如炎症反应、术后狭窄等，而这些症状对患者来讲依然是巨大的威胁。为解决上述问题，众多专家学者进行了各种探索，包括类似材料的替代，制作涂层等。目前，医用新材料的探索和应用是研究的重点，越来越多的新材料逐渐被应用于人体医疗中，其中高分子、高聚物一类新材料最引人瞩目。究其原因，新材料的出现弥补了了原先材料所带来的一些不足问题，且临床效果显著，因此，高聚物在医疗中的应用已成为当前乃至今后一段时间研究的重中之重。对于心血管疾病而言，介入治疗产品的好坏直接决定了治疗的效果，而介入治疗产品的结构、性能离不开介入产品的原始材料的性能的支撑。

国外在医用材料方面，例如心脏瓣膜，起搏器、骨钉、各种支架等取得了相当的进展，与国外相比，国内的起步较晚，对于医用的高分子聚合物材料的研究较少，因此，为设计制造相关介入治疗产品，必须重点解决材料性能问题。一般地，拉伸实验是研究材料力学性能最直接、最简洁的方式。对于工程材料而言，目前常见的是使用万用拉力机来研究材料的力学性质，而普通的拉力机足够研究材料的性能，但对于医用高聚物这类材料，由于其应用以及加工制备条件的特殊性，决定了材料试样的非常规性，因此，普通的万用拉力机以及其所带有的夹具是不适用的。故若要研究医用高聚物材料，必须要有可靠的装夹工具（夹具），以及专用拉伸设备。目前普通的万用拉伸机夹具比较单一，且一般只能测单一的片材夹具，对于特殊材料如管材、环状试样材料拉伸需单独购买夹具、周期长、费用高，且对于材料尺寸的极限尺寸存在诸多限制；此外，夹具更换操作不便、费时费力，缺乏简洁、灵活以及快速装夹机制。

因此，为解决上述弊端，急需设计出针对医用高聚物材料力学性能测试装置的可快速更换、多用途的夹具以及装夹机制。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种简易化、灵活的、多功能快速装夹装置，以适应医疗领域对各种医用材料试样的力学性能研究。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，该夹具包括快速更换装置与专用夹紧装置，所述快速更换装置包括支座、连接轴，所述连接轴后端与支座以锥度连接，定位销穿过连接轴后端与支座，固定螺母设置在支座前端，所述连接轴前端连接专用夹紧装置，所述专用夹紧装置包括片状试样拉伸装置、环状试样拉伸装置、管状试样拉伸装置、丝状试样拉伸装置，夹具末端配有一套标准的快速更换装置，通过该装置，上述不同类型的夹紧装置都可直接连接到连接轴上，其适用于各类微尺度下医用聚合物材料的装夹、力学性能测试。

所述片材试样拉伸装置有两种结构，其中第一种结构包括连接块一、压块一，所述连接块一后端与连接轴前端通过螺钉与销连接，连接块一前端设有凹槽一，所述压块一设置在凹槽一内，凹槽一内设有竖直导向轴一，所述压块一上设有通孔可沿导向轴一竖直移动，连接块一前端设有压紧螺钉一压住压块一。

所述压块一下方设有缓冲垫片。

所述导向轴一外径尺寸为Φ3，凹槽一高度为10mm，宽度根据试样从5-15mm不等；压块一厚5mm，其上设有Φ3的通孔，可沿导向轴一竖直移动，所述片材拉伸装置夹持片材厚度为0-3mm。

片材试样拉伸装置的第二种结构包括连接块二、压块二、偏心轮，所述连接块二后端与连接轴前端通过螺纹连接，其连接处设有锁紧螺母一，连接块二前端设有凹槽二，所述压块二设置在凹槽二内，凹槽二上设有偏心轮，压下压杆，偏心轮利用自锁角压住压块二，凹槽二内设有竖直导向轴二，所述压块二上设有通孔可沿导向轴二竖直移动。

所述凹槽二宽6mm，深14mm，距固定端22mm处为Φ3通孔，偏心轮压块直径12mm，偏心孔直径为3mm，偏心距为2mm，压块二圆柱面端设有Φ3盲孔，其轴线与偏心孔圆心间夹角为60度，所能夹持片材厚度为0-2mm。

所述环状试样拉伸装置包括试样定位钉，试样定位钉竖直设置在距连接轴最前端1mm处，试样定位钉中部设有接触区，试样定位钉两端直径为Φ1 ，接触区直径为Φ2，所述连接轴上设有Φ1 盲孔，距右边缘1mm，定位钉与盲孔之间采用K7/H6配合。

所述管状试样拉伸装置包括定位芯轴、V型块、夹紧螺钉，所述V型块数量为两块，两块V型块对称设置在连接轴外侧，夹紧螺钉穿过两块V型块以及连接轴，连接轴前端面设有盲孔，所述定位芯轴设置在两块V型块之间，定位芯轴的后端设置在盲孔内。

所述两块V型块与连接轴之间设有支承套。

所述定位芯轴与连接轴端面盲孔大小均为Φ5，配合尺寸采用K7/H6，所述V型块开槽夹角依据管材尺寸，从90度到120度不等。

所述丝状试样拉伸装置包括连接块三、压块三，所述连接块三后端与连接轴前端通过螺纹连接，其连接处设有锁紧螺母二，锁紧螺母二与螺纹之间设有防松垫片，连接块三前端设有凹槽三，所述压块三设置在凹槽三内，凹槽三内设有竖直导向轴三，所述压块三上设有通孔可沿导向轴三竖直移动，连接块三前端设有压紧螺钉二压住压块三。

所述压块三背面及凹槽三下平面设有相对应的半圆形槽，两个半圆形槽合起来有0.8-0.9倍拉丝半径，拉伸试样置于槽内。

所述连接轴后端与支座以1:5锥度连接。

所述零件表面均采用阳极氧化发黑处理。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明可解决因试样制备条件限制，无法产生标准试样时，对超小尺寸试样的装夹。此外，该套夹具可适用于医用介入材料不同力学性能参数的研究以及同种材料采用不同形状的测试研究。进一步地，本发明尤其适用于介入治疗产品的整个设计制造周期中，利用该套装置，研究人员可获得产品设计的不同阶段的力学性能，进而对产品不同阶段的优化设计研究提供指导。因此，本发明装置结构简单、用途多样、易于实施，且能够保证装夹的同时，实现快速更换，结构可靠，方便快捷。

附图说明

图1为一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具的片材试样一装置示意图。

图2为一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具的片材试样二装置示意图。

图3为一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具的环状试样装置示意图。

图4为一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具的管状试样装置示意图。

图5为一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具的丝状试样装置示意图。

图6为一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具的丝状试样装置工作状态示意图。

附图标记列表：

1、支座，2、连接轴，3、定位销，4、固定螺母，10、连接块一，11、压块一，12、螺钉，13、销，14、凹槽一，15、导向轴一，16、压紧螺钉一，17、缓冲垫片，20、连接块二，21、压块二，23、偏心轮，24、锁紧螺母一，25、凹槽二，26、压杆，27、导向轴二，30、试样定位钉，31、盲孔，32、接触区，40、定位芯轴，41、V型块，42、夹紧螺钉，43、盲孔，44、支承套，50、连接块三，51、压块三，52、锁紧螺母二，53、防松垫片，54、凹槽三，55、导向轴三，56、压紧螺钉二，57、拉伸丝材。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实例1：

如图1所示，一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具（片状试样一），所述片材试样拉伸装置由连接轴2、销13、螺钉12、压紧螺钉一16、连接块一10、压块一11、缓冲垫片17构成，连接轴2以锥度和测试设备的支座1连接，定位销3限制周向运动，固定螺母4用于将连接轴和设备端固定，销13（包括圆锥销和菱形销）用于限制连接块一10的转动，导向轴一15提供压块一11的导向上下移动，压块一11的夹紧依靠压紧螺钉一16提供，试样放在压块一的下方，缓冲垫片17保证试样不被夹伤。

实例2：

如图2所示，一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具（片状试样二），所述片材试样拉伸装置由连接轴2、连接块二20、压块二21、偏心轮23、锁紧螺母一24、凹槽二25、压杆26、导向轴二27组成，其基本工作原理可参考实例1，不同点在于连接轴2和连接块二20的连接方式采用螺纹螺母连接，压紧方式是以置于连接块二20内的偏心轮，利用自锁角，压紧压块，达到夹紧目的。

实例3：

如图3所示，一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具（环状试样），所述环状试样拉伸装置由连接轴2、试样定位钉30组成，其左端连接方式同实例1，试样定位钉上中部设有接触区32，拉伸时环状试样套于接触区32上。

实例4：

如图4所示，一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具（管状试样），所述管状试样拉伸装置由连接轴2、定位芯轴40、V型块41、夹紧螺钉42、盲孔43、支承套44构成，其左端连接方式同实例1，连接轴2右端加工有与芯轴40配合的盲孔43，可保证芯轴与拉伸轴的同轴度，进而保证试样的对中性，即两端夹持在同一高度的轴线上，V型块41采用螺栓对向移动夹紧方式夹紧管材，管材的内外表面与夹具之间有支承套44（缓冲材质），可避免夹紧力过大带来的夹伤。

实例5：

如图5所示，一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具（丝状试样），所述丝状试样拉伸装置由连接轴2、连接块三50、压块三51、锁紧螺母二52、防松垫片53、凹槽三54、导向轴三55、压紧螺钉二56构成，所述压块三51背面及凹槽三54下平面开有0.8-0.9倍于丝半径的半圆形槽，拉伸测试时将试样57置于槽内，槽的轨迹中有一部分为半圆形，改半圆形状可以避免丝材装夹拉伸时的应力集中，此外半圆形的设计改变了丝的夹持端，保证拉伸端丝材的均匀性。

对于介入医疗产品而言如支架，实例一、二中的两种夹具可以用于原始材料（片材状态）的力学研究，以便为支架制造的基体，管材的制备提供原始数据；进一步地，当制备出相应的管材后，通过夹三四，可以确切理解管材的轴向以及轴向的力学参数，以检测制备的管材是否符合要求以及为后续支架的设计提供模型参数。实例五可应用于丝状编制支架的材料原始性能的研究，实例一、二、五中的夹具可为对比研究支架基体不同的对支架性能影响提供数据参考。

本发明工作时是有两套夹具配套使用，试样被夹在中间，工作时支座1往外拉，测试试样的拉伸强度，本发明能够测试各种形状（片状、管状、环状、丝状）的医用高聚物材料的的力学性能，专业性强，结构新颖，操作方便，夹紧稳固，测试结果准确，而且各种装置可以实现快速更换，结构可靠，工作效率高。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：该夹具包括快速更换装置与专用夹紧装置，所述快速更换装置包括支座、连接轴，所述连接轴后端与支座以锥度连接，定位销穿过连接轴后端与支座，固定螺母设置在支座前端，所述连接轴前端连接专用夹紧装置，所述专用夹紧装置包括片状试样拉伸装置、环状试样拉伸装置、管状试样拉伸装置、丝状试样拉伸装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述片材试样拉伸装置包括连接块一、压块一，所述连接块一后端与连接轴前端通过螺钉与销连接，连接块一前端设有凹槽一，所述压块一设置在凹槽一内，凹槽一内设有竖直导向轴一，所述压块一上设有通孔可沿导向轴一竖直移动，连接块一前端设有压紧螺钉一压住压块一。

3.根据权利要求2所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述压块一下方设有缓冲垫片。

4.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述片材试样拉伸装置包括连接块二、压块二、偏心轮，所述连接块二后端与连接轴前端通过螺纹连接，其连接处设有锁紧螺母一，连接块二前端设有凹槽二，所述压块二设置在凹槽二内，凹槽二上设有偏心轮，偏心轮压住压块二，凹槽二内设有竖直导向轴二，所述压块二上设有通孔可沿导向轴二竖直移动。

5.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述环状试样拉伸装置包括试样定位钉，试样定位钉竖直设置在距连接轴最前端1mm处，试样定位钉中部设有接触区。

6.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述管状试样拉伸装置包括定位芯轴、V型块、夹紧螺钉，所述V型块数量为两块，两块V型块对称设置在连接轴外侧，夹紧螺钉穿过两块V型块以及连接轴，连接轴前端面设有盲孔，所述定位芯轴设置在两块V型块之间，定位芯轴的后端设置在盲孔内。

7.根据权利要求6所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述两块V型块与连接轴之间设有支承套。

8.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述丝状试样拉伸装置包括连接块三、压块三，所述连接块三后端与连接轴前端通过螺纹连接，其连接处设有锁紧螺母二，锁紧螺母二与螺纹之间设有防松垫片，连接块三前端设有凹槽三，所述压块三设置在凹槽三内，凹槽三内设有竖直导向轴三，所述压块三上设有通孔可沿导向轴三竖直移动，连接块三前端设有压紧螺钉二压住压块三。

9.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述压块三背面及凹槽三下平面设有相对应的半圆形槽，两个半圆形槽合起来有0.8-0.9倍丝状试样半径。

10.根据权利要求1所述的一种用于医用聚合物材料力学性能测试的专用夹具，其特征在于：所述连接轴后端与支座以1:5锥度连接。