3种材料夹板固定带拉伸实验研究

           作者：王爱国，王志彬，金鸿宾

【摘要】  目的:选出既便于监测又不失为固定作用的固定敏感材料。方法:对布带、塑料固定带、真空橡胶带进行拉伸实验，观察其力学性能。结果:3种材料当中塑料带强度（指生物材料或非生物材料组成的构件抵抗破坏的能力）最大，强度极限为24.39±0.19MPa，真空橡胶带强度最小，强度极限为6.53±0.26MPa;布带弹性模量（材料应力与应变的比值）最大，测试结果为226.55±8.97MPa，真空橡胶带弹性模量最小，测试结果为1.11±0.08MPa（P<0.05）。结论:3种材料当中只有真空橡胶带属于可以在小负荷之下能够产生大变形的材料，可以考虑作为一种便于监测的敏感性材料。

【关键词】  夹板固定带;拉伸实验;敏感材料;骨折

    常温、静态下的拉伸实验是最基本的也是最重要的一个实验，由此可以获得材料的许多重要力学性质 ［1］ 。固定带约束力是夹板固定骨折力学系统的动力来源和外载荷，固定带的材料力学性能及拉力的大小将直接影响到骨折的治疗效果。与国外金属外固定相比，夹板固定疗法的固定带材料现今已广泛选择了塑料、织物与橡胶等，功能性力学环境容易实现［2］ 。本实验对3种材料的固定带进行拉伸实验研究，以期优选出既便于监测又不失为固定作用的固定敏感材料。

　　 1 材料与方法

    1.1 实验材料 天津夹板制作中心提供的由许多棉纤维束组成的松散结构布带，天津骨科研究所研制的“可调式骨伤塑料夹板系统”的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂PA-757塑料固定带，天津橡胶研究所提供的真空异戊橡胶带。

    1.2 实验设备 国产WDT-10KN微机控制万能实验机，US-50kg负荷传感器，大变形引伸仪，固定卡具，加载固定架。

　　1.3 实验方法

    1.3.1 实验装置的工作原理 固定带的两端固定后，由于固定带和载荷同处于一个方向，从而保证了固定带仅受到垂直载荷的拉伸作用。因此可以认为，传感器的读数变化即为固定带的拉伸变化。

    1.3.2 测试方法 由于材料的某些性质与试件的尺寸及形状有关，为了使不同材料的实验结果能互相比较，必须将实验材料制成标准试件。根据实验设计的要求，将3种不同的固定带分别置于电子万能实验机的上下两卡具之间固定好，载荷按500N，由零缓慢拉伸，直至破坏，标距内的伸长通过与不同的位移传感器相连，得出拉伸断裂下的载荷-位移曲线，并转换成应力-应变曲线。选取不同的速度和传感器:布带与塑料带选用仪器位移传感器，拉伸速度为5mm.min;橡胶带选用引伸传感装置，拉伸速度为100mm.min。根据实验设计的要求，安装好传感器，将固定带有效固定。其中，考虑到布带滑脱性较大，可将布带在卡具内作一返折，折返处置一金属棒，平稳加载并记录实验数据，直至固定带断裂。

    1.4 统计学处理 根据实验资料要求，选用t检验及方差分析检验方法。所有统计过程采用SPSS10.0统计软件包，在电子机上进行。

　　 2 测试结果

    2.1 布带的力学性能测试结果 见表1。

　　2.2 塑料带的力学性能测试结果 见表2。

    2.3 真空橡胶带的力学性能测试结果 见表3。

    2.4 3种材料固定带弹性模量与拉伸强度结果的比较 见表4。 表1 布带的力学性能测试结果 屈服强度载荷N布带的强度极限为（22.54±0.91）MPa，弹性模量为（226.55±8.97）MPa。表2 塑料带的力学性能测试结果 屈服强度载荷N表3 真空橡胶带的力学性能测试结果 屈服强度载荷N表4 3种材料固定带弹性模量与拉伸强度结果 弹性模量（MPa） 拉伸强度（MPa）布 带 226.55±8.97 22.54±0.91塑料带 15.42±0.25 24.39±0.19橡胶带 1.11±0.08 6.53±0.26注:表内各项测量指标统计学检验P<0.05。

    3 讨论

    固定带对夹板的约束力属于柔索类约束，其方向沿着固定带。强度和弹性模量是材料的重要力学性质。强度是指生物材料或非生物材料组成的构件抵抗破坏的能力。强度有高低之分，在一定的载荷作用下，说某种材料的强度高，就是指这种材料不容易破坏。所谓破坏通常是指断裂或产生了过大的塑性（外力除去后变形不能恢复的特性）变形 ［1］ 。弹性模量是在正比例极限（弹性极限）内，应力、应变成正比，不同材料其比例系数不同，材料应力与应变的比值即为该材料的弹性模量;它表示物体变形的难易程度，弹性模量越大，物体越不容易变 形［3］ 。由于3种材料的强度极限和弹性模量不同，就 强度极限而言，可以看出塑料强度极限为（24.39±0.19）MPa，在3种材料当中属于高强度材料，布带是中等强度材料，强度极限为（22.54±0.91）MPa，真空橡胶是低强度材料，强度极限为（6.53±0.26）MPa。就弹性模量而言，布带弹性模量最大，测试结果为（226.55±8.97）MPa，塑料带弹性模量其次，为（15.42±0.25）MPa，真空橡胶带弹性模量为（1.11±0.08）MPa。由于变形是物体相互之间作用力的具体体现，从测试结果当中可以发现，3种材料当中只有真空橡胶带属于可以在小负荷之下能够产生大变形的材料，可以考虑作为一种便于监测的敏感性材料。

【】
  ［1］孟 和，顾志华.骨伤科生物力学［M］.人民卫生出版社， 1991.49.

［2］王志彬，尚天裕，顾云伍，等.骨伤新疗法的临床生物力学研究［J］.世界中医骨伤科杂志，2000，2（2）:16-17.

［3］胡新珉.医学物［M］.人民卫生出版社.2001.20.