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高低温试验箱:医疗器械材料温度耐受性测试设备

更新时间:2025-09-04      浏览次数:14
医疗器械材料面临的温度挑战

在医疗器械的全生命周期中,其材料会面临多种温度环境的考验。在生产环节,部分灭菌工艺需高温条件,如高压蒸汽灭菌通常在 121℃甚至更高温度下进行,这要求医疗器械材料具备良好的耐高温性能,不发生变形、老化或化学性质改变,以保证器械的完整性和功能稳定性。在运输与储存过程中,医疗器械可能经历广泛的温度范围,从寒冷地区冬季的低温,如 - 20℃甚至更低,到炎热地区夏季或无温控仓储环境下的高温,可达 50℃以上。尤其是一些需冷链运输的医疗器械,如体外诊断试剂、生物制品等,对低温环境的稳定性要求高,微小的温度波动都可能影响其活性和有效性。此外,在临床使用时,某些医疗器械,如植入式设备,会长期处于人体体温(约 37℃)环境;而部分手术器械在使用前可能需预热,使用过程中又可能接触低温冲洗液等,这对材料在不同温度下的性能提出了多样化要求。

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高低温试验箱测试原理
高低温试验箱主要基于制冷和加热两大系统协同工作来实现温度模拟。制冷系统采用压缩机制冷技术,其核心部件包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器。工作时,压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体,通过冷凝器散热后转变为中温高压液体,经节流装置降压降温,制冷剂在蒸发器中吸收箱内热量,使箱内温度降低。加热系统一般采用电热丝加热方式,通过内胆环绕布局,确保热量均匀传递至箱内空间。试验箱配备高精度温度传感器,实时监测箱内温度,并将信号反馈至控制系统。控制系统运用先进的 PID(比例 - 积分 - 微分)控制算法,根据设定温度与实际温度的偏差,精确调节制冷或加热系统的功率,实现对箱内温度的精准控制,温度控制精度可达 ±0.5℃甚至更高,温度均匀度通常能控制在≤±2℃范围内,为医疗器械材料测试提供稳定可靠的温度环境。
高低温试验箱的测试项目与方法
高温测试
  1. 耐热性测试:将医疗器械材料样品置于高低温试验箱内,设定温度为 80℃(可根据材料特性及实际使用场景调整,如部分耐高温要求高的材料可设置至 120℃以上),保持一定时间,如 48 小时。期间观察样品外观,检查是否出现软化、变形、变色等现象;测试结束后,测量材料的硬度、拉伸强度、弯曲强度等力学性能指标,与测试前数据对比,评估高温对材料力学性能的影响。例如,对于医用塑料材料,高温可能导致其分子链运动加剧,引发材料软化,使拉伸强度降低,通过该测试可量化这种性能变化,为材料选型和工艺改进提供依据。

  1. 高温老化测试:设置更高温度,如 100℃,延长测试时间至 72 小时或更久,模拟材料在长期高温环境下的老化过程。测试过程中定期取出样品,进行微观结构分析,如通过扫描电子显微镜观察材料表面形貌变化、内部结构是否出现空洞或裂纹等;同时检测材料的化学性能,如成分是否发生改变、是否产生降解产物等,以此评估材料的高温老化特性,预测其在实际使用中的寿命。

低温测试
  1. 耐寒性测试:把试验箱温度降至 - 20℃(对于一些需适应极寒环境运输的医疗器械,可降至 - 40℃甚至更低),放置材料样品并保持 24 小时。随后对样品进行冲击试验,如使用落锤冲击仪以一定能量冲击样品,观察样品是否出现脆裂、断裂等情况;还可测试材料的柔韧性,如通过弯曲试验测量材料在低温下的弯曲角度,与常温数据对比,判断材料在低温环境下的柔韧性变化。像医用橡胶材料,低温易使其变硬变脆,耐寒性测试能直观反映这种性能劣化程度,确保橡胶类医疗器械在低温条件下仍能正常使用,如输液管在寒冷环境中不会因脆裂而影响输液安全。

  1. 低温存储模拟测试:模拟医疗器械在低温仓储或运输条件,将样品置于试验箱内,在设定低温下保持特定时长,如模拟冷链运输 72 小时。期间定期检查样品的性能指标,如对于生物活性材料,检测其活性是否下降;对于电子元件类材料,测试其电气性能是否稳定,确保医疗器械在低温存储和运输过程中材料性能不受影响,维持产品质量。

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高低温循环测试
设置高低温循环程序,如从 - 20℃升温至 80℃,每个温度阶段保持 2 小时,完成一个循环,共进行 10 个循环。在循环过程中,持续监测材料的性能变化,如尺寸稳定性,通过高精度测量设备测量样品在不同循环阶段的尺寸,计算尺寸变化率;同时监测材料的功能特性,如对于具有电性能的医疗器械材料,测试其在温度循环过程中的电阻、电容等参数变化。高低温循环测试更贴近医疗器械实际使用中的温度波动情况,能有效检测材料在温度反复变化下的疲劳特性,评估材料的长期可靠性,避免因温度循环导致材料性能劣化引发的医疗器械故障,保障患者使用安全。
测试数据处理与结果分析
测试过程中,借助专业数据采集系统,精确记录各项性能指标数据及对应的温度、时间信息。对大量测试数据进行统计分析,计算平均值、标准差等统计量,以评估数据的离散程度和可靠性。通过绘制性能指标随温度、时间变化的曲线,直观展示材料性能变化趋势。例如,绘制拉伸强度随高温测试时间变化曲线,分析强度下降速率;对比不同低温条件下材料的冲击韧性数据,评估低温对材料韧性的影响规律。依据测试结果,结合医疗器械的使用标准和规范,判断材料是否满足实际应用需求。若材料在测试中出现性能不合格情况,深入分析原因,如材料配方不合理、加工工艺缺陷等,为改进材料性能和优化生产工艺提供方向,确保医疗器械在各种温度环境下的质量和安全性。

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