金属接骨螺钉力学性能研究：从扭矩到自攻力的全流程测试
金属接骨螺钉力学性能研究：从扭矩到自攻力的全流程测试
随着现代医疗技术的发展，金属接骨螺钉已成为四肢骨折内固定治疗中不可或缺的一部分。这些螺钉的设计必须兼顾生物相容性、机械稳定性以及手术操作的便捷性。为了满足这些要求，对金属接骨螺钉的力学性能进行深入研究和严格测试变得尤为重要。本文将重点讨论金属接骨螺钉的力学性能测试，包括最大扭矩和断裂扭转角、轴向拔出性能、旋入扭矩和旋出扭矩性能，以及自攻性能的评估。
在产品设计和开发过程中，我们必须确保螺钉在承受生理负荷时的可靠性，同时考虑到临床医生在手术中旋入和旋出螺钉时的操作便利性。通过对金属接骨螺钉力学性能的全面评估，我们可以更好地理解其在实际应用中的性能表现，从而为临床提供更安全、更有效的治疗选择。
测试原理
金属接骨螺钉的力学性能测试原理是确保其在临床应用中的稳定性和安全性的关键。驱动扭矩测试评估螺钉旋入和旋出时的扭矩特性，自攻性能测试模拟螺钉穿透材料的能力，扭转性能测试测量螺钉在承受扭矩直至断裂时的力学参数，拔出力测试确定螺钉在材料中的固定强度，而旋入扭矩测试则关注螺钉旋入过程中的力矩需求。这些测试共同确保了螺钉在手术中的可靠性和操作的便捷性，为临床提供高质量的治疗选择。
测试相关标准
- ASTM F543
- ASTM F1839
- YY_T1504-2016
- YY_T1505-2016
- YY_T1506-2016
- YY/T 1505-2016《外科植入物金属接骨螺钉自攻性能试验方法》
- YY/T 1504-2016《外科植入物金接骨螺钉轴向拔出力试验方法》
- YY T 0662-2008 外科植入物 不对称螺纹和球形下表面的金属接骨螺钉机械性能要求和试验方法
测试仪器
扭转试验机
定制工装
试验条件
- 样品名称：金属接骨螺钉
- 试验温度：室温
- 检测内容：驱动扭矩、自攻性能、扭转性能、拔出力、插入力、旋入扭矩
测试流程
步骤一、自攻力测试
在均匀试验块上预钻导向孔，施加2N/s的恒定轴向力。以30r/min的速度驱动螺钉，监测扭矩和轴向位移。一旦扭矩和轴向位移显著增加，即视为螺钉开始自攻。维持自攻开始时的轴向载荷力，完成旋转5周。记录自攻开始时获得的最大轴向力，定义为自攻力。
步骤二、聚氨酯试验块准备
使用尺寸为35 mm x 40mm x 180 mm的试验块，预置9个导向孔，孔间距为18mm（至少为螺钉直径的5倍）。
步骤三、金属接骨螺钉扭矩测试
选择合适的钻头和电动驱动扭矩扳手。以恒速1-5r/m从样品头部施加扭转力，将样品旋入测试台。记录前四个样品的最大可读值作为插入扭矩。反方向旋转螺钉，测量移除扭矩。
步骤四、轴向抗拉强度测试
根据附录A2方法将螺钉插入标准物质中。以匀速3转/分的速度插入螺钉，深度为20mm或螺纹长度的60%。
步骤五、自攻自钻金属接骨螺钉自攻性能测试
将螺丝起子插入中轴，确保试验孔和起子对齐。预先安装螺钉样品在起子上，通过中轴插入试验孔。调节中轴轴位移获得最大1.0N压力。以30r/min的速度驱动样品，轴压力以2.0N/S递增。增加轴向压力直至扭矩和轴位移显著增加。
步骤六、轴向拔出力测试
根据YY/T 1506标准旋入螺钉至标准材料中，速率为3r/min，深度为20mm或螺纹长度的60%。固定试验块及夹具于加载结构，螺钉头部置于加载装置槽中。以5mm/min的速度施加拉力直至螺钉失效或拔出。
步骤七、旋动扭矩测试
使用配套工具将样品旋入试验块。使用扭转试验机以3r/min的速度施加扭矩于螺钉头部。记录最初4圈的最大扭矩为旋入扭矩，反向旋转4圈记录最大扭矩为旋出扭矩。旋入和旋出过程中施加不大于11.17N的轴向载荷。
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