微球硬度检测系统的制作方法

本技术涉及硬度检测，尤其涉及微球硬度检测系统，例如用于化妆品微球的硬度检测系统。

背景技术：

1、化妆品配方在使用过程中通常直接涂抹于人体皮肤表面，其触感特性对用户的使用体验具有重要影响。为了实现理想的肤感效果，化妆品中常常添加具有特定粒径和物理特性的颗粒，例如球形颗粒，以改善配方的延展性、顺滑性及硬度等肤感特征。

2、现有的肤感评估方法主要依赖人工试用与主观评价，虽然能够反映产品在实际使用过程中的整体感受，但评估结果易受测试人员的皮肤状态、主观偏好及心理因素等的影响，存在显著的个体差异，难以实现对触感性能的客观、可重复评价。因此，开发能够通过物理方式进行客观评估的技术成为研究和应用的重点。

3、现有技术中，常见的颗粒硬度检测方法多采用对单个微球进行压缩试验的方式，以压缩力学特性数据作为评价指标。然而，由于单个微球在形貌、密度及材料均匀性上存在微小差异，该类检测方法得到的数据波动较大，离散性强，从而影响检测结果的准确性和可靠性。此外，当不同产品中微球的填充密度或颗粒尺寸存在差异时，传统检测方法往往难以有效校正密度变化所带来的误差，也难以兼容不同粒径的样品，导致检测适应性不足，操作复杂且测试效率低。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种改进的微球硬度检测系统，其不仅能根据微球直径选择合适的测试夹具面积，还能通过屈服点判断微球硬度，检测过程快速、简便，具有较高的准确性和实用性。

2、为此，本实用新型提供一种微球硬度检测系统，其包括：样品前处理单元，其用于对微球样品进行分离、富集、清洁和干燥处理；直径测量单元，其用于测定微球样品的直径d；样品检测装置，其包括固定的下夹具、可更换的上夹具以及位移控制机构，该位移控制机构用于控制该上夹具朝向该下夹具移动以压缩待检测的微球样品，其中根据所述微球样品的直径d，从一组尺寸不同的上夹具中选择对应尺寸的上夹具；检测参数控制单元，其用于设定检测过程中的检测参数，以控制上夹具相对下夹具的压缩速率和压缩位移；数据采集单元，其用于实时采集压缩过程中的加载力和压缩位移数据；和数据分析和显示单元，其与所述数据采集单元通信连接，并基于接收到的所述加载力和压缩位移数据生成加载力-压缩位移曲线，通过所述加载力-压缩位移曲线确定曲线拐点对应的屈服应力，并将所述屈服应力转换为所述微球样品的硬度数值输出显示。

3、在本实用新型的上述方案中，通过测定微球直径d并从一组不同尺寸的上夹具中选择对应尺寸，保证了施加压力的均匀性，避免了因夹具尺寸不匹配导致的测量误差。并且，该微球硬度检测系统通过可控压缩、实时力–位移采集和自动数据分析，实现了高精度、高重复性、可视化和高通用性的微球硬度检测。

4、根据本实用新型的一个优选方案，待检测的微球样品的直径可以在300µm至3000µm的范围内；下夹具的上表面和上夹具的下表面均为平面，其中一组尺寸不同的上夹具的下表面的表面积在7.0mm²至1260mm²的范围内；并且下夹具的上表面的表面积大于或等于上夹具的下表面的表面积。在该方案中，上夹具和下夹具可以构造成板状，例如圆形板或方形板。在检测时，不同直径的微球对应不同面积的上夹具下表面，直径越大的微球要选择下表面的表面积越大的上夹具，例如，对于微球直径为300µm至1200µm的微球，可以选择表面积为 7.0mm2至500mm2的上夹具；对于微球直径为1200µm至2100µm的微球，可以选择表面积为500mm2至970mm2的上夹具；例如对于微球直径为2100µm至3000µm的微球，可以选择表面积为970mm2至1260mm2的上夹具。

5、根据本实用新型的上述微球硬度检测系统可以检测从小到较大的微球样品，覆盖了化妆品、医药、功能微球等多种应用场景，提高了检测系统的通用性。并且，下夹具和上夹具要与待检测微球样品接触的表面为平面可以确保压缩过程中微球受力均匀，避免因曲面或不规则表面造成的局部应力集中，从而提高了测量精度和一致性。

6、在本实用新型的一个优选方案中，检测参数控制单元可以配置成使得：上夹具相对所述下夹具的压缩速率为0.1µm/s至25µm/s，优选0.51µm/s至20 µm/s, 最优选1µm/s≤v≤15 µm/s；和上夹具相对所述下夹具的压缩位移为微球样品的直径d的50%-90%。合适的压缩速率可有效抑制小尺寸微球在压缩过程中的粘弹滞后效应，使力–位移曲线更加平滑，提升小颗粒样品的测试稳定性和重复性。将压缩位移限制为微球直径d的50-90%，可确保压缩过程中微球发生屈服，使测得的硬度结果更具代表性，并且不会对传感器造成不必要的损坏。

7、在本实用新型的一个优选方案中，上夹具和下夹具可以由环氧树脂制成。对于软质微球或易被硬质材料压伤的样品，使用环氧树脂夹具可降低接触面硬度，提高数据稳定性，适用于微球表面易损或软质材料的硬度检测。作为替代，上夹具和下夹具也可以由不锈钢制成。微球例如可包括化妆品微球、药用微球、食品微球、功能性聚合物微球等，可根据微球的软硬程度选用不同夹具材质。

8、根据本实用新型的一个方案，该样品前处理单元可以包括：用于对微球样品进行分离和富集的筛网组件，利用溶剂冲洗微球样品的溶剂冲洗模块以及采用抽滤或烘干方式除去多余溶剂的干燥模块。通过样品前处理单元，可以有效去除微球样品中的杂质、溶剂、碎片和异常颗粒，提高样品的一致性。通过粒径分选，保证检测微球的尺寸均匀性，从而提高硬度测量的可靠性和可重复性。利用适当溶剂清洗微球表面，去除表面污染物或残留物，保证微球表面状态一致。

9、根据本实用新型的一个方案，样品检测装置还包括底座，下夹具固定连接至底座，上夹具可拆除地固定连接至位移控制机构。

10、在本实用新型的一个方案中，直径测量单元可以为高分辨率相机、光学显微镜或粒度分析仪。高分辨率相机和光学显微镜适用于中小尺寸微球的高分辨率测量，结合图像分析可进行具有统计性的尺寸测量；粒度分析仪适用于更大范围的粒径测量，具有更强的统计性和自动化能力。硬度评估需依赖微球直径d的准确测量，两类设备均能提供可靠测量，从而保证后续力-位移曲线和硬度转换的精度。

11、根据本实用新型的一个优选方案，检测参数控制单元与位移控制机构通信连接并且包括：用于设定并保持检测环境温度温度控制模块；用于设定压缩持续时间的时间控制模块；用于控制加载力的大小和加载速率的力控制模块；和位置控制模块，用于控制上夹具的位移及停止位置。通过对温度、时间、加载力以及位移进行同时控制，检测过程中的所有关键变量均可保持恒定或在设定范围内波动，从而显著提高测试条件的一致性。该协同控制方式可减少测试环境变化带来的随机误差，使测试结果具有更高的可重复性和准确性。

12、根据本实用新型的一个方案，数据采集单元包括与数据分析和显示单元通信连接的压力传感器和位移传感器。

13、根据本实用新型的一个方案，数据分析和显示单元包括：数据接收模块，用于接收来自所述数据采集单元的加载力和压缩位移数据；数据分析模块，用于对所接收的加载力和压缩位移数据进行分析处理，生成加载力–压缩位移曲线，并确定曲线拐点对应的屈服应力，以用于将所述屈服应力转换为所述微球样品的硬度数值；和显示模块，用于显示加载力-压缩位移曲线、屈服应力及硬度数值。

14、在上述方案中，数据接收、分析和显示过程自动完成，减少人工参与，提高整体检测效率。通过对加载力–压缩位移曲线的自动分析，准确识别拐点及屈服应力，避免人为判断误差，从而提高硬度换算精度。显示模块直观呈现曲线、屈服应力和硬度数值，便于快速理解测试结果和微球力学特性。