Método de teste padrão ASTM F2183-02 para testes de perfuração pequena de polietileno de peso molecular ultra-alto usado em implantes cirúrgicos

No “Método de teste padrão ASTM F2183-02 para teste de perfuração pequena de polietileno de ultra-alto peso molecular usado em implantes cirúrgicos” desenvolvido pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM), afirma-se que amostras de disco em miniatura (0,5 mm de espessura e 6,4 mm de diâmetro) são pequenos. É descrito um método de teste para determinar o comportamento mecânico do polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) por meio de teste de punção. Este método de teste foi projetado para:

• Caracterização de materiais cirúrgicos UHMWPE após extrusão de carneiro ou moldagem por compressão
• Avaliação de implantes fabricados após reticulação por radiação e esterilização
• Testando implantes removidos do corpo humano

Os parâmetros do teste de pequena punção, nomeadamente carga de pico, deslocamento final, carga final e trabalho até a falha, fornecem medições de rendimento, resistência final, ductilidade e tenacidade do UHMWPE sob condições de carga multiaxial. Como o comportamento mecânico do UHMWPE é diferente quando carregado sob condições de carga uniaxial e multiaxial, o teste de pequena punção é o único especificado para UHMWPE de grau médico pela “Especificação padrão ASTM F648-21 para pó de polietileno de ultra-alto peso molecular e forma fabricada para implantes cirúrgicos.” Ele fornece uma técnica de teste mecânico complementar ao teste de tração axial.

Além de ser utilizado como ferramenta de pesquisa na análise de recuperação de implantes, o teste de pequena punção pode ser utilizado como teste de triagem laboratorial para avaliar novos materiais UHMWPE, como aqueles formados por irradiação gama ou por feixe de elétrons. Este método de teste também é adequado para a caracterização de UHMWPE antes e depois do envelhecimento acelerado e, neste contexto, pode fornecer o sequenciamento da degradação mecânica de diferentes amostras de UHMWPE após a degradação oxidativa.

O teste de punção pequeno foi aplicado a outros polímeros, incluindo polimetilmetacrilato (PMMA), cimento ósseo, poliacetal e polietileno de alta densidade (HDPE). No entanto, pequenos testes de perfuração de polímeros que não sejam UHMWPE estão fora do escopo desta norma.

Técnicas de teste de microamostras são usadas para caracterizar o comportamento mecânico de materiais de estoque de UHMWPE e implantes cirúrgicos após fabricação, esterilização, prazo de validade, reticulação por radiação, tratamento térmico e implantação. Além disso, materiais experimentais de UHMWPE podem ser avaliados após envelhecimento acelerado e simulação de desgaste de quadril ou joelho.

Consequentemente, o teste de punção pequeno é usado para determinar as relações entre o desempenho ao desgaste e o comportamento mecânico do UHMWPE. Este método de teste também pode ser usado para classificar o comportamento mecânico do UHMWPE em relação a um material de controle de referência. Os resultados do teste de perfuração pequena podem variar dependendo da preparação da amostra, da velocidade do teste e do ambiente de teste. Portanto, se for necessária uma comparação precisa, esses fatores devem ser definidos corretamente.

O equipamento utilizado nestes testes inclui:

• O pequeno puncionador consiste em um punção hemisférico, uma matriz e uma guia de punção. Cada peça é feita de aço temperado. A guia é usada para alinhar o eixo. O diâmetro interno do furo guia é de 2,57 mm, a profundidade da parte côncava da amostra é de 0,51 mm e seu diâmetro é de 6,40 mm. A função do molde é segurar a amostra durante o teste. O diâmetro interno do furo da matriz é de 3,81 mm. O diâmetro do punção de cabeça hemisférica é de 2,50 mm.
• A máquina de teste é uma máquina adequada que consiste em um mecanismo de acionamento e um dispositivo indicador de carga, descrito na norma “ASTM D695-15 Standard test method for compressions properties of rigid plastics”. A capacidade do dispositivo indicador de carga é de 250 N. A precisão do dispositivo deve ser verificada pelo menos uma vez por ano.
• Os testes também usam um compressômetro para medir o comprimento entre a matriz e o punção durante o teste. Se o deslocamento do próprio dispositivo de teste diferir em menos de 1% do valor medido com um compressômetro devidamente calibrado, o deslocamento do dispositivo poderá ser usado.
• A placa de fixação é conectada a uma placa de fixação ou ferramenta que transfere a carga.
• A resolução do micrômetro usado para medir o diâmetro e a espessura da amostra é de 0,0025 mm.
• Um termômetro ou termopar que mede a temperatura de teste na faixa de 20-24 graus deve ser capaz de medir até 0,1 graus.

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