ASTM F2183-02 用于外科植入物的超高分子量聚乙烯小冲孔测试的标准测试方法

美国材料与试验协会（ASTM）制定的《外科植入物用超高分子量聚乙烯小冲头测试的ASTM F2183-02标准测试方法》中指出，微型盘状样品（0,5毫米厚）描述了一种通过穿刺测试测定超高分子量聚乙烯 (UHMWPE) 机械性能的测试方法。该测试方法旨在：

• 冲压挤出或压缩成型后 UHMWPE 手术材料的表征
• 评估辐射交联和灭菌后制造的植入物
• 测试从人体取出的植入物

小穿刺试验的参数，即峰值载荷、极限位移、极限载荷和失效功，可测量 UHMWPE 在多轴载荷条件下的屈服、极限强度、延展性和韧性。由于UHMWPE在单轴和多轴加载条件下加载时的力学行为不同，因此小穿刺试验是《ASTM F648-21超高分子量聚乙烯粉末和制造形式的标准规范》中唯一针对医用级UHMWPE规定的一项试验。它为轴向拉伸测试提供了补充的机械测试技术。

除了用作植入物修复分析的研究工具外，小型穿刺测试还可用作实验室筛选测试，以评估新型 UHMWPE 材料，例如通过伽马或电子束辐照形成的材料。该测试方法也非常适合UHMWPE加速老化前后的表征，在此背景下，它可以提供不同UHMWPE样品氧化降解后机械降解的排序。

小冲头测试已应用于其他聚合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、骨水泥、聚缩醛和高密度聚乙烯（HDPE）。然而，除 UHMWPE 之外的聚合物的小冲孔测试不在本标准的范围之内。

微样品测试技术用于表征 UHMWPE 原材料和外科植入物在制造、灭菌、保质期、辐射交联、热处理和植入后的机械行为。此外，实验性 UHMWPE 材料可以在加速老化和髋部或膝部磨损模拟后进行评估。

因此，小冲头试验用于确定 UHMWPE 的磨损性能和机械行为之间的关系。该测试方法还可用于根据参考控制材料对 UHMWPE 的机械性能进行排名。小冲头测试结果可能会因样品制备、测试速度和测试环境的不同而有所不同。因此，如果需要精确比较，必须正确设置这些因素。

这些测试中使用的设备包括：

• 小型冲头试验机由半球形冲头、凹模和冲头导轨组成。每件均由硬化钢制成。导轨用于对齐轴。导向孔内径为2,57mm，样品凹部深度为0,51mm，直径为6,40mm。 模具的作用是在测试过程中固定样品。模孔内径为3,81毫米。半球形冲头直径为2,50毫米。
• 该试验机是标准“ASTM D695-15硬质塑料压缩性能标准试验方法”中描述的由驱动机构和载荷指示装置组成的合适机器。负载指示装置的能力为250N。设备的准确性应至少每年验证一次。
• 测试还使用压缩计来测量测试过程中模具和冲头之间的长度。如果测试设备自身的位移与使用正确校准的压缩计测量的值相差不到 1%，则可以使用设备位移。
• 夹板连接到传递负载的夹板或工具。
• 用于测量样品直径和厚度的千分尺的分辨率为0,0025 mm。
• 测量 20-24 度范围内的测试温度的温度计或热电偶应能够测量低至 0,1 度。

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