ASTM F2183-02 用於外科植入物的超高分子量聚乙烯小沖孔測試的標準測試方法

美國材料與試驗協會（ASTM）制定的《外科植入物以超高分子量聚乙烯小沖頭測試的ASTM F2183-02標準測試方法》中指出，微型盤狀樣本（0,5毫米厚）描述了一種以穿刺測試測定超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 機械性質的測試方法。此測試方法旨在：

• 沖壓擠出或壓縮成型後 UHMWPE 手術材料的表徵
• 評估輻射交聯和滅菌後製造的植入物
• 測試從人體取出的植入物

小穿刺試驗的參數，即峰值載重、極限位移、極限載重和失效功，可測量 UHMWPE 在多軸載重條件下的屈服、極限強度、延展性和韌性。由於UHMWPE在單軸和多軸加載條件下加載時的力學行為不同，因此小穿刺試驗是《ASTM F648-21超高分子量聚乙烯粉末和製造形式的標準規範》中唯一針對醫用級UHMWPE規定的一項試驗。

除了用作植入物修復分析的研究工具外，小型穿刺測試還可用作實驗室篩選測試，以評估新型 UHMWPE 材料，例如透過伽馬或電子束輻照形成的材料。此測試方法也非常適合UHMWPE加速老化前後的表徵，在此背景下，它可以提供不同UHMWPE樣品氧化降解後機械降解的排序。

小沖頭測試已應用於其他聚合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、骨水泥、聚縮醛和高密度聚乙烯（HDPE）。然而，除 UHMWPE 之外的聚合物的小沖孔測試不在本標準的範圍之內。

微樣品測試技術用於表徵 UHMWPE 原料和外科植入物在製造、滅菌、保存期限、輻射交聯、熱處理和植入後的機械行為。此外，實驗性 UHMWPE 材料可以在加速老化和髖部或膝部磨損模擬後進行評估。

因此，小沖頭試驗用於確定 UHMWPE 的磨損性能和機械行為之間的關係。此測試方法還可用於根據參考控製材料對 UHMWPE 的機械性能進行排名。小沖頭測試結果可能會因樣品製備、測試速度和測試環境的不同而有所不同。因此，如果需要精確比較，必須正確設定這些因素。

這些測試中使用的設備包括：

• 小型沖頭試驗機由半球形沖頭、凹模和沖頭導軌組成。每件零件均由硬化鋼製成。導軌用於對齊軸。導孔內徑為2,57mm，樣品凹部深度為0,51mm，直徑為6,40mm。 模具的作用是在測試過程中固定樣品。模孔內徑為3,81毫米。半球形沖頭直徑為2,50毫米。
• 該試驗機是標準「ASTM D695-15硬質塑膠壓縮性能標準試驗方法」中所述的由驅動機構和負載指示裝置組成的合適機器。負載指示裝置的能力為250N。設備的準確性應至少每年驗證一次。
• 測試還使用壓縮計來測量測試過程中模具和沖頭之間的長度。如果測試設備本身的位移與正確校準的壓縮計測量的值相差不到 1%，則可以使用設備位移。
• 夾板連接到傳遞負載的夾板或工具。
• 用於測量樣品直徑和厚度的千分尺的分辨率為0,0025 mm。
• 測量 20-24 度範圍內的測試溫度的溫度計或熱電偶應能測量低至 0,1 度。

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