ICS 11.040.40 YY C 35 中华人民共和国医药行业标准 YY/T08132010 交联超高分子量聚乙烯（UHMWPE） 分子网状结构参数的原位测定标准方法 Standard test method for in situ determination of network parameters of crosslinked ultra high molecular weightpolyethylene(UHMWPE) 2010-12-27发布 2012-06-01实施 国家食品药品监督管理局 发布 YY/T0813—2010 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准使用重新起草法参考ASTMF2214一2002《交联超高分子量聚乙烯（UHMWPE)分子网状 结构参数的原位测定标准方法》编制。 本标准与ASTMF2214一2002的技术性差异如下： 删除了第15章“关键词”； 将附录X1改为附录A，将附录X2改为附录B，内容不变。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国外科植人物和矫形器械标准化技术委员会材料及骨科植人物分技术委员会 (SAC/TC110/SC1)归口。 本标准起草单位：国家食品药品监督管理局天津医疗器械质量监督检验中心。 本标准主要起草人：姜熙、马春宝、齐宝芬。 I YY/T0813—2010 交联超高分子量聚乙烯（UHMWPE） 分子网状结构参数的原位测定标准方法 1范围 本试验方法描述了如何通过测定浸没在邻二甲苯中的超高分子量聚乙烯（以下简称UHMWPE） 样品的溶胀度，对经电离辐射或化学方法交联的UHMWPE的交联点密度、交联点间分子量以及重复 单元的数量进行测定。本标准将对在上述测定中使用的试验技术和方法实例进行阐述。 本测试方法用于测量UHMWPE样品浸没在邻二甲苯溶剂中时高度发生的变化。体积溶胀度测 定假设样品为各向同性交联且尺寸变化在各个方向均一致。这种测试方法避免了因溶剂蒸发或温度变 化可能导致的不确定性。 本标准并非试图对所涉及到的所有安全问题进行阐述，即便是那些与其使用有关的安全问题。确 立适当的安全及健康规范，以及在应用前明确管理限制的适用性，是本标准用户自身的责任。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 ASTMD2765测定交联聚乙烯塑料溶胀度和凝胶含量的标准测试方法（Testmethodsfordeter- minationofgelcontentandswellratioofcrosslinkedethyleneplastics) ASTME691指导实验室间试验方法精密度测定的标准规范（Practiceforconductinganinter- laboratory study to determine the precision of a test method) 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 交联点密度 crosslinkdensity Vd 理论上样品单位体积包含的平均交联点数量［mol/dm"]。 3. 2 交联点间分子量 molecularweightbetweencrosslinks M. 理论上样品的交联点间平均分子量［g/mol]。 3. 3 溶胀度swellratio q; 样品材料处于溶胀平衡状态时的体积与未溶胀时体积的比率。 YY/T0813—2010 4测试方法概要 测量立方体试样的高度，然后将其放入一个干燥容器内。根据Flory分子网络理论选择特定溶剂， 并将其倒入容器中。加热容器至指定温度。监测试样高度随时间的变化，直到达到稳定状态（平衡点）。 依据试样最终稳定状态下（平衡点）的高度和初始高度计算溶胀度。 5意义和应用 5.1本试验方法旨在表征以化学方法或电离辐射方法交联处理的超高分子量聚乙烯的交联程度。 5.2测试结果会因测试温度、溶剂和使用方法的不同而异。在比较不同试验机构的试验数据时，应注 意使用的试验条件和试剂是否相。 5.3本试验数据可用于剂量均匀度分析、基础研究和质检测试。 6仪器 6.1测试仪器应包括能对在溶剂中溶胀的试样任一维度上的变化进行非接触式测量的一切工具，可以 包括但不限于： 6.1.1机械测量仪器，如线性可变位移传感器(LVDT)。 如果使用机械探测器，则该探测器必须由如石英、陶瓷等热膨胀率极小的材料制成。 6.1.2光学测量仪器，如摄像机或激光测微仪。 鉴于试验过程中系统温度会发生变化，光学测量仪器应不受UHMWPE试样任何折射率变化的 影响。 6.1.3感应测量仪器，如近程式传感器等。感应测量仪器应不受温度或试剂成分的影响。 6.2测量仪器的灵敏度应为样本初始高度H。的1%。不确定度分析显示，当试样溶胀高度超过初始 高度50%时，仪器的灵敏度会产生小于10%的交联点密度相对误差。较厚的试样允许使用灵敏度较低 的测量仪器。 6.3试剂在加热容器中应能至少达到150℃，扩展不确定度士1℃。温度梯度不应超过0.2℃/cm。 （邻二甲苯沸点为144℃） 6.4加热容器最小尺寸应至少为试样最大初始尺寸的3倍。 6.5加热容器的容积应至少为试样体积的10倍。容器应完全密封，防止试验过程（一般为2h)中试剂 挥发泄漏。 注：数据读取软件应至少以0.1Hz的额率采集试样尺寸和温度数据。 7试剂 7.1邻二甲苯，分析纯，沸点144℃。 7.2抗氧化剂，2,2"-亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚)"。 8安全注意事项 8.1邻二甲苯为毒性且可燃溶剂，必须穿戴隔热和化学保护实验手套进行处理。溶胀试验装置最好放 1）商品名称：Irganox1010用于本试验，可获得令人满意的实验效果。 2 YY/T0813—2010 置在通风橱中进行试验，在空间不够的情况下可选用象鼻管排烟。切勿吸入邻二甲苯蒸汽，否则可能导 致眩晕或头痛。 8.2Irganox1010，抗氧化剂，生产商注明为刺激性试剂，不可吸入。 9测试样品 9.1通过机加工制备至少3个最小高度为500μm的测试样品。试样的上、下表面应平行且光滑，宽 度和长度（或直径，若是圆柱形试样)应小于加热容器（见6.4)尺寸的三分之一。为避免试样产生弯曲， 试样的高-宽比应至少为1：2；，最好为1：1。应对试样进行机加工从而减轻试样的热降解。 9.2试样的取向一鉴于溶胀行为取决于成型条件导致的分子排列，应对试样进行机加工，以便确定成 型方向。从而，试样就可以在溶胀装置中以相对于成型的方向放置（即与挤出或模压方向垂直）。对试 样进行如图1的标记以便放置试样。 Hr a) b) 图1溶胀前[a)]、后[b)]测量方向的标记 10步骤 10.1向邻二甲苯中滴加大约0.5%到1%（质量分数）的抗氧化剂，制成试验原液。 10.2用测微仪测量试样初始高度，精确到1%。记录所测数据。对试样的测量方向作永久性标记，如 图1所示。 10.3预先用邻二甲苯浸湿试样，然后按10.2的标记方向将试样快速放入干燥的容器中。 10. 4 使用6.1中描述的测量仪器测量试样的初始尺寸并记录。 10.5 对试样尺寸以10s的频率开始记录数据。 10.6 将邻二甲苯原液缓慢加人容器中，避免扰动试样。 10.7） 将容器中溶剂的温度升高至130℃士1℃。 10.8继续监测溶剂的温度和试样尺寸，直至达到平衡状态（土10μm）后15min。 10.9 降低溶剂温度至50℃以下。以环保方式丢弃邻二甲苯溶液，彻底清洁样品容器。 10.10 完成试验后仔细检查试样。观察试样是否有开裂、变黄或热降解发生的迹象。若有，则试验数 据不可靠，应删除。 11 溶胀度的计算 溶胀度qs，通过高度测量仪器显示的数据按式(1)计算得出： q,=V./V。=(H//H。)3 (1) 式中： V,- 最终体积； 3 YY/T0813—2010 V。初始体积； H—最终高度； He—初始高度。 注：计算假设试样具有各向同性。 12交联点密度与交联点间分子量的计算 12.1如果已知在特定温度下浸没在特定溶剂中的聚合物达到溶胀稳定状态时的溶胀度，且已知聚合 物-溶剂体系Flory相互作用参数x1，则可计算得出交联点密度、交联点间分子量以及交联点/分子链的 数量。 12.2根据Flory分子网络理论，聚合物-溶剂体系的溶胀度是弹性力与混合自由能所生成的应力相互 对抗的结果。以下等式用稳定状态的溶胀度、Flory相互作用参数和溶剂的摩尔体积的函数形式表 示了交联点密度va的计算公式2)3)。 ln(1 9,) + 9," + x,9,2 Va= (2) 中i (q1/3—q1/2) 公式（2)假设三维网状结构主要由“H键”或由一系列沿主链而非在分子链尾端的交联键构成。此外分 子网络缠结可能也是产生色散力的原因之一。因此，计算所得的交联点密度将考虑到这些因素的影响。 已证明公式(2)对溶胀度q不超过10或交联点间分子量M。>10000g/mol的试样适用。 12.3简化公式（2)，可用于计算交联点间分子量M。，其中为聚合物比容。 M,= (wa)-1 ·(3 ) 12.4对于浸没在130℃的邻二甲苯溶剂中的聚乙烯，应使用表1中参数。 表1参数参考值 参数 数值 X（邻二甲苯-PE,130℃) 0.33+0.55/g. 中（邻二甲苯）/(cm/mol) 136 -1/(g/dm²) 920 13报告 报告以下信息： 试样的完整信息； -使用的溶剂和