The manufacture of high strength polyethylene(HSPE) tape yarns has been accomplished by a solid state processing(SSP) method as the compaction of ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) powders and drawing of the compacted film under the melting point without any organic solvents. In this study, the characteristics of HSPE tape yarns produced by SSP which is desirable for production cost and environmental aspect were analyzed. As the results, tensile strengths of HSPE tape yarns increased with increasing the draw ratio and the fracture morphology of highly drawn HSPE tape yarns showed more fibrillar shape than the low drawn one. Interfacial shear strengths of HSPE tape yarns with vinylester resin increased by $O_2$ plasma treatment and maximum interfacial shear strength was obtained in the plasma treatment condition of 100W and 5min. In addition, mechanical properties of HSPE tape yarn reinforced composites were investigated and compared with those of the gel spun HSPE fiber reinforced composites.
Phase change materials based on ultra high molecular weight of polyethylene (UHMWPE) blended with paraffin wax (mp $65^{\circ}C$) were studied in this paper. In addition, this paper reviews recent studies on the preparation of shape stabilized phase change materials (SSPCM), such as SSPCM from UHMWPE and paraffin wax (mp $65^{\circ}C$), their basic properties and possible applications to latent heat storage. The preparation method was an absorption method. Also, SSPCM composites were prepared by using a hot press at $200^{\circ}C$ for 10 min. The analysis for the shape ability of SSPCM to improve heat efficiency was measured by FTIR, SEM, DSC, XRD, and ARES. UHMWPE composites with 30 wt% paraffin wax (mp $65^{\circ}C$) demonstrated less deterioration of physical property and effective thermal property compared with other conditions. As a result, these SSPCMs could be used for the heat storage and release materials for various products.
Jo, Cheol-Hyeong;Choe, Jae-Bong;Choe, Gwi-Won;Yun, Gang-Seop;Gang, Seung-Baek
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.20
no.1
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pp.37-44
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1999
Because of bone resorption, wear of ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) in total knee arthroplasty has been recognized as a major factor in long-term failure of knee implant. The surface damage and the following harmful wear debris of UHMWPE is largely related to contact stress. Most of the previous studies focused on the contact condition only at the articulating surface of UHMWPE. Recently, contact stress at the metal-backing interface has been implicated as one of major factors in UHMWPE wear. Therefore, the purpose of the is study is to investigate the effect of the contact stress for different thickness, conformity friction coefficient, and flexion degree of the UHMWPE component in total knee system, considering the contact conditions at both interfaces. In this study, a two-dimensional non-linear plane strain finite element model was developed. The results showed that the maximum value of von-Mises stress occurred below the articulating surface and the contact stress was lower for the more conforming models. All-polyethylene component showed lower stress distribution than the metal-backed component. With increased friction coefficient on the tibiofemoral contact surface, the maximum shear stress increased about twofold.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.54-63
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2022
This paper is a study on the friction damper, which is one of the seismic reinforcement devices for structures. This study developed a damper by replacing the internal friction material with ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), a type of composite material. In addition, this study applied a multi-friction method in which the internal structure where frictional force is generated is laminated in several layers. To verify the performance of the developed multi-friction damper, this study performed a characteristic analysis test for the basic physical properties, wear characteristics, and disc springs of the material. As a result of the wear test, the mass reduction rate of UHMWPE was 0.003%, which showed the best performance among the friction materials based on composite materials. Regarding the disc spring, this study secured the design basic data from the finite element analysis and experimental test results. Moreover, to confirm the quality stability of the developed multi-friction damper, this study performed an seismic load test on the damping device and the friction force change according to the torque value. The quality performance test result showed a linear frictional force change according to the torque value adjustment. As a result of the seismic load test, the allowable error of the friction damper was less than 15%, which is the standard required by the design standards, so it satisfies the requirements for seismic reinforcement devices.
The mixtures of ultra-high molecular weight polythylene (UHMWPE), high density polyethylene (HDPE), process oil (mineral oil) and potassium hexatitanate whisker were melted and mixed at $150^{\circ}C$ for 30min, and prepared by compression molding to the specimen of separator of about $200{\mu}m$ thickness at the same temperature and 5000 psi. Thereafter the pores were formed by extracting process oil with organic solvents. In this study, the range of PR (the ratio polymer to process oil) was varied from 0.1 to 0.5 because the specimen turned into rubbery phase at which PR was below 0.1 whereas it changed into gel phase at which PR was above 0.5. When the specimen was treated with nonpolar organic solvents, process oil was extracted nearly 98%. Tensile strength was $31kg/cm^2$ at PR = 0.426, and resistance of specimen was $37m{\Omega}/cm^2$ at PR = 0.186, and $53m{\Omega}/cm^2$ at PR = 0.426. The $N_2$ adsorption-desorption isotherm showed a hysteresis representing regions of capillary condensation, and the surface area at PR = 0.186 was relatively large as $130cm^2/g$. Potassium hexatitanate whisker was randomly dispersed in between PE layers. It might be that the whisker is intercalated through the PE thin layers oriented by compression.
The wear behaviors of ultrahigh molecular weight polyethylene pins against titanium alloy and stainless steel disks moving in two different kinematic motion were investigated by conducting repeat pass rotational sliding and linear reciprocal sliding wear tests. Linear reciprocal motion wore more the polyethylene pin than did repeat pass rotational motion for both disk materials. It means that the repeated directional change of contact stresses generates more wear debris in polyethylene. For the linear reciprocal sliding tests, titanium alloy disks were damaged with some scratches after one million cycles but no surface damage was observed on the polyethylene pins. On the other hand, fur the repeat pass rotational sliding tests, all titanium alloy disks were severely abraded on the entire region of sliding track. This phenomenon can be interpreted by that stress fatigue under repeated sliding contact initiated titanium oxide layer wear particles from disk surface, and these hard particles were embedded into polyethylene pin and then they severely abraded the disk surface. From these results it can be concluded that the kinematic motion in pin-on-disk wear tests play a crucial role on the wear behaviors of UHMWPE pins against titanium alloy and stainless steef discs.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.11a
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pp.67-71
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2000
The wear behaviors of ultrahigh molecular weight polyethylene pins against titanium alloy and stainless steel disks moving in two different kinematic motion were investigated by conducting repeat pass rotational sliding and linear reciprocal sliding wear tests. Linear reciprocal motion wore more the polyethylene pin than did repeat pass rotational motion for both disk materials. It means that the repeated directional change of contact stresses generates more wear debris in polyethylene. For the linear reciprocal sliding tests, titanium alloy disks were damaged with some scratches after one million cycles but no surface damage was observed on the polyethylene pins. On the other hand, for the repeat pass rotational sliding tests, all titanium alloy disks were severely abraded on the entire region of sliding track. This phenomenon can be interpreted by that stress fatigue under repeated sliding contact initiated titanium oxide layer wear particles from disk surface, and these hard particles were embedded into polyethylene pin and then they severely abraded the disk surface. From these results it can be concluded that the kinematic motion in pin-on-disk wear tests play a crucial role on the wear behaviors of UHMWPE pins against titanium alloy and stainless steel disks.
The Journal of the Korean bone and joint tumor society
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v.12
no.1
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pp.9-14
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2006
Purpose: The proximal tibial sarcoma patients, especially in their growing ages have problems of reconstruction. This study is to devise a methodology which can circumvent this limitations. Materials and Methods: Four cases of proximal tibial osteosarcoma underwent hemiarthroplasty. The mean age was 13 years (11~15) with a mean follow-up of 64 months (47~89). The procedure consists of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) liner as an substitute for the joint surface and this piece was fixed to the remaining tibial bone stock with Ender nail and bone cement. Results: Final functional score was 23.5 (78.3% of control) by MSTS criteria. All the cases showed stable joint without pain. Hemiarthroplasty related complications were absent. By saving the femoral physis, expected leg length discrepancy could be minimized by this procedure. Conclusions: Hemiarthroplasty of proximal tibia can be an option in pediatric sarcoma patients.
Park, Won-Ung;Jeon, Jun-Hong;Mun, Seon-U;Choe, Jin-Yeong;Im, Sang-Ho;Han, Seung-Hui
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.189-189
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2011
인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위해 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 인공관절의 수명을 결정하게 되는데, 헤드 부분에 메탈소재와 라이너 부분에 고분자 소재를 사용하는 MOP (metal on polymer) 구조의 인공관절은 충격흡수의 장점이 있는 반면 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재 시술의 주요 원인이 되고 있다. 또한 메탈 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 낮추는 또 하나의 요인이 되고 있다. 따라서 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속 헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재 niobium nitride (NbN) 박막을 증착하여 상대제인 UHMWPE (ultra high molecular polyethylene)의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 마모량을 감소시키기 위하여, 박막 증착전에 질소를 이온주입하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였으며, 또한 Co-Cr 합금과 NbN박막 사이의 접착력을 증가시키기 위하여 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tester를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, pre-ion implantation 공정을 도입한 경우 현재 상용화 되어있는 Co-Cr 합금에 비하여 마모량을 2배 이상 감소시키는 것을 확인 할 수 있었으며, dynamic ion mixing 공정을 도입한 경우 장시간의 마모 시험에 대한 마모 특성이 향상 되는 것을 확인 할 수 있었다.
Commercial synthetic resins with great amount of hydrogen atoms were investigated for neutron shielding aggregates. Total three types of resins were considered in this study: high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), and ultra molecular weight polyethylene (UPE). When these resins replaced 20, 40, 60 vol% of fine aggregates, mechanical properties were first evaluated including compressive and tensile strengths, and then image/microstructure analyses such as cross-section analysis, SEM, and X-ray CT were performed. The results showed that the compressive and tensile strengths decreased with the increase of replacement ratio of HDPE and PP, which was found through image analysis that it was closely related to the distribution of resins at the failure surface of test specimens. The strength reduction of UPE was quite small compared to HDPE and PP but it abruptly increased when the replacement level exceeded 60 vol%. The results of microstructure analyses indicated that the replacement level significantly affected the amount of air void so that it is critical to determine the reasonable amount of UPE to make cementitous materials for neutron shielding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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