Wear Resistance of Crosslinked Ultra-high Molecular Weight Polyethylene

가교된 초고분자량 폴리에틸렌의 내마모성

Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) was crosslinked in the melt state to enhance wear resistance, Dicumyl peroxide (DCP) and triallyl cyanurate (TAC) was used as a crosslinking agent and a promoter, respectively. With increasing amount of DCP and TAC used, gel content of crosslinked UHMWPE (XUMPE) increased, while the melting temperature, crystallizaiton temperature, crystallinity, and tensile properties decreased. The results of pin-on-disk wear test and ball-on-disk test with small applied load showed reduced wear volumes of XUMPE from that of the unmodified UHMWPE. As the wear mechanism effected in the experimental condition of this study was thought to be deformation rather than adhesion or fatigue, a new parameter, the ratio of maximum contact stress to yield stress, was proposed to correlate well with observed wear resistance. In ball-on-disk wear test with larger applied load, XUMPE showed higher wear volumes than that of the unmodified UHMWPE which were accompanied with increased friction coefficients and surface roughness of the wear tracks. When contact stress was well above yield stress, the failure of XUMPE, as well as deformation, was thought to be much accelerated.

인공관절용 재료의 내마모성 향상을 목적으로 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 가교시켜 기계적 성질과 내마모성을 조사하였다. 가교제로 dicumyl peroxide(DCP)를 사용하고 가교보조제로 triallyl cyanurate(TAC)를 사용하여 용융상태에서 UHMWPE를 가교시켰다. DCP와 TAC의 함량이 증가할수록 가교된 초고분자량 폴리에틸렌(XUMPE)의 젤 함량은 증가하고 녹는점, 결정화온도, 결정화도, 인장성질은 감소하였다. Pin-on-disk 마모시험과 작은 하중을 가한 ball-on-disk 마모시험에서는 기계적 성질의 감소에도 불구하고 XUMPE의 마모부피가 UHMWPE보다 감소하였다. 이 두 시험에서의 마모는 주로 변형에 의한 것으로 판단되었으며, 마모부피는 Hertz 접촉 이론으로 계산한 최대접촉응력과 XUMPE의 항복강도의 비에 비례함을 보였다. 큰 하중을 가한 ball-on-disk 마모시험에서는 기계적 성질이 낮을수록 더 큰 마모부피를 보였으며, 마모자국의 표면거칠기와 마찰계수도 증가하였다. 이는 인장강도를 넘는 응력이 가해졌을 때 항복강도와 인장강도가 더 낮은 XUMPEDml 변형과 파괴가 촉진되기 때문으로 생각되었다.