Composites Research

The Korean Society for Composite Materials (한국복합재료학회)
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Effect of Heat Treatment on Mechanical Properties of Cross-Linked Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Used for Artificial Joint Liner

인공관절 라이너용 가교된 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE)의 열처리 조건에 따른 기계적 특성 변화

  • 김현묵 ((주)오티스바이오텍 인공관절연구소) ;
  • 김동훈 ((주)오티스바이오텍 인공관절연구소) ;
  • 구자욱 (한양대학교 대학원 기계공학과) ;
  • 최낙삼 (한양대학교 기계공학과) ;
  • 김성곤 (고려대학교 의과대학 정형외과)
  • Published : 2009.04.30
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Abstract

The mechanical characteristics of gamma-ray irradiated UHMWPE specimens were investigated under various heat treatment conditions. The heat treatment was performed in the range of annealing and remelting temperatures. The annealing treatment below the temperature of $130^{\circ}C$ hardly induced changes in the tensile strength, the strain at the failure and the hardness. However the remelting treatment above $140^{\circ}C$ deteriorated those mechanical properties. It was shown in an FTIR analysis that the annealing treatment caused some oxidation of free radicals created by the pretreatment of the irradiation. These quantitative data represented by the behavior of mechanical properties might be used as basic informations for the design and analysis of various artificial joints.

감마선 조사된 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE)을 다양한 온도조건으로 열처리하여 기계적 물성변화를 구하였다. 열처리 조건은 어닐링(annealing)과 재용융(remelting) 온도범위를 선정하여 열처리하였다. $130^{\circ}C$ 이하의 어닐링 처리에 의해 강도와 파단시 연신율, 경도의 변화는 별로 없었지만, $140^{\circ}C$ 이상의 재용융처리에서는 기계적 물성의 급격한 저하가 발생하였다. FTIR해석 결과, 감마선 전처리에 따라 형성된 프리래디컬이 산화되었음을 알았다. 이와 같은 기계적 성질의 변화거동으로 나타나는 정량적인 데이터는 다양한 인공관절 부품의 설계와 해석에 필요한 기초적인 자료로 이용될 수 있다.

Keywords

References

  1. Kurtz S. M., Muratoglu O. K., Evans M., Edidin A. A., "Advances in the processing, sterilization, and crosslinking of ultra-high molecular weight polyethylene for total joint arthropathy," Journal of Biomaterials, Vol. 20, 1999, pp 1659-1688 https://doi.org/10.1016/S0142-9612(99)00053-8
  2. Kurtz S. M., Villarraga M. L., Herr M. P., Bergstrom J. S., Rimnac C. M., Eddin A. A., "Thermomechanical behavior of virgin and highly crosslinked ultra-high molecular weight polyethylene used in total joint replacements," Journal of Biomaterials, Vol. 23, 2002, pp. 3681-3697 https://doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00102-3
  3. Muratoglu O. K., Kurtz S. M., Hip replacement: current trends and controversies, Marcel Dekker, New York, 2002
  4. Mckellop H., Shen F. W., Lu B., Campbell P., Salovey R., "Development of an extremely wear-resistant ultra-high molecular weight polyethylene for total hip replacements," Journal of Orthopedics, Vol. 17, 1999, pp. 157-167 https://doi.org/10.1002/jor.1100170203
  5. 이종대, 정선환, 최성대, 김현묵, "감마선 조사에 의한 초고분자량 폴리에틸렌의 기계적 특성 변화", 한국공작기계학회논문집, Vol. 17, No. 3, 2008, pp. 108-114
  6. Nagy E. V. and Li S., "A Fourier transform infrared technique for the evaluation of polyethylene orthopaedic bearing materials," Trans. 16th Ann. Soc. For Biomaterials Meeting, Charleston, SC 109, 1990
  7. Kurtz S. M., The UHMWPE Handbook, EIsevier press, New York, 2004, pp. 251
  8. Muratoglu O. K. and Kurtz S. M., Alternative bearing surface in hip replacement, Marcel Dekker, New York, 2002
  9. Holland B. J. and Hay J. N., "The thermal degradation of PET and analogous polyesters measured by thermal analysis-Fourier transform infrared spectroscopy," Journal of Polymer, Vol. 43, No. 6, 2002, pp. 1835-1847 https://doi.org/10.1016/S0032-3861(01)00775-3