• Tribology and Lubricants
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• v.14 no.3
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• pp.46-50
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• 1998

초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 인공관절 라이너에 쓰이는 대표적 생체재료이다. 초고분자량 폴리에틸렌의 변형과 마모에 영향을 주는 인자에 대한 기본적 연구를 위하여 본 연구에서는 미세구조 결정상의 정도와 결정구조 방향성에 따른 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형 및 마모 특성의 연구를 행하였다. 압출 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)단면의 중앙(center)부분과 원주(periphery)부분으로부터 각각 직사각형 및 원통형의 시편을 제작하여 크리프 실험과 마모 실험을 실시하였다. 원주 시편의 크리프 변형율은 중앙 시편의 크리프 변형율보다 11%크며(p<0.05), 마모량도 원주 시편이 중앙 시편보다 두 배나 큰 것으로 (p<0.05)관측되었다. 이 결고달로부터 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형과 마모가 미세 결정구조 방향성에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.100-105
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• 1998

초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 인공관절 라이너에 쓰이는 대표적 생체재료이다. 초고분자량 폴리에틸렌의 변형과 마모에 영향을 주는 인자에 대한 기본적 연구를 위하여 본 연구에서는 미세구조 결정상의 정도와 결정구조 방향성에 따른 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형 및 마모 특성의 연구를 행하였다. 압출 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)단면의 중앙(center) 부분과 원주(periphery)부분으로부터 각각 직사각형 및 원통형의 시편을 제작하여 크리프 실험과 마모 실험을 실시하였다. 원주 시편의 크리프 변형율은 중앙 시편의 크리프 변형율보다 11% 크며 (p<0.05), 마모양도 원주 시편이 중앙 시편보다 두 배나 큰 것으로(p<0.05)관측되었다. 이 결과들로부터 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형과 마모가 미세 결정구조 방향성에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Orthopaedic Association
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• v.53 no.6
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• pp.490-497
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• 2018

Purpose: To evaluate the utility of ceramic-on-polyethylene articular bearing surface when cementless total hip arthroplasty is performed in patients older than 65 years through an analysis of the minimum five-year follow-up results using the ceramic femoral head and cross-linked polyethylene liner. Materials and Methods: From March 2010 to September 2012, 51 patients (56 hips) who were older than 65 years were enrolled in this retrospective study. The mean age at surgery was $70.9{\pm}5.1years$ old. A clinical assessment was analyzed using the Harris hip score. For the radiographic assessment, the cup inclination and anteversion, stem alignment, and wear amount were measured. The postoperative complications were also determined. Results: The mean Harris hip score was improved from preoperative 48 points to postoperative 87 points (p<0.05). The mean cup inclination was $40.9^{\circ}{\pm}6.4^{\circ}$ and the mean cup anteversion was $20.3^{\circ}{\pm}8.1^{\circ}$. The mean cup anteversion of the elevated liner-used group (16 cases) was $14.3^{\circ}{\pm}7.9^{\circ}$ and the mean cup anteversion of the neutral liner used group (40 cases) was $22.4^{\circ}{\pm}9.1^{\circ}$ (p<0.05). The mean stem alignment angle was $0^{\circ}$ (range, varus $4^{\circ}$-valgus $4^{\circ}$). The mean linear wear amount was $0.458{\pm}0.041mm$ and the average annual linear wear rate was $0.079{\pm}0.032mm/yr$. Six cases (10.7%) of intraoperative periprosthetic femoral fractures were encountered. Conclusion: Based on these results, the use of a ceramic-on-polyethylene articular bearing surface in elderly patients with cementless total hip arthroplasty is beneficial. On the other hand, careful effort is needed to prevent intraoperative periprosthetic femoral fractures.

• Tribology and Lubricants
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• v.14 no.4
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• pp.1-6
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• 1998

인공관절 라이너에 널리 사용되는 대표적 생체재료인 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 체내에 삽입되기 전에 멸균처리를 거쳐야 하며, 가장 보편적인 멸균방법은 감마선을 이용한 멸균처리이다. 그러나, 감마선은 폴리에틸렌의 화학분자 결합구조에 변화를 일으키며, 따라서 물리적, 기계적 물성치에 변화를 야기시킨다. 이는 인공관절 수명을 좌우하는 변형과 마모현상에도 결정적 영향을 줄 것으로 사려된다. 본 연구에서는 감마선 멸균처리가 UHMWPE의 크리프 변형 및 마모에 미치는 영향이 관찰되었고, 그 결과들은 감마선 멸균처리로 야기된 폴리에틸렌의 화학분자 결합구조의 변화(Crystallinity, Oxidation, Crosslinking)와 함께 분석되었다. 압축 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)으로부터 원통형의 시평을 제작하여 감마선 멸균처리를 행하고, 압축 크리프 실험과 마모 실험을 실시하여 멸균처리하지 않은 시편을 제작하여 감마선 멸균처리를 행하고, 압축 크리프 실험과 마모 실험을 실시하여 멸균처리하지 않은 시편 사이에는 크리프 복원정도를 제외하고 거의 차이가 없었으나, 반면에 마모의 경우, 감마선 멸균처리된 시편이 멸균처리하지 않은 시편보다 훨씬 적은 마모량을 보였다(p〈0.05). 이것은 crosslinking 증가에 따른 마모 저항력 향상으로 볼 수 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.227-233
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• 1998

인공관절 라이너에 널리 사용되는 대표적 생체재료인 초고분자량 폴리에틸렌 (Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 체내에 삽입되기 전에 멸균처리를 거쳐야 하며, 가장 보편적인 멸균 방법은 감마선을 이용한 멸균처리이다. 그러나, 감마선은 폴리에틸렌의 화학분자 결합구조에 변화를 일으키며, 따라서 물리적, 기계적 물성치에 변화를 야기 사려된다. 이는 인공관절 수명을 좌우하는 변형과 마모현상에도 결정적 영향을 줄 것으로 사려된다. 본 연구에서는 감마선 멸균처리가 UHMWPE의 크리프 변형 및 마모에 미치는 영향이 관찰되었고, 그 결과들은 감마선 멸균처리로 야기된 폴리에틸렌의 화학분자 결합구조의 변화(Crystallinity, Oxidation, Crosslinking)와 함께 분석되었다. 압출 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)으로부터 원통형의 시편을 제작하여 감마선 멸균처리를 행하고, 압축 크리프 실험과 마모 실험을 실시하여 멸균처리 하지 않은 시편의 결과와 비교하였다. 크리프 변형의 경우, 감마선 멸균처리 된 시편과 멸균처리 하지 않는 시편 사이에는 크리프 복원정도를 제외하고 거의 차이가 없었으나, 반면에 마모의 경우, 감마선 멸균처리 된 시편이 멸균처리 하지 않은 시편보다 훨씬 적은 마모량을 보였다 (p<0.05). 이것은 crosslinking 증가에 따른 마모 저항력 향상으로 볼 수 있다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2010.04a
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• pp.43-43
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• 2010

국내에 천연가스버스가 보급된 이래 5차례의 용기파열 사고가 발생하였는데 그중 2005년 8월 전주 덕진충전소에서 발생한 용기파열사고는 CNG용기의 라이너를 감싸고 있는 복합재료가 손상되어 발생한 사고로 보고되었다. 복합재료용기의 외피손상이 원인이 되어 발생한 사고사례는 해외에서 약 13건이 보고되었다. CNG용기 외피손상은 용기룰 고정하는 스트랩과 밀접한 관련이 있다. 용기고정이 불완전하면 슬립이 발생하고 이는 복합재의 손상으로 이어진다. 본 연구에서는 ISO 19078, CGA C6.4 등 국제코드의 규정을 고려하여 국내에서 제조된 Type 2, 3, 4 용기와 외국에서 생산된 Type 3 용기를 대상으로 결함깊이, 길이, 넓이에 따른 복합재료 결함 내구성시험을 수행하여 CNG용기의 내구성능을 평가하였고, 시험과 동일한 조건으로 복합재료 손상결함 조건을 컴퓨터로 전산모사하여 시험결과의 타당성과 유효성을 비교 검증하였다. 실험결과, Type 2 용기의 경우, 11,250회의 최소반복가압 회수를 충족하였으나 외피손상부와 반복가압에 따른 실제누출부위가 일치하지 않아 실험조건을 달리한 추가실험이 요구되었다. Type 3 용기의 경우에는 복합재 결함부위와 누수부위가 일치된 시험용기의 수는 67%정도로, 복합재료 용기의 수명을 저하시키는 원인으로 라이너와 외피손상이 서로 밀접한 관련이 있음을 확인하였다. Type 4 용기는 국제기준에서 요구하는 반복횟수를 만족하였고, 손상깊이 0.75mm와 1.25mm에서 반복가압회수가 60,000회 이상이 되어도 누설이 발생되지 않았다. 이는 라이너의 재질이 폴리머로서 균일한데다 탄소섬유 복합재료층 위에 유리섬유 복합재료 층이 1.5mm 정도 추가로 적층되어 있어서 3등급의 손상결함(결함깊이 1.25mm)에서도 구조 층이 전혀 손상되지 않은 것으로 판단되며, 이는 Type 2 용기의 강재라이너나 Type 3의 알루미늄 라이너와 비교하여 Type 4 용기의 폴리에틸렌 라이너의 물성이 반복성능이 탁월함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.349-349
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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. 현재 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PIII&D(Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재에 질소 이온을 주입 한 후 NbN 박막을 증착하여 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)의 마모량을 줄이고자 하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tribometer를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, NbN 박막을 단순 증착한 경우, 현재 인공관절용 헤드(Head) 소재로 가장 널리 사용되고 있는 Co-Cr-Mo 합금에 비하여, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 약 20% 감소시키는 것을 알 수 있었다. 또한, Co-Cr-Mo 합금 소재에 질소 이온주입을 하여 표면을 개질한 후, NbN 박막을 증착한 경우, 마모량이 최대 50%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

• Composites Research
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• v.22 no.2
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• pp.1-6
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• 2009

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.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11a
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• pp.1570-1574
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• 2008

Various mechanical test were conducted on conventional and crosslinked ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) all prepared from the same lot of medical grade GUR 1050 for artificial joint. The conventional materials were not irradiated and treated by heating. The cosslinked materials were irradiated with $25kGy{\sim}200kGy$ by gamma-ray andthen annealed or remelted. Gamma-ray irradiation and heat treatment process were found to significantly impact the crystallinity, and hence the mechanical behavior, of the highly crosslinked UHMWPE. The radiation dose and heating conditions were key predictors of the uniaxial yielding, plastic flow, and failure properties of conventional and highly crosslinked UHMWPE. The correlation model from experiments would be the basic information to enhance the were resistance of artificial joint liner.

• Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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• v.17 no.3
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• pp.108-114
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• 2008

Uniaxial tension and compression test were conducted on conventional and crosslinked ultra-high molecular polyethylene (UHMWPE) all prepared from the same lot of medical grade GUR 1050. The conventional materials were unirradiated and gamma irradiated with $25kGy{\sim}200kGy$. Gamma irradiated processing was found to significantly impact the crystallinity, and hence the mechanical behavior, of the highly crosslinked UHMWPE. The crystallinity and radiation dose were key predictors of the uniaxial yielding, hardness, plastic flow, and failure properties of conventional and highly crosslinked UHMWPE. The correlation model from experiments would be the basic information to design the liner of artificial joint.