• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.117-117
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• 2016

Total ankle replacement (TAR) is a visible option in the surgical treatment of degenerative or inflammatory diseases of ankle joint. it is attributed to the current TAR which has improvements in surgical technique, uncemented implant fixation and minimally constrained articulation. In the clinical result, they can show promised surgical result when compared to earlier attempts in TAR. However, TAR is still not as successful as total knee replacement (TKR) or total hip replacement (THR), it needs to be note that there are limitations in concerning of long term performance of TAR, the high failure rate still associated with wear of the PE (polyethylene) component that has related with their material property and surface roughness. The aim of this study was to introduce the tribology characteristics of total ankle joint prosthesis with one of TDR model which was fabricated to try multi-axis wear test as a region of motion in ankle joint. The wear specimen of TDR was prepared with Ti-6Al-4V alloy and UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylene) for tibia-talus and bearing component, respectively. A wear test was carried out using a Force 5 (AMTI, Massachusetts, US) wear simulator which can be allowed to move in three axis to flexion-extension ($+3^{\circ}{\sim}-6^{\circ}$), internal-external axial rotation (${\pm}5^{\circ}$), as well as sinusoidal compressive load (1.6 kN, R=10). All tests were performed following standard ISO 14243, wear rate was calculated with weight loss of UHMWPE bearing while the specimen has tested at certain cycles. As based on the preliminary results, wear rate of UHMWPE bearing was $7.9{\times}10^{-6}mg/cycles$ ($R^2=0.86$), calculated loss weight until $10^7cycles$ was 79 mg, respectively.

• Elastomers and Composites
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• 제57권4호
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• pp.157-164
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• 2022

Representative bulletproof materials, such as aramid or ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE), have excellent strength and modulus in the plane direction but are very vulnerable to forces applied in the thickness direction. This paper reports a study on the effects of reinforcement in the thickness direction when bulletproof composite fabrics are prepared to improve their performance. Aramid and UHMWPE fabrics were combined using the film-bonding, needle-punching, or stitching methods and then subjected to low-velocity projectile and ball-drop impact tests. The results of the low-velocity projectile test indicated that the backface signature(BFS) decreased by up to 29.2% in fabrics obtained via the film-bonding method. However, the weight of the film-bonded fabric increased by approximately 23% compared with that obtained by simple lamination, and the fabric stiffened on account of the binder. Flexibility, light weight for wearability, and excellent bulletproof performance are very important factors in the development of bulletproof materials. When the needle-punching method was used, the BFS increased as the fibers sustained damage by the needle. When the composite fabrics were combined by stitching, no significant difference in weight and thickness was observed, and the BFS showed similar results. When a diagonal stitching pattern was employed, the BFS decreased as the stitching density increased. By contrast, when a diamond stitching pattern was used, the fabric fibers were damaged and the BFS increased as the stitching density increased.

• Macromolecular Research
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• 제13권2호
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• pp.120-127
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• 2005

Conventional poly(methyl methacrylate) (PMMA) bone cement has been widely used as an useful biopolymeric material to fix bone using artificial prostheses. However, many patients had to be reoperated, due to the poor mechanical and thermal properties of conventional PMMA bone cement, which are derived from the presence of unreacted MMA liquid, the shrinkage and bubble formation that occur during the curing process of the bone cement, and the high curing temperature ($above 100^{\circ}C$) which has to be used. In the present study, a composite PMMA bone cement was prepared by impregnating conventional PMMA bone cement with ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) powder, in order to improve its mechanical and thermal properties. The UHMWPE powder has poor adhesion with other biopolymeric materials due to the inertness of the powder surface. Therefore, the surface of the UHMWPE powder was modified with two kinds of silane coupling agent containing amino groups (3-amino propyltriethoxysilane ($TSL 8331^{R}$) and N-(2-aminoethyl)-3-(amino propyltrimethoxysilane) ($TSL 8340^{R}$)), in order to improve its bonding strength with the conventional PMMA bone cement. The tensile strengths of the composite PMMA bone cements containing $3 wt\%$ of the UHMWPE powder surface-modified with various ratios of $TSL 8331^{R}$ and $TSL 8340^{R}$ were similar or a little higher than that of the conventional PMMA bone cement. However, no significant difference in the tensile strengths between the conventional PMMA bone cement and the composite PMMA bone cements could be found. However, the curing temperatures of the composite PMMA bone cements were significantly decreased.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.54-63
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• 2022

이 연구는 구조물 내진보강 장치의 하나인 마찰댐퍼에 관한 것으로, 내부 마찰재를 복합재료의 일종인 초고분자량 폴리에틸렌으로 대체하여 댐퍼를 개발하였다. 또한 마찰력이 발생하는 내부 구조를 여러 층으로 적층하는 다중 마찰방식을 적용하였다. 개발된 다중 마찰댐퍼의 성능 검증을 위해서 재료에 대한 기초 물성과 마모 특성, 디스크 스프링에 대한 특성 분석 시험을 수행하였다. 마모시험 시험결과, UHMWPE의 질량 감소율은 0.003%로 복합재료 기반의 마찰재 중에서 가장 우수한 성능을 보였다. 디스크 스프링은 유한요소해석과 시험결과로부터 설계기초자료를 확보하였다. 또한 개발된 다중 마찰댐퍼의 품질 안정성을 확인하기 위해 토크값에 따른 마찰력 변화와 감쇠장치에 대한 지진하중 시험을 수행하였다. 품질성능 시험결과, 토크 값 조절에 따라 선형적인 마찰력 변화를 보였으며, 지진하중 시험 결과, 마찰댐퍼의 허용오차는 설계기준에서 요구하는 15% 미만으로 나타나 내진보강 장치로서의 요구조건을 만족하는 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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• 대한의용생체공학회 1997년도 추계학술대회
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• pp.484-488
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• 1997

Three-dimensional finite element analyses were used to compare the stress distribution and the stability of the fixation among seven different tibial components and to investigate the effect due to implant materials in total knee arthroplasty. The components included an intact tibia(Type I), Cemented Cobalt-Chromium tibial tray implanted with a PMMA cemented Co-Cr stem(Type II), Cemented Co-Cr tibial tray with a uncemented Co-Cr stem(Type III), Cemented Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) tibial tray with a cemented UHMWPE stem (Type IV), Cemented UHMWPE tray with a uncemented UHMWPE stem(Type V), Cemented Co-Cr tray without a stem(Type VI), and Cemented UHMWPE tray without a stem(Type VII). Uncemented components were assumed to have complete bony in growth and a rigid state of fixation between component and bone. The interface between bone/cement/component of cemented components was also assumed to be fully bonded. Bi-condylar forces were applied. The results indicated that Uncemented stem components provided lower bone stress shielding and stress concentration. The UHMWPE tray and stem component showed better agreement with the intact tibia than the Co-Cr Alloy tray and stem components. If the implant tray can be fixed firmed without a stem, Cemented PE tray without a stem(Type VII) may be recommended to give the best characteristics in the sense of stress distribution and stability.

• 한국염색가공학회:학술대회논문집
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• 한국염색가공학회 2012년도 제46차 학술발표회
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• pp.45-45
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• 2012

초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)섬유는 현재까지 알려져 있는 섬유중 비강도가 가장 우수하며 강도 또한 최고 40g/d를 나타내는 슈퍼섬유중에 하나이다. UHMWPE섬유는 비교적 간단한 분자구조로 이루어져 있으며 높은 결정화도로 인해 광 안정성 및 자외선 저항성이 우수하며 내마모성도 뛰어나다. 이러한 특성으로 인해 최근 로프 및 어망 등의 산업적 용도 뿐만 아니라 익스트림 스포츠웨어를 포함한 의류소재에도 다양하게 적용되고 있다. 하지만 의류소재 적용에 앞서 초소수성으로 이루어진 분자구조와 낮은 내열성으로 인해 염색이 쉽지 않으며 다양한 색상을 구현하기가 힘든 실정이다. 현재 본 연구실에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 UHMWPE섬유에 염색이 가능한 염료를 개발하였으며 보다 다양한 색상을 구현하기 위해 연구를 진행 중이다. 현재 본 연구실에서는 UHMWPE섬유 염색에 있어 Blue, Red, Yellow, Magenta 계열의 색상구현이 가능하며 보다 심색화 된 색상을 구현함으로 인해 의류용 섬유소재 및 산업용 섬유소재에 다양하게 적용할 수 있도록 UHMWPE섬유용 염료합성 실험이 진행되고 있다. 안트라퀴논 및 아조계 염료에 초소수성 알킬체인을 치환함으로써 염료의 소수성을 증가시켜 초소수성 섬유인 UHMWPE섬유에 염착성을 증가시키고 높은 견뢰도 결과를 확보하였다. 또한 내열성이 낮은 특성에도 불구하고 염색 이후 UHMWPE섬유가 가지는 물성에는 큰 변화를 나타내지 않았다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.331-338
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• 2023

현대의 방탄 장갑은 우수한 관통 저항성을 갖추어야할 뿐만 아니라 군인과 군용차량의 기동성이 확보되어야 하기 때문에 경량화가 중요한 개발 요소가 되었다. 이종 적층 평판 구조의 방탄 장갑의 방탄 성능은 동일 중량 대비 구성 재료의 배열에 따라 달라진다. 본 논문에서는 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌 그리고 에바 폼으로 구성된 방탄 장갑의 적층 배열에 따른 방탄 성능을 분석한다. 구성 재료의 두께가 5mm와 6.5mm인 두 가지 경우에서 6가지 적층 배열에 대하여 7.62 × 51mm NATO 탄환의 M80 탄을 856m/s의 속도로 충돌시키는 피탄 해석을 수행하였다. 방탄 성능을 평가하기 위해 이종 적층 평판을 관통한 발사체의 잔류 속도와 잔류 에너지를 측정하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌, 에바 폼의 배열 순서를 갖는 적층 구조가 동일 중량에 대해 가장 우수한 방탄 성능을 가짐을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.228-228
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• 2012

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위하여 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 마모에 관여하여 인공관절의 수명에 영향을 미치게 되는데, 헤드 소재로서는 Co-Cr-Mo 합금이, 라이너 소재로서는 고분자 소재인 UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene)가 주로 사용되고 있다. 이러한 MOP (Metal-On-Polymer) 구조의 인공관절의 경우, 충격흡수의 장점이 있는 반면, 관절 운동시 발생하는 UHMWPE의 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재시술을 필요로 하게 된다. 또한 메탈 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 낮추는 또 하나의 요인이 되고 있다. 이러한 문제점들을 해결 하기 위하여, 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재 위에 niobium nitride (NbN) 박막을 증착하여 상대재인 UHMWPE의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 마모량의 감소를 위하여, 박막을 증착하기 전에 Co-Cr-Mo 합금 위에 질소를 이온주입 하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였으며, Co-Cr-Mo 합금과 NbN박막 사이의 접착력을 증가시키기 위하여 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. 실험 결과 pre-ion implantation 공정을 도입한 경우 현재 상용화 되어있는 Co-Cr-Mo 합금에 비하여 마모량을 2배 이상 감소시키는 것을 확인 할 수 있었으며, dynamic ion mixing 공정을 도입한 경우 장시간의 마모 시험에서도 UHMWPE의 마모량을 2배 가까이 줄일 수 있었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.515-516
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• 2006

The goal of total disc replacement is to restore pain-free mobility to a diseased functional spinal unit, by replacing the degenerated disc with a mobile bearing prosthesis. SB Charite III is named commercial product as the Artificial Intervertebral Disc (AID). SB Charite III consists of sliding core and endplate made by Ultra-high Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) and cobalt chrome alloy, respectively. To evaluate the effect of von-Mises stress in AID, and three-dimensional finite element model of AID analysis was preformed for four different loading types of sliding core. Consequently, endplate was compared with a compressive preload at 400N and flexion moment at $3{\sim}9Nm4. Therefore, this research has obtained result that von-Mises stress of sliding core in AID disc by radius curvature.

• 한국정밀공학회지
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• 제25권8호
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• pp.96-103
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• 2008

In this study, we performed the biomechanical analysis of cervical plate systems by using a computer simulation based on finite element method to derive reliable model by analysis of design variables and fatigue behavior. To simulate the cervical spine movement in-vivo state by surgery, we modeled the cervical plate system which consisted of screws, rings, rivets, and plate and Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) Block. The experiment of cervical plate system followed the ASTM F1717 standards that covered the materials and methods for the static and fatigue testing. The result of computer simulation is compared with experimented test. We expected this study is to derive reliable results by analysis of design variables and fatigue behavior for developing a new model.