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.
At present. about 0.3 million and more THRs (Total Hip Replacement) in a rear are being done worldwide. The increase in mechanical failure with the increase in THR, required more revisions. Revisions compensate mainly the wear of the artificial joint frictional surface and the loosening of the cup and stem. According to recent researches, loosening is mainly due to wear debris UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) from frictional surfaces . To overcome the wear problems associated with artificial joint materials , new surface structures with regular Patterns were designed and fabricated The lubrication Properties were examined to evaluate the wear of the frictional surfaces. The surface structure manifested a Pattern of "dents" with a 0.2-1.0 mm of diameter and 0.6-2.0 mm of Pitch. From the friction test of the SUS316L vs UHMWPE using the frictional tester, we found that the lubrication Performance was improved due to of drastically reduced amount of abrasion. There were optimum sizes for the diameter and the pitch of the Pattern. The results demonstrated that the lubrication properties could be improved by Patterning of the frictional surfaces. The surface Patterning was effective in preventing wear of the frictional surfaces, and the life of an artificial joint could be extended with such Patterning.
CNTs were added to Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) to improve the tribological properties of UHMWPE. CNTs which have a diameter of about 10-50nm, while their length is about 3-5nm were produced by the catalytic decomposition of tile C$_2$H$_2$ using a tube furnace. UHMWPE/CNTs composites were fabricated by hot pressing method. It is shown that friction coefficient was increased and wear resistance was improved as CNTs were added to UHMWPE because of excellent mechanical properties of CNTs located on UHMWPE surface.
Purpose: The purpose of this study was to evaluate the wear and survival rates of third-generation ceramic heads on a conventional ultra-high molecular weight polyethylene liner. Materials and Methods: A total of 160 hips (147 patients with a mean age of 55.9 years) who underwent total hip arthroplasty using the third-generation ceramic head on a conventional polyethylene liner from March 1998 to August 2003 were reviewed retrospectively. Evaluation of the wear rate for 56 hips (49 patients) followed-up for at least 15 years was performed using the PolyWare program version 8 (Draftware Developers, USA). The Kaplan-Meier survivorship was also evaluated. Results: Linear wear and volumetric wear rates were 0.11±0.47 mm/year and 32.75±24.50 mm3/year, respectively. Nine revisions were performed during the follow-up period because of cup or stem loosening. The Kaplan-Meier survival rate, using cup revision or total revision total hip arthroplasty (THA) as the endpoint of analysis, was 93.7% at 15 years and 73.6% at 20 years. Conclusion: Because all revisions were performed between 15 and 20 years in our study, surgeons should pay greater attention to patients who underwent THA with ceramic-on-polyethylene bearing from 15 years postoperatively. Contemporary alumina ceramic on highly cross-linked polyethylene could certainly be a good alternative bearing couple providing better longevity.
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 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 직접적인 마모 운동을 수행하게 되므로, 이 부분의 소재 특성에 따라 인공관절의 수명이 결정 되게 된다. 현재 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 UHMWPE 의wear debris에 의해 골용해가 발생하게 되어 인공관절의 수명이 저하되는 문제점이 있으며, 금속 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 저하시키는 또 다른 원인이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition) 공정을 이용하여 금속 (Co-Cr-Mo 합금)소재 위에 세라믹 (niobium nitride) 박막을 증착하여 상대재인 UHMWPE의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 금속 소재 위에 증착된 세라믹 박막은 상대재인 UHMWPE의 마모량을 줄여줄 뿐만 아니라 금속이온의 용출을 막아준다는 장점이 있으나, 장시간의 마모 운동에 의하여 발생하는 박막의 박리 현상은 인공관절의 수명을 급격히 저하시키는 또 다른 원인이 된다. 이러한 단점을 해결하기 위하여, 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. Dynamic ion mixing 공정을 수행함에 따라 박막과 금속 사이의 접착력이 증가하게 되어, UHMWPE의 마모량이 2배 가까이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 장시간의 마모시험에서도 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 UHMWPE의 마모량을 감소시키기 위하여 박막을 증착하기 전에 금속 소재에 질소 이온주입을 수행하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였다. 질소 이온주입 결과 Co-Cr-Mo 합금 표면에 부분적으로 CrN, Cr2N의 세라믹 상이 형성 되는 것을 확인할 수 있었으며, 그에 따라 UHMWPE의 마모량이 2배 이상 감소 되는 것을 확인 할 수 있었다.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제16권2호
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pp.53-61
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2015
High-energy ball milling was tested as a method for producing Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE)- based nanodielectrics containing 1 wt% and 5 wt% OctaIsoButylPOSS (OibPOSS). Qualitative and quantitative evaluations were used to explore the compatibility between OibPOSS and PE. Several ball milling variables were optimized in a bid to achieve UHMWPE/OibPOSS nanodielectrics. The morphology, as well as the thermal and the dielectric properties of the samples, were characterized by scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, broadband dielectric spectroscopy, and progressive-stress breakdown tests. The results showed that (i) ball milling was an effective method for producing UHMWPE/OibPOSS dielectric composites, but appeared ineffective in dispersing OibPOSS at the nanoscale, and (ii) the resulting UHMWPE/OibPOSS dielectric composites presented thermal and dielectric properties similar to those of neat UHMWPE.
목적: 근위 경골 육종의 절제 후 재건은, 특히 골성장이 완료되지 않은 환자의 경우 많은 문제점이 있다. 본 연구에서는 근위 경골 육종의 절제 후 재건에 따르는 문제점을 보완하기 위한 새로운 술식을 시도해 보고자 하였다. 대상 및 방법: 근위 경골에 발생한 골육종의 절제 후 반관절성형술을 시행한 4례를 대상으로 하였다. 평균 연령은 13세였으며 술후 평균 추시 기간은 64개월이었다. 전례에서 초고분자량 폴리에틸렌 삽입물(ultra-high molecular weight polyethylene liner)을 이용하여 관절면을 재건한 후 엔더정(Ender-nail)과 골시멘트를 이용하여 남아있는 경골에 고정하였다. 결과: 최종 추시상 MSTS 기준에 의한 기능적 점수는 23.5점(78.3%)이었다. 전례에서 술후 슬관절 동통, 불안정성은 관찰되지 않았다. 결론: 골성장이 완료되지 않은 소아 환자의 근위 경골 육종 절제 후 재건 방법으로서 반관절 성형술은 효과적인 술기로 판단된다.
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.
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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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