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초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)의 전자빔 조사에 따른 미세구조 및 물리적 특성 변화에 관한 연구 원문보기
Study on the Microstructure and Physical Property Changes of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) by Electron Beam Irradiation

  • 저자

    이상만

  • 학위수여기관

    韓南大學校 大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    고분자공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    53p.

  • 키워드

    초고분자량 폴리에틸렌 UHMWPE 전자빔;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10062510&outLink=K  

  • 초록

    초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)은 인공관절로써 가장 많이 사용되는 있는 합성 고분자로 그 가치는 높게 평가되나, 장시간 사용에 따른 크리프 거동에 의한 인공관절의 기하학적 형태 변화 그리고 이에 따라 인공관절에 걸리는 하중의 이동은 정적 및 동적 피로균열을 유도하는데 역할을 하는 것으로 제시되어 인공관절 소재로서의 자리매김에 큰 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 이를 보완하기 위한 다양한 방법들이 연구 개발되고 있는데 이중 전자빔 조사는 짧은 시간 안에 효과적으로 UHMWPE의 가교구조를 변환 시킴으로써 내크리프성 및 내마모성을 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 서로 다른 양의 전자빔을 조사하여 가교된 UHMWPE에 대해 다양한 실험을 통해 내부 미세 구조와 형태 변화를 분석함은 물론, 기계적 물성과의 상호작용을 연관시켜 보고자 하였다. 전자빔 조사량은 0, 100, 250, 500, 750kGy와 1MGy 6가지로 하였으며, 전자빔 조사량이 증가하면서 엔탈피, 결정화도, 결정크기가 250kGy까지 상승하다가 이후 조사량에서 점점 감소하는 것을 볼 수 있었다. 전자빔은 밀도가 높은 결정영역 보다는 밀도가 낮은 비결정 영역에서 선택적으로 더 큰 영향을 주어 250kGy 이하 조사량에서는 chain scission은 주로 비 결정 영역에서 일어날 것으로 짐작된다. 전자빔의 조사량이 증가할수록 사슬절단이 증가하고 또한 Tg이상의 온도구간인 상온에서 유동성이 증가하므로 결정구조를 형성함으로써 결정체크기가 증가하고 이는 결정화도의 증가를 수반하게 된다. 이후 전자빔의 조사량에서 낮은 결정크기와 결정화도를 보였는데 이는 과다한 전자빔 조사에 의해 비결정 영역은 물론 결정영역역에까지 상당한 가교 구조를 형성하기 때문인 것으로 생각되어진다. 또한 전자빔의 조사량과 함께 Tm이 증가하였는데 이는 전자빔 조사에 의한 chain scision과 cross-linking의 형성에 의한 효과로 특히, 전자빔이 조사됨으로 인해 비결정영역에서 타이 분자들이 절단됨으로써 라멜라의 완전성을 증가시킴은 물론, 인터라멜라간의 상당한 cross-linking형성으로 생각되어진다. 이러한 결과는 기계적 성질에도 상당한 영향을 주어 인장 실험의 결과에서 전자빔 조사량이 증가할수록 yield stress와 modulus가 증가함을 볼 수 있었다. 장시간 크리프 실험에서도 이 같은 cross-linking으로 말미암아 크리프 변형 속도 및 크기가 전자빔 조사량의 증가함 함께 현저히 작아지는 것을 확인할 수 있었고, 결정체 크기와 면간 거리의 변화도 더 안정한 구조를 것을 확인 할 수 있었다.


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