JPH1080945A - 超高分子量ポリエチレンの耐摩耗性の改善方法 - Google Patents
超高分子量ポリエチレンの耐摩耗性の改善方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分子量が１，０００，０００以上の超高分子
量ポリエチレンの耐摩耗性を改善するための方法を提供
する。 【解決手段】 加工物に少なくとも二方向で固相変形を
加え、好ましい多軸延伸を加え、少なくとも二方向での
前記変形の変形率が１．３乃至１．９である。
量ポリエチレンの耐摩耗性を改善するための方法を提供
する。 【解決手段】 加工物に少なくとも二方向で固相変形を
加え、好ましい多軸延伸を加え、少なくとも二方向での
前記変形の変形率が１．３乃至１．９である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高分子量ポリエ
チレンの耐摩耗性を改善するための方法に関する。
チレンの耐摩耗性を改善するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラスチック及びゴムの加工及び適用II
（１９８２年）で公開された「液圧押出しによる配向ポ
リマーの製造」というＢ．パースンズ及びＩ．Ｍ．ワー
ドの論文には、所定範囲のポリマーについての小規模及
び大規模の液圧押出し実験が、特にポリエチレン及びポ
リオキシメトレン（polyoxymetholene）に関して論じら
れている。液圧押出しは、ポリマー材料用の実行可能な
成形プロセスとして示してあり、性質をかなり向上させ
ることができる。この論文には、プラスチックを例えば
延伸によって高度に変形させることによってポリマーの
剛性を大きく改善することが周知であると述べられてい
る。ナイロン（ポリアミド）又はポリエチレンテレフタ
レート（ポリエステル）等の合成繊維を比較的小さい
（代表的には、約５）延伸比（フィルムの最終延伸長さ
の最初の長さに対する比）で処理することに言及がなさ
れている。
（１９８２年）で公開された「液圧押出しによる配向ポ
リマーの製造」というＢ．パースンズ及びＩ．Ｍ．ワー
ドの論文には、所定範囲のポリマーについての小規模及
び大規模の液圧押出し実験が、特にポリエチレン及びポ
リオキシメトレン（polyoxymetholene）に関して論じら
れている。液圧押出しは、ポリマー材料用の実行可能な
成形プロセスとして示してあり、性質をかなり向上させ
ることができる。この論文には、プラスチックを例えば
延伸によって高度に変形させることによってポリマーの
剛性を大きく改善することが周知であると述べられてい
る。ナイロン（ポリアミド）又はポリエチレンテレフタ
レート（ポリエステル）等の合成繊維を比較的小さい
（代表的には、約５）延伸比（フィルムの最終延伸長さ
の最初の長さに対する比）で処理することに言及がなさ
れている。
【０００３】上記論文には、延伸比は分子整列度を限定
し、及びこれと対応してポリマー分子からなるネットワ
ークの伸長に或る幾何学的制限、即ちこれを越えると鎖
が切れる「自然延伸比」を与えると考えられる、と続け
られている。
し、及びこれと対応してポリマー分子からなるネットワ
ークの伸長に或る幾何学的制限、即ちこれを越えると鎖
が切れる「自然延伸比」を与えると考えられる、と続け
られている。
【０００４】ポリマーを液圧下で押出し、チューブ形状
の製品にするプロセスが説明されている。このプロセス
には、ビレット材料の部分にフープ拡張を或る程度加え
る目的で材料を固定マンドレル及び半円形のプラグ上に
通す工程が含まれる。押出した材料は、熱特性が大きく
改善されており、更に他の利点を備えている。これらの
利点には、剛性の向上、クリープの減少が含まれる。耐
薬品性が改善され、気体に対する透過性が小さく、融点
が高く、収縮が小さく、軸方向膨張率及び軸方向熱伝導
率が非常に低いということがわかっているが、これには
幾つかの欠点があり、その一つは乾燥摩耗特性が変化す
ることであると続けられている。
の製品にするプロセスが説明されている。このプロセス
には、ビレット材料の部分にフープ拡張を或る程度加え
る目的で材料を固定マンドレル及び半円形のプラグ上に
通す工程が含まれる。押出した材料は、熱特性が大きく
改善されており、更に他の利点を備えている。これらの
利点には、剛性の向上、クリープの減少が含まれる。耐
薬品性が改善され、気体に対する透過性が小さく、融点
が高く、収縮が小さく、軸方向膨張率及び軸方向熱伝導
率が非常に低いということがわかっているが、これには
幾つかの欠点があり、その一つは乾燥摩耗特性が変化す
ることであると続けられている。
【０００５】英国特許第２ ０６０ ４６９号は、熱可
塑性ポリマーの変形、固相変形、及びこれに付随する、
延伸可能な熱可塑性ポリマーの延伸に関する。図面に
は、延伸した物品に亘ってかなりの程度の分子配向を生
じるようにダイを通過する物品が示してある。更に、変
形率は、ポリマービレットの断面積の、押出し機のダイ
のオリフィスの断面積に対する比であると言うことがで
きると書かれており、英国特許第２ ０６０ ４６９号
には、変形率は約８：１であると書かれている。英国特
許第２ ０６０ ４６９号自体は、プロセスの開始中の
塑性歪みが徐々に増大するように加工物をダイを通して
延伸するためのプロセスに関する。このプロセスは、ヤ
ング率が大きく、耐クリープ性で、ガスの透過に対する
抵抗が大きく、デッドフォールド（deadfold）が高く、
軸方向熱伝導性が高い製品を製造すると述べられてお
り、更に、ポリマーの平均分子量は１，０００，０００
以下でなければならないと述べられている。明細書に
は、ダイ延伸プロセスは、高分子量のポリマー用の成形
プロセスとして使用できると続けられているが、これ
は、上掲の高められた性質をもたらさない。
塑性ポリマーの変形、固相変形、及びこれに付随する、
延伸可能な熱可塑性ポリマーの延伸に関する。図面に
は、延伸した物品に亘ってかなりの程度の分子配向を生
じるようにダイを通過する物品が示してある。更に、変
形率は、ポリマービレットの断面積の、押出し機のダイ
のオリフィスの断面積に対する比であると言うことがで
きると書かれており、英国特許第２ ０６０ ４６９号
には、変形率は約８：１であると書かれている。英国特
許第２ ０６０ ４６９号自体は、プロセスの開始中の
塑性歪みが徐々に増大するように加工物をダイを通して
延伸するためのプロセスに関する。このプロセスは、ヤ
ング率が大きく、耐クリープ性で、ガスの透過に対する
抵抗が大きく、デッドフォールド（deadfold）が高く、
軸方向熱伝導性が高い製品を製造すると述べられてお
り、更に、ポリマーの平均分子量は１，０００，０００
以下でなければならないと述べられている。明細書に
は、ダイ延伸プロセスは、高分子量のポリマー用の成形
プロセスとして使用できると続けられているが、これ
は、上掲の高められた性質をもたらさない。
【０００６】この明細書中では、変形率は、加工物の初
期断面積の、製品の最終断面積に対する比を決定するた
めに使用される。
期断面積の、製品の最終断面積に対する比を決定するた
めに使用される。
【０００７】第１図の説明には、先細のダイを通してポ
リマーコーティングを延伸し、ポリマーは、固化する前
に、延伸ブロックを越えて所定距離に亘って変形し続け
ると述べられている。かくしてこの構成では、分子配向
は、おそらく製品の長手方向であり、即ち延伸方向と平
行である。プロセスの利点は、全ての例において、得ら
れた材料のヤング率を参照することによって定義され
る。
リマーコーティングを延伸し、ポリマーは、固化する前
に、延伸ブロックを越えて所定距離に亘って変形し続け
ると述べられている。かくしてこの構成では、分子配向
は、おそらく製品の長手方向であり、即ち延伸方向と平
行である。プロセスの利点は、全ての例において、得ら
れた材料のヤング率を参照することによって定義され
る。
【０００８】英国特許第２ １５６ ７３３号は、延伸
可能な熱可塑性ポリマーでできたチューブ状材料を固相
変形するためのプロセス及びこのプロセスで製造した延
伸したチューブ状材料に関する。
可能な熱可塑性ポリマーでできたチューブ状材料を固相
変形するためのプロセス及びこのプロセスで製造した延
伸したチューブ状材料に関する。
【０００９】この発明は、機械的性質、特に機械方向以
外の方向、即ち延伸方向での機械的性質を改善しようと
するものであり、図面には、中空加工物をダイに通して
延伸すると同時にその内部に位置決めした形成器上で延
伸することが描いてある。ここでも、明細書中には、ヤ
ング率が高く、耐クリープ性で、ガスの透過に対して抵
抗し、デッドフォールドが高く、軸方向熱伝導性が高い
製品を製造しようとする場合には、加工物は、望ましく
は、平均分子量が１，０００，０００以下のポリマーか
ら形成されなければならないと記載されている。上文中
で英国特許第２０６０ ４６９号で言及されているよう
に、この明細書には、プロセスは形成プロセスとして使
用できるが、上掲の高められた性質を提供せず、例え
ば、分子量が約３，０００，０００の超高分子量ポリエ
チレンで使用できると記載されている。
外の方向、即ち延伸方向での機械的性質を改善しようと
するものであり、図面には、中空加工物をダイに通して
延伸すると同時にその内部に位置決めした形成器上で延
伸することが描いてある。ここでも、明細書中には、ヤ
ング率が高く、耐クリープ性で、ガスの透過に対して抵
抗し、デッドフォールドが高く、軸方向熱伝導性が高い
製品を製造しようとする場合には、加工物は、望ましく
は、平均分子量が１，０００，０００以下のポリマーか
ら形成されなければならないと記載されている。上文中
で英国特許第２０６０ ４６９号で言及されているよう
に、この明細書には、プロセスは形成プロセスとして使
用できるが、上掲の高められた性質を提供せず、例え
ば、分子量が約３，０００，０００の超高分子量ポリエ
チレンで使用できると記載されている。
【００１０】非常に透明な延伸ポリエステル材料の公称
変形率は、少なくとも２：１であり、好ましくは、少な
くとも３：１であり、加工物の透明性に対して言及があ
る。
変形率は、少なくとも２：１であり、好ましくは、少な
くとも３：１であり、加工物の透明性に対して言及があ
る。
【００１１】英国特許第２ ２２５ ５５１号は、二軸
延伸チューブ状材料を製造するための同様のプロセスに
関し、このプロセスでは、加工物の軸に対して垂直な所
定方向に作用する外力なしで変形が行われる。この明細
書中には、初期フープ寸法（即ち、周方向に計測した）
に対する最終フープ寸法の比と定義されるフープ延伸比
に言及がなされている。軸線方向延伸比は、中空加工物
の初期嵩断面積の、製品の最終嵩断面積に対する比であ
る。明細書には、高分子ポリエチレンについては、内フ
ープ延伸比は、少なくとも１．２であり、更に好ましく
は、少なくとも１．５であり、最も好ましくは、少なく
とも２であり、好ましい軸線方向延伸比は、少なくとも
２であり、好ましくは３以上であると記載されている。
更に、外延伸比は１以下であるのがよいが、好ましくは
少なくとも１であり、更に好ましくは少なくとも１．５
又は２であり、軸線方向延伸比の内フープ延伸比に対す
る比は、好ましくは少なくとも１であり且つ４以下であ
り、更に好ましくは２以下であると記載されている。更
に、明細書には、平均分子量が５０，０００乃至１５
０，０００のポリエチレンポリマーの使用が言及されて
おり、更に、約３００，０００以上のポリマーに対して
言及されている。
延伸チューブ状材料を製造するための同様のプロセスに
関し、このプロセスでは、加工物の軸に対して垂直な所
定方向に作用する外力なしで変形が行われる。この明細
書中には、初期フープ寸法（即ち、周方向に計測した）
に対する最終フープ寸法の比と定義されるフープ延伸比
に言及がなされている。軸線方向延伸比は、中空加工物
の初期嵩断面積の、製品の最終嵩断面積に対する比であ
る。明細書には、高分子ポリエチレンについては、内フ
ープ延伸比は、少なくとも１．２であり、更に好ましく
は、少なくとも１．５であり、最も好ましくは、少なく
とも２であり、好ましい軸線方向延伸比は、少なくとも
２であり、好ましくは３以上であると記載されている。
更に、外延伸比は１以下であるのがよいが、好ましくは
少なくとも１であり、更に好ましくは少なくとも１．５
又は２であり、軸線方向延伸比の内フープ延伸比に対す
る比は、好ましくは少なくとも１であり且つ４以下であ
り、更に好ましくは２以下であると記載されている。更
に、明細書には、平均分子量が５０，０００乃至１５
０，０００のポリエチレンポリマーの使用が言及されて
おり、更に、約３００，０００以上のポリマーに対して
言及されている。
【００１２】超高分子量ポリエチレンは、種々の用途に
ついて、例えば、人工補装具の関節の支持面で、支持材
料として使用される。人工補装具の多くの製造者は、耐
摩耗性を改善し、このような関節の支持面から生じる摩
耗屑の発生量を抑える方法を捜し求めてきた。これらの
プロジェクトは、「改良」ポリエチレン、特に後加工に
よって製造されたポリエチレンを開発しようとしてき
た。ここ数年において、市場で多くの潜在的改善が求め
られ、これらのうちの幾つか、例えば、炭素強化ポリエ
チレン、架橋ポリエチレンは、既に、臨床の期待を満た
すことができなかった。
ついて、例えば、人工補装具の関節の支持面で、支持材
料として使用される。人工補装具の多くの製造者は、耐
摩耗性を改善し、このような関節の支持面から生じる摩
耗屑の発生量を抑える方法を捜し求めてきた。これらの
プロジェクトは、「改良」ポリエチレン、特に後加工に
よって製造されたポリエチレンを開発しようとしてき
た。ここ数年において、市場で多くの潜在的改善が求め
られ、これらのうちの幾つか、例えば、炭素強化ポリエ
チレン、架橋ポリエチレンは、既に、臨床の期待を満た
すことができなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、分
子量が１，０００，０００以上の超高分子量ポリエチレ
ンの耐摩耗性を改善するための方法に関する。
子量が１，０００，０００以上の超高分子量ポリエチレ
ンの耐摩耗性を改善するための方法に関する。
【００１４】従来技術の議論からわかるように、熱可塑
性ポリマーを延伸するための手段についての研究がなさ
れていたが、これらの手段は、基本的には、平均分子量
が１，０００，０００以下のポリマーに関する。更に、
従来技術では、高分子量のポリマー用の成形プロセスと
してダイ延伸プロセスを使用できるけれども、このプロ
セスは、低分子量で得られる性質の向上を果たせないと
いうことがわかっている。説明されたプロセスは耐摩耗
性を向上しないと考えられる。
性ポリマーを延伸するための手段についての研究がなさ
れていたが、これらの手段は、基本的には、平均分子量
が１，０００，０００以下のポリマーに関する。更に、
従来技術では、高分子量のポリマー用の成形プロセスと
してダイ延伸プロセスを使用できるけれども、このプロ
セスは、低分子量で得られる性質の向上を果たせないと
いうことがわかっている。説明されたプロセスは耐摩耗
性を向上しないと考えられる。
【００１５】現在、加工物に特定の作用を加えることに
よって超高分子量ポリエチレンの耐摩耗性を改善できる
ということが実験で分かっている。
よって超高分子量ポリエチレンの耐摩耗性を改善できる
ということが実験で分かっている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、分子量
が１，０００，０００以上の超高分子量ポリエチレンの
耐摩耗性を改善するための方法には、加工物に少なくと
も二方向で固相変形を加えて好ましい多軸延伸を行う工
程が含まれる。前記変形は少なくとも二方向で行われ、
変形率は１．３乃至１．９である。
が１，０００，０００以上の超高分子量ポリエチレンの
耐摩耗性を改善するための方法には、加工物に少なくと
も二方向で固相変形を加えて好ましい多軸延伸を行う工
程が含まれる。前記変形は少なくとも二方向で行われ、
変形率は１．３乃至１．９である。
【００１７】各方向での好ましい変形率は、１．５乃至
１．６である。
１．６である。
【００１８】超高分子量ポリエチレンの分子量は、好ま
しくは４，０００，０００以上である。
しくは４，０００，０００以上である。
【００１９】第１の変形は、加工物の長手方向に行うこ
とができ、次いで、第２の変形をこれに対して実質的に
横断方向に行う。
とができ、次いで、第２の変形をこれに対して実質的に
横断方向に行う。
【００２０】第２の変形率は、第１の変形よりも大き
い。
い。
【００２１】好ましい方法では、加工物は中空であり、
断面積が増大する形成器上を通過し、第２変形をフープ
方向に生じる。
断面積が増大する形成器上を通過し、第２変形をフープ
方向に生じる。
【００２２】中空加工物は、外力を加えられることなく
形成器上を通過する。
形成器上を通過する。
【００２３】別の方法では、加工物は中実であり、その
長さに対して横断方向に、正方形又は矩形の断面を有す
る。
長さに対して横断方向に、正方形又は矩形の断面を有す
る。
【００２４】別の方法では、加工物は、ダイを通して及
び／又は形成器上で延伸できる。
び／又は形成器上で延伸できる。
【００２５】変形例では、加工物をダイに押し込むか及
び／又は形成器上でプレスする。
び／又は形成器上でプレスする。
【００２６】本発明は、更に、上文中に説明した方法で
処理した超高分子量ポリエチレン加工片を含む。
処理した超高分子量ポリエチレン加工片を含む。
【００２７】本発明は種々の方法で実施できる。幾つか
の方法を以下に添付図面を参照して例として説明する。
の方法を以下に添付図面を参照して例として説明する。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明は、超高分子量ポリエチレ
ン（ＵＨＭＷＰＥ）の性質を少なくとも二つの方向で向
上するため、超高分子量ポリエチレンを二軸延伸するこ
と、及び改質した材料の保証応力即ち降伏応力を、破壊
に至る歪エネルギを変えずに大きくすることに関する。
ン（ＵＨＭＷＰＥ）の性質を少なくとも二つの方向で向
上するため、超高分子量ポリエチレンを二軸延伸するこ
と、及び改質した材料の保証応力即ち降伏応力を、破壊
に至る歪エネルギを変えずに大きくすることに関する。
【００２９】本発明は、先ず第１に、ＧＵＲ４１２（分
子量：４，５００，０００）超高分子量ポリエチレンを
一軸及び二軸の両形体でダイでうまく延伸することを示
す。延伸した材料の密度及び結晶度は、図１及び図２に
示すように、等方性原材料と同様である。延伸した材料
の分子配向は、Ｘ線回折によって確認される。
子量：４，５００，０００）超高分子量ポリエチレンを
一軸及び二軸の両形体でダイでうまく延伸することを示
す。延伸した材料の密度及び結晶度は、図１及び図２に
示すように、等方性原材料と同様である。延伸した材料
の分子配向は、Ｘ線回折によって確認される。
【００３０】材料は、人工関節のポリマー成分として使
用されるようになっている。人工関節は、荷重状況、応
力場、及び摩耗パターンが複雑であり、二軸延伸法を使
用することによって超高分子量ポリエチレンの性質を二
方向で高めるのが好ましいと考えられている。
用されるようになっている。人工関節は、荷重状況、応
力場、及び摩耗パターンが複雑であり、二軸延伸法を使
用することによって超高分子量ポリエチレンの性質を二
方向で高めるのが好ましいと考えられている。
【００３１】図３は、参照番号４で示す延伸方向で直径
がその長さに亘って増大するマンドレル３上で材料２を
延伸することによって、壁厚の大きいチューブ１を二軸
延伸するのに使用される方法を示す。ポリエチレン材料
を延伸して固相変形を行うこのような方法は、英国特許
第２ ２２５ ５５１号に記載されているが、本発明の
効果は、例えば上掲の従来技術の文献に記載された情報
を考慮しても予測することができない。この方法は、図
３及び図４に示すように、チューブ１の内面７の近くを
フープ方向で外側８よりも大きい延伸変形率で矢印５で
示す長手方向及び矢印６で示すフープ方向の両方向に延
伸する。
がその長さに亘って増大するマンドレル３上で材料２を
延伸することによって、壁厚の大きいチューブ１を二軸
延伸するのに使用される方法を示す。ポリエチレン材料
を延伸して固相変形を行うこのような方法は、英国特許
第２ ２２５ ５５１号に記載されているが、本発明の
効果は、例えば上掲の従来技術の文献に記載された情報
を考慮しても予測することができない。この方法は、図
３及び図４に示すように、チューブ１の内面７の近くを
フープ方向で外側８よりも大きい延伸変形率で矢印５で
示す長手方向及び矢印６で示すフープ方向の両方向に延
伸する。
【００３２】材料は、内面７の近くでの延伸比が、フー
プ方向６及び長手方向５の両方向での大きさと同じであ
るように製造される。
プ方向６及び長手方向５の両方向での大きさと同じであ
るように製造される。
【００３３】図５は、等方性材料即ち標準的な材料
（Ｉ）及び二軸延伸を加えた材料（Ｂ）について、各方
向での延伸比が１．５の状態での、長手方向に張力を加
えた場合の代表的な工学的応力−歪曲線を示す。この図
によれば、延伸した材料は、破壊に至るまでの歪みエネ
ルギがほぼ同じである場合に破壊に至る歪が小さく、保
証応力及び使用応力の範囲が等方性材料と比べて大き
い。延伸比を更に大きくすると、破壊に至る歪み及び歪
みエネルギの両方に悪影響が及ぼされ、比が４乃至１の
第５図に示す高度に延伸した一軸材料についての曲線に
示すように脆性の高い材料となる。各方向に約１．５の
延伸比で二軸延伸した材料は、図６に示すように、性質
に最も適当な変化をもたらすものと考えられ、破壊に至
る歪みエネルギ及び弾性率を等方性材料と同様に維持し
ながら、保証応力及び使用応力の範囲を満足のいくよう
に十分に高める。二つの材料についての小さな歪みでの
応力−歪曲線を詳細に検討すると、二軸延伸した材料の
性質は、図７に示すように明らかに改善されるというこ
とがわかる。
（Ｉ）及び二軸延伸を加えた材料（Ｂ）について、各方
向での延伸比が１．５の状態での、長手方向に張力を加
えた場合の代表的な工学的応力−歪曲線を示す。この図
によれば、延伸した材料は、破壊に至るまでの歪みエネ
ルギがほぼ同じである場合に破壊に至る歪が小さく、保
証応力及び使用応力の範囲が等方性材料と比べて大き
い。延伸比を更に大きくすると、破壊に至る歪み及び歪
みエネルギの両方に悪影響が及ぼされ、比が４乃至１の
第５図に示す高度に延伸した一軸材料についての曲線に
示すように脆性の高い材料となる。各方向に約１．５の
延伸比で二軸延伸した材料は、図６に示すように、性質
に最も適当な変化をもたらすものと考えられ、破壊に至
る歪みエネルギ及び弾性率を等方性材料と同様に維持し
ながら、保証応力及び使用応力の範囲を満足のいくよう
に十分に高める。二つの材料についての小さな歪みでの
応力−歪曲線を詳細に検討すると、二軸延伸した材料の
性質は、図７に示すように明らかに改善されるというこ
とがわかる。
【００３４】厚さが７５mmの三つの異なるＧＵＲ４１２
超高分子量ポリエチレン製スラブから、長さが１ｍで、
壁厚のチューブを七本製作する。製作した延伸チューブ
の最終寸法は、壁厚が１０mm乃至１５mmで、外径が６３
mmである。延伸した材料は、機械加工した構成要素を延
伸チューブから取り出したとき、寸法が或る程度不安定
であるということがわかっている。これは、固有歪み
（ｉｎｂｕｉｌｔｓｔｒａｉｎ）が低下するためであ
る。
超高分子量ポリエチレン製スラブから、長さが１ｍで、
壁厚のチューブを七本製作する。製作した延伸チューブ
の最終寸法は、壁厚が１０mm乃至１５mmで、外径が６３
mmである。延伸した材料は、機械加工した構成要素を延
伸チューブから取り出したとき、寸法が或る程度不安定
であるということがわかっている。これは、固有歪み
（ｉｎｂｕｉｌｔｓｔｒａｉｎ）が低下するためであ
る。
【００３５】ポリマーピンを、往復動する金属製プレー
トで試験する摩耗試験、端部が球形の金属ピンを、往復
動するポリマープレートで試験する摩耗試験の二種類の
摩耗試験を実施する。第１試験形体は、股関節の用途で
適当であると考えられ、第２の試験は膝関節に適してい
ると考えられる。ポリマーピン及びプレートの摩耗面
を、各方向での延伸比がほぼ１．５の延伸チューブの内
径と接近させる。このようなピン９及びプレート１０を
図４に示す。各試験では、二軸延伸材料と等方性制御材
料とを直接的に比較される。試験は、２５０km以上の摺
動距離（１０年以上に等しい）に亘って行われ、統計的
分析を可能にするため、計測を試験毎に１５回以上行
う。試験は、潤滑剤をなすウシ由来血清中で行われ、摩
耗率を正規化した摩耗指数Ｋとして表現する。ここで、 摩耗指数Ｋ ＝ 摩耗容積／荷重及び摺動距離 五組のポリマーピン９のプレート試験についての結果を
図８に示す。試験の各々についての特定の条件を以下に
記載する。
トで試験する摩耗試験、端部が球形の金属ピンを、往復
動するポリマープレートで試験する摩耗試験の二種類の
摩耗試験を実施する。第１試験形体は、股関節の用途で
適当であると考えられ、第２の試験は膝関節に適してい
ると考えられる。ポリマーピン及びプレートの摩耗面
を、各方向での延伸比がほぼ１．５の延伸チューブの内
径と接近させる。このようなピン９及びプレート１０を
図４に示す。各試験では、二軸延伸材料と等方性制御材
料とを直接的に比較される。試験は、２５０km以上の摺
動距離（１０年以上に等しい）に亘って行われ、統計的
分析を可能にするため、計測を試験毎に１５回以上行
う。試験は、潤滑剤をなすウシ由来血清中で行われ、摩
耗率を正規化した摩耗指数Ｋとして表現する。ここで、 摩耗指数Ｋ ＝ 摩耗容積／荷重及び摺動距離 五組のポリマーピン９のプレート試験についての結果を
図８に示す。試験の各々についての特定の条件を以下に
記載する。
【００３６】 ポリマーピンのプレート上での摩耗試験 １ ２００Ｎ 荷重 １ １６０Ｎ 荷重 １ １６０Ｎ 荷重 １ ８０Ｎ 荷重 １ ８０Ｎ 荷重 （粗いカウンターフェイス） 試験の各々において、二軸延伸材料の摩耗率は、等方性
制御材料よりも小さい。試験２及び３では、相違は、統
計学的に有意の２０％のレベルである。全体に、二軸延
伸材料についての摩耗指数は、等方性材料と比べて２２
％減少する。
制御材料よりも小さい。試験２及び３では、相違は、統
計学的に有意の２０％のレベルである。全体に、二軸延
伸材料についての摩耗指数は、等方性材料と比べて２２
％減少する。
【００３７】ピン上でのポリマープレート１０の試験結
果を図９に示す。等方性材料は、二軸延伸材料よりも大
きい摩耗指数を示し、これは、統計学的に有意な５％の
レベルである。材料を二軸延伸した場合、この試験の摩
耗率が２５％減少することが予想される。
果を図９に示す。等方性材料は、二軸延伸材料よりも大
きい摩耗指数を示し、これは、統計学的に有意な５％の
レベルである。材料を二軸延伸した場合、この試験の摩
耗率が２５％減少することが予想される。
【００３８】図１０及び図１１は、試験片上で何が分子
配向線と考えられるのかを示そうとする図である。かく
して、図１０は、ピン９の端部の加工面９ａを示す。分
子配向のおおよその方向を、矢印Ａ及びＢによって、二
つの方向であるように示す。ピンが取り出される場所は
図４に示してあり、配向線は表面とほぼ直角に交差する
ということは理解されよう。
配向線と考えられるのかを示そうとする図である。かく
して、図１０は、ピン９の端部の加工面９ａを示す。分
子配向のおおよその方向を、矢印Ａ及びＢによって、二
つの方向であるように示す。ピンが取り出される場所は
図４に示してあり、配向線は表面とほぼ直角に交差する
ということは理解されよう。
【００３９】図１１でも、配向線は、プレート１０の一
方の面１１ａ上の二つの方向Ｃ及びＤで示してある。こ
れらの配向線は、この面上で直角であるということは理
解されよう。しかしながら、面１１ｂでは、配向線Ｃ及
びＤは、この場合も直角であるけれども、線Ｄの端部が
この面に向かっている。面１１ｃでは、配向線Ｄはこの
面に亘って延びているが、線Ｃは端部だけを示す。
方の面１１ａ上の二つの方向Ｃ及びＤで示してある。こ
れらの配向線は、この面上で直角であるということは理
解されよう。しかしながら、面１１ｂでは、配向線Ｃ及
びＤは、この場合も直角であるけれども、線Ｄの端部が
この面に向かっている。面１１ｃでは、配向線Ｄはこの
面に亘って延びているが、線Ｃは端部だけを示す。
【００４０】以上の図面は、仮定される配向線を示すだ
けであって、これらの配向線を一般的に明確に理解でき
るようにしようとするものであるということは理解され
よう。
けであって、これらの配向線を一般的に明確に理解でき
るようにしようとするものであるということは理解され
よう。
【００４１】上述の実験的結果から、図１０に示すよう
に、線が面と直角に交差する場合に最良の摩耗品質（ｗ
ｅａｒ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ）が得られると仮定される
が、この仮定は、二つの異なる種類の実験を適用した単
なる結果である。
に、線が面と直角に交差する場合に最良の摩耗品質（ｗ
ｅａｒ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ）が得られると仮定される
が、この仮定は、二つの異なる種類の実験を適用した単
なる結果である。
【００４２】以上からわかるように、超高分子量ポリエ
チレンの機械的性質は、二軸延伸によって高められ、破
損に至る歪みエネルギを維持しながら保証応力及び使用
応力範囲が大きく向上する。
チレンの機械的性質は、二軸延伸によって高められ、破
損に至る歪みエネルギを維持しながら保証応力及び使用
応力範囲が大きく向上する。
【００４３】摩耗試験によれば、これによって、二軸延
伸材料の摩耗比を等方性超高分子量ポリエチレンと比べ
て２２％乃至２５％減少させることができる。
伸材料の摩耗比を等方性超高分子量ポリエチレンと比べ
て２２％乃至２５％減少させることができる。
【００４４】超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰ）に
少なくとも二つの方向で固相変形を加える変形例の方法
を、スロット型延伸方法によって実施することができ
る。図１２に示すように、予め機械加工を施した矩形又
は正方形の超高分子量ポリエチレンストリップ１２を、
装入開口部１５及び送出開口部１６を備えたスロット型
ダイ１４のスロット１３を通して延伸する。延伸方向は
矢印１７で示してあり、スロット１３の横幅は入口での
ストリップ１２の横幅と同じである。
少なくとも二つの方向で固相変形を加える変形例の方法
を、スロット型延伸方法によって実施することができ
る。図１２に示すように、予め機械加工を施した矩形又
は正方形の超高分子量ポリエチレンストリップ１２を、
装入開口部１５及び送出開口部１６を備えたスロット型
ダイ１４のスロット１３を通して延伸する。延伸方向は
矢印１７で示してあり、スロット１３の横幅は入口での
ストリップ１２の横幅と同じである。
【００４５】この構成によれば、延伸方向１７で、延伸
方向に対して所定角度（ダイスロット内で矢印１８で示
す）で固相変形が起こり、かくして、二つの方向で固相
変形を起こし、好ましい多軸延伸を行う。
方向に対して所定角度（ダイスロット内で矢印１８で示
す）で固相変形が起こり、かくして、二つの方向で固相
変形を起こし、好ましい多軸延伸を行う。
【００４６】変形率は、延伸比であり、実際には、スロ
ットでの圧縮比であり、１．３乃至１．９である。
ットでの圧縮比であり、１．３乃至１．９である。
【００４７】図１３は、図３に示し且つこの図を参照し
て説明したのと同じ方法を示し、同様の部品を示すのに
同じ参照番号が使用してあるが、この方法では、材料の
チューブを制御ダイ２０に通す。
て説明したのと同じ方法を示し、同様の部品を示すのに
同じ参照番号が使用してあるが、この方法では、材料の
チューブを制御ダイ２０に通す。
【００４８】少なくとも二方向に固相変形する他の方
法、例えば、圧延は、当業者には明らかであろう。調節
ファクタは、変形率が１．３乃至１．９で好ましい多軸
延伸配向をもたらす。
法、例えば、圧延は、当業者には明らかであろう。調節
ファクタは、変形率が１．３乃至１．９で好ましい多軸
延伸配向をもたらす。
【００４９】図１乃至図９に関して説明した方法では、
製造された材料は人工関節の支持要素として使用される
ようになっているが、多くの他の用途があるということ
は理解されよう。
製造された材料は人工関節の支持要素として使用される
ようになっているが、多くの他の用途があるということ
は理解されよう。
【図１】本発明による延伸材料（Ｂ）の、延伸した等方
性原材料（Ｉ）に対する相対的な密度を示すグラフであ
る。
性原材料（Ｉ）に対する相対的な密度を示すグラフであ
る。
【図２】本発明に従って製作した材料（Ｂ）の、等方性
原材料（Ｉ）に対する相対的な結晶度を示すグラフであ
る。
原材料（Ｉ）に対する相対的な結晶度を示すグラフであ
る。
【図３】本発明の一つの特徴に従って使用した方法を示
す概略図である。
す概略図である。
【図４】本発明に従って製作した材料の概略斜視図であ
る。
る。
【図５】代表的な工学的応力−歪み曲線を示すグラフで
ある。
ある。
【図６】本発明に従って製作した材料の破壊に至る歪み
エネルギ及び弾性率を等方性材料と比較して示すグラフ
である。
エネルギ及び弾性率を等方性材料と比較して示すグラフ
である。
【図７】本発明に従って製作した材料の応力−歪み曲線
を等方性材料に対して示すグラフである。
を等方性材料に対して示すグラフである。
【図８】摩耗試験の結果を示すグラフである。
【図９】摩耗試験の結果を示す別のグラフである。
【図１０】試験に使用するためのピンの概略図である。
【図１１】試験に使用するためのプレートの概略図であ
る。
る。
【図１２】本発明による別の方法の概略斜視図である。
【図１３】本発明の第３の適用方法の概略側面図であ
る。
る。
１ チューブ ２ 材料 ３ マンドレル ４ 延伸方向 ５ 長手方向 ６ フープ方向 ７ 内面 ８ 外側 ９ ピン １０ プレート １２ 超高分子量ポリエチレンストリップ １３ スロット １４ スロット型
ダイ １５ 装入開口部 １６ 送出開口部 １７ 延伸方向 ２０ 制御ダイ
ダイ １５ 装入開口部 １６ 送出開口部 １７ 延伸方向 ２０ 制御ダイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｃ 55/20 Ｂ２９Ｃ 55/20 Ｂ２９Ｋ 23:00
Claims (12)
- 【請求項１】 加工物に少なくとも二方向で固相変形を
加え、好ましい多軸延伸を加え、少なくとも二方向での
前記変形の変形率は１．３乃至１．９である、分子量が
１，０００，０００以上の超高分子量ポリエチレンの耐
摩耗性の改善方法。 - 【請求項２】 各方向での前記変形率は、１．５乃至
１．６である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記超高分子量ポリエチレンの分子量
は、４，０００，０００以上である、請求項１又は２に
記載の方法。 - 【請求項４】 第１の変形を加工物の長手方向に行い、
第２の変形をこれに対して実質的に横断方向に行う、請
求項１、２、又は３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記第２の変形の変形率は、前記第１の
変形の変形率よりも大きい、請求項１乃至４のうちのい
ずれか一項に記載の方法。 - 【請求項６】 加工物は中空であり、断面積が増大する
形成器上を通過し、第２変形をフープ方向に生じる、請
求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項７】 加工物は、外力を加えられることなく形
成器上を通過する、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 加工物は中実である、請求項１乃至７の
うちのいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項９】 加工物の長さに対して横断方向の断面
は、正方形又は矩形である、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 ダイを通して及び／又は形成器上で加
工物を延伸する、請求項１乃至９のうちのいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項１１】 加工物をダイに押し込むか及び／又は
形成器上でプレスする、請求項１乃至１０のうちのいず
れか一項に記載の方法。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１のうちのいずれか一
項に記載の方法で処理した超高分子量ポリエチレン加工
片。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9522477.0 | 1995-11-02 | ||
| GBGB9522477.0A GB9522477D0 (en) | 1995-11-02 | 1995-11-02 | Method of improving the wear quality of ultra-high molecular weight polyethylene |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1080945A true JPH1080945A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=10783299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8292380A Pending JPH1080945A (ja) | 1995-11-02 | 1996-11-05 | 超高分子量ポリエチレンの耐摩耗性の改善方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6048480A (ja) |
| EP (1) | EP0774339B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1080945A (ja) |
| AT (1) | ATE230666T1 (ja) |
| AU (1) | AU713870B2 (ja) |
| DE (1) | DE69625675T2 (ja) |
| GB (1) | GB9522477D0 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010180410A (ja) * | 2004-10-07 | 2010-08-19 | Biomet Manufacturing Corp | 架橋した高分子量重合体状材料の固体状態変形加工 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE44762E1 (en) | 1994-09-21 | 2014-02-11 | Bmg Incorporated | Ultra high molecular weight polyethylene molded article for artificial joints and method of preparing the same |
| US7547405B2 (en) | 2004-10-07 | 2009-06-16 | Biomet Manufacturing Corp. | Solid state deformation processing of crosslinked high molecular weight polymeric materials |
| US7462318B2 (en) * | 2004-10-07 | 2008-12-09 | Biomet Manufacturing Corp. | Crosslinked polymeric material with enhanced strength and process for manufacturing |
| US8262976B2 (en) | 2004-10-07 | 2012-09-11 | Biomet Manufacturing Corp. | Solid state deformation processing of crosslinked high molecular weight polymeric materials |
| US7538379B1 (en) * | 2005-06-15 | 2009-05-26 | Actel Corporation | Non-volatile two-transistor programmable logic cell and array layout |
| US8641959B2 (en) * | 2007-07-27 | 2014-02-04 | Biomet Manufacturing, Llc | Antioxidant doping of crosslinked polymers to form non-eluting bearing components |
| FI125678B (fi) * | 2011-08-26 | 2016-01-15 | Bioretec Oy | Bioabsorboituva, orientoitu, muotoiltava kiinnitysmateriaali ja -levy |
| GB2512016A (en) * | 2012-09-24 | 2014-09-24 | Arterius Ltd | Methods |
| US9586370B2 (en) | 2013-08-15 | 2017-03-07 | Biomet Manufacturing, Llc | Method for making ultra high molecular weight polyethylene |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1480479A (en) | 1973-06-28 | 1977-07-20 | Nat Res Dev | Process for the production of polymer materials |
| GB2060469B (en) | 1979-06-06 | 1983-09-28 | Nat Res Dev | Drawing thermoplastics material |
| US4587163A (en) * | 1984-03-06 | 1986-05-06 | Zachariades Anagnostis E | Preparation of ultra high molecular weight polyethylene morphologies of totally fused particles with superior mechanical performance |
| EP0157601B1 (en) * | 1984-03-30 | 1991-05-08 | National Research Development Corporation | Tubular materials |
| JPH0776246B2 (ja) * | 1987-10-01 | 1995-08-16 | 日本石油株式会社 | 高強度・高弾性率ポリエチレン材料の製造方法 |
| GB8827967D0 (en) * | 1988-11-30 | 1989-01-05 | Ward I M | Die-free drawing |
| US5030402A (en) * | 1989-03-17 | 1991-07-09 | Zachariades Anagnostis E | Process for producing a new class of ultra-high-molecular-weight polyethylene orthopaedic prostheses with enhanced mechanical properties |
| GB9027699D0 (en) * | 1990-12-20 | 1991-02-13 | Univ Toronto | Process for the continuous production of high modulus articles from polyethylene |
| TW254883B (ja) * | 1991-04-03 | 1995-08-21 | Mitsui Petroleum Chemicals Ind |
-
1995
- 1995-11-02 GB GBGB9522477.0A patent/GB9522477D0/en active Pending
-
1996
- 1996-10-28 AU AU70445/96A patent/AU713870B2/en not_active Ceased
- 1996-10-30 EP EP96307861A patent/EP0774339B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-30 DE DE69625675T patent/DE69625675T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-10-30 AT AT96307861T patent/ATE230666T1/de not_active IP Right Cessation
- 1996-11-01 US US08/742,539 patent/US6048480A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-11-05 JP JP8292380A patent/JPH1080945A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010180410A (ja) * | 2004-10-07 | 2010-08-19 | Biomet Manufacturing Corp | 架橋した高分子量重合体状材料の固体状態変形加工 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU713870B2 (en) | 1999-12-09 |
| EP0774339A1 (en) | 1997-05-21 |
| DE69625675T2 (de) | 2003-04-24 |
| DE69625675D1 (de) | 2003-02-13 |
| US6048480A (en) | 2000-04-11 |
| ATE230666T1 (de) | 2003-01-15 |
| AU7044596A (en) | 1997-05-08 |
| EP0774339B1 (en) | 2003-01-08 |
| GB9522477D0 (en) | 1996-01-03 |
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