新型美容牙科纖維/樹脂復合材料樁釘?shù)难兄?/h1>
2001-06-14 02:18:02張文云施長溪陳吉華姚月玲
中國美容醫(yī)學 2001年1期
張文云 施長溪 陳吉華 姚月玲
張文云男，1970年生，1994年畢業(yè)于第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)學院。1996年～1998年在第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)學院攻讀口腔修復學碩士學位，導師袁井圻教授和姚月玲教授，研究方向：可摘義齒?，F(xiàn)為該專業(yè)博士研究生，導師施長溪教授，研究方向：口腔修復美學和粘結學。
［摘要］目的：研究高強玻璃纖維增強丙烯酸類樹脂的力學性能；探索復合材料樁釘?shù)某尚头椒?。方法：用纏繞法制作預浸料(S-GF/EAM樹脂)，用層壓法制成單向纖維/樹脂復合材料，并測試其彎曲強度、彎曲模量和層間剪切強度。取適量的預浸料放入自制的模具中按復合材料成型工藝壓制樁釘，并測試其纖維含量。結果：隨著纖維含量增加，復合材料的彎曲強度和彎曲模量呈顯著性增加(P＜0.01)(彎曲強度：1414.7±64.5Mpa，彎曲模量：39.6±1.6Gpa)，用模具壓制的樁釘纖維含量為(68.38±1.67%)。結論：高強度玻璃纖維對丙烯酸樹脂的彎曲性能具有增強作用。高強玻璃纖維/EAM樹脂復合材料樁釘可以滿足臨床需要。
［關鍵詞］復合樹脂丙烯酸類樹脂高強玻璃纖維樁核
［中圖分類號］R783.1［文獻標識碼］A
［文章編號］1008-6455(2001)01-0013-03
DEVELOPMENT OF NEW-GENERATION DENTAL NONMETAL POSTS BY GLASS FIBER REINFORCED ACRYLIC RESIN ZHANG Wen-yunCHEN Ji-huaSHI Chang-xi et al.
Depart.Prosthodontics,Stomatological College,Fourth Military Medical University,Xian(710032) ［Abstract］Objective：To study the mechanical property of acrylic-based resin reinforced by high-strength glass fibers;To explore the proper method of producing composite resin post and core.Methods：48.7%，56.8%，72.4%(w/w)of S-glass fibers were added into acrylic-based resin respectively to prepare fiber-reinforced composite resin(FRC) in a unilateral form.The transverse strength,shear strength and fracture load of the materials were measured.Pre-impregnated material is pressed into dental post in the self-made mould and fiber volume is measured.Results： The fracture load and Youngs moduls of the FRC were increased with the increase of S-glass fiber volume (P＜0.01).The highest fracture load and Youngs modulus values were obtained in the FRC with 72.4% S-glass fibers and were (1414.7±64.5)Mpa and (39.6±1.6)Gpa respectively;The fiber volume of post is (68.38±1.67)%.Conclusion：The flexure property of acrylic-based resin can be reinforced by the incorporation of S-glass fibers.The post made by high-strengthen glass fiber reinforced dental acrylic resin could be used in clinic successfully.
［Key words］Composite resinAcrylic resinS-glass fiberpost and core.
樁冠應用于臨床修復殘冠已有上百年的歷史，以往都使用金屬樁釘，由于金屬樁釘?shù)膹椥阅Ａ窟h大于牙體組織，易引起根折。另外金屬還存在不美觀、易腐蝕、可引起過敏、影響磁共振成像等不足，從而限制其使用范圍。纖維/樹脂復合材料因具有低密度、高強度、高模量及耐腐蝕等優(yōu)點〔1〕，國外有學者用碳纖維/環(huán)氧樹脂制作樁釘〔2〕，取得了較好的效果。但因為碳纖維呈黑色、不美觀，該樁釘只能用于后牙的修復。本文旨在研制高強玻璃纖維/EAM樹脂復合材料，并用它制作成美觀性好的非金屬柱狀樁釘。
1材料與方法
1.1材料基質樹脂EAM樹脂(順丁烯二酸酐改性的環(huán)氧-甲基丙烯酸脂)，第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)學院材料室提供；交聯(lián)單體二甲基丙烯酸乙二醇酯，成都晨光化工研究所提供；固化劑過氧化苯甲酰(BPO)，上?；瘜W試劑采供站提供；增強體高強玻璃纖維(S-GF)：80支/4股，密度2.54g/cm2，KH-570表面處理，南京玻璃纖維工業(yè)研究院提供。樁釘壓制模具自制。
1.2膠液的配制將EAM樹脂在烘箱中加熱至一定溫度，然后放入40℃～60℃左右的真空干燥箱中，真空脫泡10min～15min，取出后加入稱量好的固化劑，充分攪拌。
1.3預浸料的制作將配制好的膠液用丙酮稀釋(膠液與丙酮的比例為1∶1.2)，然后倒入纏繞機的膠槽中，將高強玻璃纖維紗卷放在支架上，牽引玻璃纖維通過膠槽并固定于已覆蓋塑料薄膜的輥筒上，采用濕法制備S-GF預浸料。預浸料揮發(fā)份含量降低到2%以下時，加蓋塑料膜并放置于陰涼干燥處保存?zhèn)溆谩?/p>
1.4復合材料層壓板成型、試件制作及性能測試預浸料裁剪鋪疊(單向鋪層)后，采用熱壓工藝，成型工藝為80℃/30min+100℃/30min+120℃/20min，成型壓力為15kg/cm2。自然冷卻至室溫后，層壓板按所需尺寸切割成試件。分組：通過改變預浸料單位面積纖維含量及膠液粘度，分別壓制三種不同纖維含量的層壓板(A、B、C三組)，然后測試各項性能。性能測試方法及儀器如表1所示。
1.5復合材料樁釘?shù)某尚腿∵m量預浸帶并將之搓成直徑為2±0.1mm的條索狀，然后放入預成型模具中(如附圖)，將裝有預浸料的模具放入小型壓機中，加壓合模，升溫至100℃后緩慢地將預浸料從細孔端抽出，即得預成型棒材。隨后將此棒材放入成型模具(樁釘直徑為1.8mm)中成型，成型工藝：100℃/30min+120℃/20min，壓力：15Kg/cm2。開模取出樁釘去除菲邊。按GB2577-89測試樁釘?shù)睦w維含量。
2結果
2.1復合材料層壓板機械性能見表2。
3討論
3.1關于纖維/樹脂復合材料纖維/樹脂復合材料是以有機聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強材料組合而成的。纖維的高強度、高模量的特性使它成為理想的承載體。基體材料由于其粘結性能好，把纖維牢固地粘起來。同時，基體又能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，允許纖維承受壓縮和剪切載荷〔1〕。復合材料的性能受纖維、基體樹脂及二者的界面共同影響。本實驗中所用的EAM樹脂是一種新型樹脂，它具有以下特點：可以實現(xiàn)室溫固化，工藝性能好；對玻璃纖維具有優(yōu)良的滲透和粘結能力；可通過控制交聯(lián)結構，獲得理想的熱變形溫度和延伸性；化學穩(wěn)定性能優(yōu)良等〔1〕。高強玻璃纖維的化學成分主要是SiO2、AL2O3、MgO。它與普通E玻璃纖維相比，拉伸強度提高33%，彈性模量提高20%。具有較高的比強度，在高溫下有良好的強度保留率及高的疲勞極限〔1〕。經(jīng)KH-570表面前處理后能夠與EAM樹脂形成良好的界面結合，層間剪切強度可達80Mpa以上。我們研制的S-GF/EAM復合材料彎曲強度高達1414.7±64.5Mpa，完全能夠滿足臨床樁冠修復的需要。
3.2非金屬樁釘?shù)难芯恐谱鳂夺數(shù)牟牧嫌薪饘?、纖維增強樹脂、碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料和陶瓷。金屬樁釘因其具有高強度，一直被廣泛采用。金屬的彈性模量是牙本質的5倍以上，雖然高彈性模量的樁釘有利于傳遞和分散牙合力，可是一些學者研究表明，用金屬樁釘修復無髓牙根后，牙根折裂的機率增加。唐高妍等〔3〕用三維有限元法分析了四種樁材料對牙本質應力分布情況認為，用彈性模量與牙本質相近的復合樹脂樁修復后高應力區(qū)范圍縮窄，整體應力分布較均衡。再者金屬還存在不透光、美觀效果差、易腐蝕變色、可引起過敏、難以去除等不足。ニ孀湃嗣嵌悅攔坌棖蟮腦黽櫻用金屬制作修復體逐漸受到限制。目前隨著牙科陶瓷材料和瓷粘結系統(tǒng)的改進，全瓷修復已成為一種趨勢。為了配合全瓷修復取得理想的美觀效果，研制一種與牙體組織顏色相近的樁釘是非常必要的。Koutayas(1999)〔5〕介紹了全瓷樁核應用，指出用該樁核結合全瓷冠進行前牙殘根殘冠修復可以取得理想的美觀效果。由于瓷存在脆性大(適用于根管粗大的牙齒)、制作復雜、價格昂貴等特點，限制其廣泛使用。有學者指出理想的樁釘材料應具備以下條件：具有足夠高的拉伸、壓縮強度，理想的耐沖擊和耐疲勞性能，其彈性模量與牙體組織接近，有半透光性，不影響修復后的美觀效果。Purton(1996)〔7〕用三點彎曲試驗比較了碳纖維和不銹鋼樁釘?shù)膹姸?，得出碳纖維樁釘可以滿足臨床要求，有望取代金屬。Martinez-Insua等(1998)〔8〕比較了碳纖維樁釘加樹脂核和貴金屬鑄造樁核修復無髓牙根后，在45°斜向加載時的抗折力，結果表明，雖然金屬樁核組有較高的抗折力，可其折裂方式大多數(shù)是牙根折裂，而碳纖維組則很少出現(xiàn)牙根折裂。Fredriksson等(1998)〔2〕對236位患者行碳纖維樹脂樁釘修復后進行了隨訪觀察，經(jīng)2～3年使用效果良好。以上研究表明用復合材料樁釘取代金屬能滿足臨床修復的需要，更有利于保護余留牙體組織，增進美觀。但是由于碳纖維呈黑色，不美觀，限制了它在牙科美容修復中的應用。ノ頤茄兄頻母咔慷炔Ａ纖維/EAM樹脂復合材料樁釘具有以下特點：①強度高，能滿足功能需要；②顏色與牙體組織接近，美觀性好；③與牙科復合樹脂粘結性好，可在其上直接成核；④彈性模量與牙體組織接近，有利于保護牙根。另外還有耐腐蝕、耐疲勞、不變色等優(yōu)點。Leibrock(1996)〔6〕報道用IPS滲透陶瓷制作的樁核最大斷裂載荷為287N，氧化鋯陶瓷的強度達500Mpa。張翼〔4〕將不同金屬樁釘粘固于離體牙根管內，與牙長軸方向成130°加載至根折，得出根折值最大為36.6Kg。我們研制的高強玻璃纖維/樹脂復合材料當纖維含量大于56.8%時彎曲強度超過了1000Mpa。許多學者研究認為〔1〕：復合材料的彎曲強度與纖維含量(＜80%時)成正相關關系，用模壓成型的樁釘纖維含量為(68.38±1.67)%，可推測它的彎曲強度在1000Mpa以上。因此新研制的復合材料樁釘完全可以滿足臨床要求。經(jīng)臨床上初步應用，效果理想。
［參考文獻］
1王榮國，武衛(wèi)莉，谷萬里主編.復合材料概論［M］.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1999：78
2Fredrikson M,Astback J,Pamenius M,et al.Aretrospective study of 236 patients with teeth restored by carbon fiber-reinforced epoxy resin posts［J］.J Prosthet Dent, 1998;80:151
3唐高妍，巢永烈，文治紅.四種樁材料對牙本質應力分布影響的三維有限元分析［J］.華西口腔醫(yī)學雜志，1998；16(3)：259
4張翼.柱狀階梯形和螺紋形樁釘系列的研制及實驗研究［D］.西安：第四軍醫(yī)大學學位論文，1999：39
5Koutayes SD,Kern M.All-ceramic posts and cores:The state of the art［J］.Quint Int 1999;30:383
6Leibrock A,Herrmann G,Bebr M.Fracture strength of IPS-Empress all-ceramic posts and cores(abstract 377)［J］.J Dent Res,1996;75:65
7Purton DG,Payne JA.Comparison of carbon fiber and stainless steel root canal posts［J］.Quint Int,1996;27:93
8Martinez-Insua A,Silva LD,Rilo B,et al.Comparison of the fracture resistance of pulpless teeth restored with a cast post and core or carbon-fiber post with a composite core［J］.J Prosthet Dent,1998;80:527
收稿日期2000-10-18
編輯/樊延南
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［Key words］Composite resinAcrylic resinS-glass fiberpost and core.
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1.5復合材料樁釘?shù)某尚腿∵m量預浸帶并將之搓成直徑為2±0.1mm的條索狀，然后放入預成型模具中(如附圖)，將裝有預浸料的模具放入小型壓機中，加壓合模，升溫至100℃后緩慢地將預浸料從細孔端抽出，即得預成型棒材。隨后將此棒材放入成型模具(樁釘直徑為1.8mm)中成型，成型工藝：100℃/30min+120℃/20min，壓力：15Kg/cm2。開模取出樁釘去除菲邊。按GB2577-89測試樁釘?shù)睦w維含量。
2結果
2.1復合材料層壓板機械性能見表2。
3討論
3.1關于纖維/樹脂復合材料纖維/樹脂復合材料是以有機聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強材料組合而成的。纖維的高強度、高模量的特性使它成為理想的承載體。基體材料由于其粘結性能好，把纖維牢固地粘起來。同時，基體又能使載荷均勻分布，并傳遞到纖維上去，允許纖維承受壓縮和剪切載荷〔1〕。復合材料的性能受纖維、基體樹脂及二者的界面共同影響。本實驗中所用的EAM樹脂是一種新型樹脂，它具有以下特點：可以實現(xiàn)室溫固化，工藝性能好；對玻璃纖維具有優(yōu)良的滲透和粘結能力；可通過控制交聯(lián)結構，獲得理想的熱變形溫度和延伸性；化學穩(wěn)定性能優(yōu)良等〔1〕。高強玻璃纖維的化學成分主要是SiO2、AL2O3、MgO。它與普通E玻璃纖維相比，拉伸強度提高33%，彈性模量提高20%。具有較高的比強度，在高溫下有良好的強度保留率及高的疲勞極限〔1〕。經(jīng)KH-570表面前處理后能夠與EAM樹脂形成良好的界面結合，層間剪切強度可達80Mpa以上。我們研制的S-GF/EAM復合材料彎曲強度高達1414.7±64.5Mpa，完全能夠滿足臨床樁冠修復的需要。
3.2非金屬樁釘?shù)难芯恐谱鳂夺數(shù)牟牧嫌薪饘?、纖維增強樹脂、碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料和陶瓷。金屬樁釘因其具有高強度，一直被廣泛采用。金屬的彈性模量是牙本質的5倍以上，雖然高彈性模量的樁釘有利于傳遞和分散牙合力，可是一些學者研究表明，用金屬樁釘修復無髓牙根后，牙根折裂的機率增加。唐高妍等〔3〕用三維有限元法分析了四種樁材料對牙本質應力分布情況認為，用彈性模量與牙本質相近的復合樹脂樁修復后高應力區(qū)范圍縮窄，整體應力分布較均衡。再者金屬還存在不透光、美觀效果差、易腐蝕變色、可引起過敏、難以去除等不足。ニ孀湃嗣嵌悅攔坌棖蟮腦黽櫻用金屬制作修復體逐漸受到限制。目前隨著牙科陶瓷材料和瓷粘結系統(tǒng)的改進，全瓷修復已成為一種趨勢。為了配合全瓷修復取得理想的美觀效果，研制一種與牙體組織顏色相近的樁釘是非常必要的。Koutayas(1999)〔5〕介紹了全瓷樁核應用，指出用該樁核結合全瓷冠進行前牙殘根殘冠修復可以取得理想的美觀效果。由于瓷存在脆性大(適用于根管粗大的牙齒)、制作復雜、價格昂貴等特點，限制其廣泛使用。有學者指出理想的樁釘材料應具備以下條件：具有足夠高的拉伸、壓縮強度，理想的耐沖擊和耐疲勞性能，其彈性模量與牙體組織接近，有半透光性，不影響修復后的美觀效果。Purton(1996)〔7〕用三點彎曲試驗比較了碳纖維和不銹鋼樁釘?shù)膹姸?，得出碳纖維樁釘可以滿足臨床要求，有望取代金屬。Martinez-Insua等(1998)〔8〕比較了碳纖維樁釘加樹脂核和貴金屬鑄造樁核修復無髓牙根后，在45°斜向加載時的抗折力，結果表明，雖然金屬樁核組有較高的抗折力，可其折裂方式大多數(shù)是牙根折裂，而碳纖維組則很少出現(xiàn)牙根折裂。Fredriksson等(1998)〔2〕對236位患者行碳纖維樹脂樁釘修復后進行了隨訪觀察，經(jīng)2～3年使用效果良好。以上研究表明用復合材料樁釘取代金屬能滿足臨床修復的需要，更有利于保護余留牙體組織，增進美觀。但是由于碳纖維呈黑色，不美觀，限制了它在牙科美容修復中的應用。ノ頤茄兄頻母咔慷炔Ａ纖維/EAM樹脂復合材料樁釘具有以下特點：①強度高，能滿足功能需要；②顏色與牙體組織接近，美觀性好；③與牙科復合樹脂粘結性好，可在其上直接成核；④彈性模量與牙體組織接近，有利于保護牙根。另外還有耐腐蝕、耐疲勞、不變色等優(yōu)點。Leibrock(1996)〔6〕報道用IPS滲透陶瓷制作的樁核最大斷裂載荷為287N，氧化鋯陶瓷的強度達500Mpa。張翼〔4〕將不同金屬樁釘粘固于離體牙根管內，與牙長軸方向成130°加載至根折，得出根折值最大為36.6Kg。我們研制的高強玻璃纖維/樹脂復合材料當纖維含量大于56.8%時彎曲強度超過了1000Mpa。許多學者研究認為〔1〕：復合材料的彎曲強度與纖維含量(＜80%時)成正相關關系，用模壓成型的樁釘纖維含量為(68.38±1.67)%，可推測它的彎曲強度在1000Mpa以上。因此新研制的復合材料樁釘完全可以滿足臨床要求。經(jīng)臨床上初步應用，效果理想。
［參考文獻］
1王榮國，武衛(wèi)莉，谷萬里主編.復合材料概論［M］.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1999：78
2Fredrikson M,Astback J,Pamenius M,et al.Aretrospective study of 236 patients with teeth restored by carbon fiber-reinforced epoxy resin posts［J］.J Prosthet Dent, 1998;80:151
3唐高妍，巢永烈，文治紅.四種樁材料對牙本質應力分布影響的三維有限元分析［J］.華西口腔醫(yī)學雜志，1998；16(3)：259
4張翼.柱狀階梯形和螺紋形樁釘系列的研制及實驗研究［D］.西安：第四軍醫(yī)大學學位論文，1999：39
5Koutayes SD,Kern M.All-ceramic posts and cores:The state of the art［J］.Quint Int 1999;30:383
6Leibrock A,Herrmann G,Bebr M.Fracture strength of IPS-Empress all-ceramic posts and cores(abstract 377)［J］.J Dent Res,1996;75:65
7Purton DG,Payne JA.Comparison of carbon fiber and stainless steel root canal posts［J］.Quint Int,1996;27:93
8Martinez-Insua A,Silva LD,Rilo B,et al.Comparison of the fracture resistance of pulpless teeth restored with a cast post and core or carbon-fiber post with a composite core［J］.J Prosthet Dent,1998;80:527
收稿日期2000-10-18
編輯/樊延南
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