新型美容牙科纤维/树脂复合材料桩钉的研制_树脂基复合材料

　　张文云　男，1970年生，1994年毕业于第四军医大学口腔医学院。1996年～1998年在第四军医大学口腔医学院攻读口腔修复学硕士学位，导师袁井圻教授和姚月玲教授，研究方向：可摘义齿。现为该专业博士研究生，导师施长溪教授，研究方向：口腔修复美学和粘结学。
　　［摘要］目的：研究高强玻璃纤维增强丙烯酸类树脂的力学性能；探索复合材料桩钉的成型方法。方法：用缠绕法制作预浸料(S-GF/EAM树脂)，用层压法制成单向纤维/树脂复合材料，并测试其弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度。取适量的预浸料放入自制的模具中按复合材料成型工艺压制桩钉，并测试其纤维含量。结果：随着纤维含量增加，复合材料的弯曲强度和弯曲模量呈显著性增加(P＜0.01)(弯曲强度：1414.7±64.5Mpa，弯曲模量：39.6±1.6Gpa)，用模具压制的桩钉纤维含量为(68.38±1.67%)。结论：高强度玻璃纤维对丙烯酸树脂的弯曲性能具有增强作用。高强玻璃纤维/EAM树脂复合材料桩钉可以满足临床需要。
　　［关键词］复合树脂丙烯酸类树脂高强玻璃纤维桩核
　　［中图分类号］R783.1［文献标识码］A
　　［文章编号］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.
　　
　　桩冠应用于临床修复残冠已有上百年的历史，以往都使用金属桩钉，由于金属桩钉的弹性模量远大于牙体组织，易引起根折。另外金属还存在不美观、易腐蚀、可引起过敏、影响磁共振成像等不足，从而限制其使用范围。纤维/树脂复合材料因具有低密度、高强度、高模量及耐腐蚀等优点〔1〕，国外有学者用碳纤维/环氧树脂制作桩钉〔2〕，取得了较好的效果。但因为碳纤维呈黑色、不美观，该桩钉只能用于后牙的修复。本文旨在研制高强玻璃纤维/EAM树脂复合材料，并用它制作成美观性好的非金属柱状桩钉。
　　
　　1材料与方法
　　1.1材料基质树脂EAM树脂(顺丁烯二酸酐改性的环氧-甲基丙烯酸脂)，第四军医大学口腔医学院材料室提供；交联单体二甲基丙烯酸乙二醇酯，成都晨光化工研究所提供；固化剂过氧化苯甲酰(BPO)，上海化学试剂采供站提供；增强体高强玻璃纤维(S-GF)：80支/4股，密度2.54g/cm2，KH-570表面处理，南京玻璃纤维工业研究院提供。桩钉压制模具自制。
　　1.2胶液的配制将EAM树脂在烘箱中加热至一定温度，然后放入40℃～60℃左右的真空干燥箱中，真空脱泡10min～15min，取出后加入称量好的固化剂，充分搅拌。
　　1.3预浸料的制作将配制好的胶液用丙酮稀释(胶液与丙酮的比例为1∶1.2)，然后倒入缠绕机的胶槽中，将高强玻璃纤维纱卷放在支架上，牵引玻璃纤维通过胶槽并固定于已覆盖塑料薄膜的辊筒上，采用湿法制备S-GF预浸料。预浸料挥发份含量降低到2%以下时，加盖塑料膜并放置于阴凉干燥处保存备用。
　　1.4复合材料层压板成型、试件制作及性能测试预浸料裁剪铺叠(单向铺层)后，采用热压工艺，成型工艺为80℃/30min+100℃/30min+120℃/20min，成型压力为15kg/cm2。自然冷却至室温后，层压板按所需尺寸切割成试件。分组：通过改变预浸料单位面积纤维含量及胶液粘度，分别压制三种不同纤维含量的层压板(A、B、C三组)，然后测试各项性能。性能测试方法及仪器如表1所示。
　　1.5复合材料桩钉的成型取适量预浸带并将之搓成直径为2±0.1mm的条索状，然后放入预成型模具中(如附图)，将装有预浸料的模具放入小型压机中，加压合模，升温至100℃后缓慢地将预浸料从细孔端抽出，即得预成型棒材。随后将此棒材放入成型模具(桩钉直径为1.8mm)中成型，成型工艺：100℃/30min+120℃/20min，压力：15Kg/cm2。开模取出桩钉去除菲边。按GB2577-89测试桩钉的纤维含量。
　　
　　2结果
　　2.1复合材料层压板机械性能见表2。
　　
　　3讨论
　　3.1关于纤维/树脂复合材料纤维/树脂复合材料是以有机聚合物为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。基体材料由于其粘结性能好，把纤维牢固地粘起来。同时，基体又能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，允许纤维承受压缩和剪切载荷〔1〕。复合材料的性能受纤维、基体树脂及二者的界面共同影响。本实验中所用的EAM树脂是一种新型树脂，它具有以下特点：可以实现室温固化，工艺性能好；对玻璃纤维具有优良的渗透和粘结能力；可通过控制交联结构，获得理想的热变形温度和延伸性；化学稳定性能优良等〔1〕。高强玻璃纤维的化学成分主要是SiO2、AL2O3、MgO。它与普通E玻璃纤维相比，拉伸强度提高33%，弹性模量提高20%。具有较高的比强度，在高温下有良好的强度保留率及高的疲劳极限〔1〕。经KH-570表面前处理后能够与EAM树脂形成良好的界面结合，层间剪切强度可达80Mpa以上。我们研制的S-GF/EAM复合材料弯曲强度高达1414.7±64.5Mpa，完全能够满足临床桩冠修复的需要。
　　3.2非金属桩钉的研究制作桩钉的材料有金属、纤维增强树脂、碳纤维/环氧树脂复合材料和陶瓷。金属桩钉因其具有高强度，一直被广泛采用。金属的弹性模量是牙本质的5倍以上，虽然高弹性模量的桩钉有利于传递和分散牙合力，可是一些学者研究表明，用金属桩钉修复无髓牙根后，牙根折裂的机率增加。唐高妍等〔3〕用三维有限元法分析了四种桩材料对牙本质应力分布情况认为，用弹性模量与牙本质相近的复合树脂桩修复后高应力区范围缩窄，整体应力分布较均衡。再者金属还存在不透光、美观效果差、易腐蚀变色、可引起过敏、难以去除等不足。�随着人们对美观需求的增加，用金属制作修复体逐渐受到限制。目前随着牙科陶瓷材料和瓷粘结系统的改进，全瓷修复已成为一种趋势。为了配合全瓷修复取得理想的美观效果，研制一种与牙体组织颜色相近的桩钉是非常必要的。Koutayas(1999)〔5〕介绍了全瓷桩核应用，指出用该桩核结合全瓷冠进行前牙残根残冠修复可以取得理想的美观效果。由于瓷存在脆性大(适用于根管粗大的牙齿)、制作复杂、价格昂贵等特点，限制其广泛使用。有学者指出理想的桩钉材料应具备以下条件：具有足够高的拉伸、压缩强度，理想的耐冲击和耐疲劳性能，其弹性模量与牙体组织接近，有半透光性，不影响修复后的美观效果。Purton(1996)〔7〕用三点弯曲试验比较了碳纤维和不锈钢桩钉的强度，得出碳纤维桩钉可以满足临床要求，有望取代金属。Martinez-Insua等(1998)〔8〕比较了碳纤维桩钉加树脂核和贵金属铸造桩核修复无髓牙根后，在45°斜向加载时的抗折力，结果表明，虽然金属桩核组有较高的抗折力，可其折裂方式大多数是牙根折裂，而碳纤维组则很少出现牙根折裂。Fredriksson等(1998)〔2〕对236位患者行碳纤维树脂桩钉修复后进行了随访观察，经2～3年使用效果良好。以上研究表明用复合材料桩钉取代金属能满足临床修复的需要，更有利于保护余留牙体组织，增进美观。但是由于碳纤维呈黑色，不美观，限制了它在牙科美容修复中的应用。�我们研制的高强度玻璃纤维/EAM树脂复合材料桩钉具有以下特点：①强度高，能满足功能需要；②颜色与牙体组织接近，美观性好；③与牙科复合树脂粘结性好，可在其上直接成核；④弹性模量与牙体组织接近，有利于保护牙根。另外还有耐腐蚀、耐疲劳、不变色等优点。�Leibrock(1996)〔6〕报道用IPS渗透陶瓷制作的桩核最大断裂载荷为287N，氧化锆陶瓷的强度达500Mpa。张翼〔4〕将不同金属桩钉粘固于离体牙根管内，与牙长轴方向成130°加载至根折，得出根折值最大为36.6Kg。我们研制的高强玻璃纤维/树脂复合材料当纤维含量大于56.8%时弯曲强度超过了1000Mpa。许多学者研究认为〔1〕：复合材料的弯曲强度与纤维含量(＜80%时)成正相关关系，用模压成型的桩钉纤维含量为(68.38±1.67)%，可推测它的弯曲强度在1000Mpa以上。因此新研制的复合材料桩钉完全可以满足临床要求。经临床上初步应用，效果理想。
　　
　　［参考文献］
　　1王荣国，武卫莉，谷万里主编.复合材料概论［M］.哈尔滨工业大学出版社，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，文治红.四种桩材料对牙本质应力分布影响的三维有限元分析［J］.华西口腔医学杂志，1998；16(3)：259
　　4张翼.柱状阶梯形和螺纹形桩钉系列的研制及实验研究［D］.西安：第四军医大学学位论文，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
　　编辑/樊延南