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作者单位：(林映荷,巢永烈,王 波)610041 华西医科大学口腔医学院修复学教研室,；(邓红颖)厦门市口腔医院,；(李思毅)漳州市口腔医院修复科
关键词：微波；热水浴；聚甲基丙烯酸甲酯 ；力学性能
摘要 目的:探讨微波加热法处理聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基托材料的力学性能。方法:分别采用热水浴法及微波加热法处理的PMMA基托材料,测试其力学性能(抗弯强度、挠度、冲击强度)。结果:微波法可获得与热水浴法处理的基托材料相似,甚至更好的力学性能。结论:经微波处理所获得的PMMA具有能满足临床的力学性能。
热固化聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate, PMMA)基托材料自1937年应用于临床［1］,水浴加热是其常用的固化方式,但由于其处理时间长,工作环境差等缺点促使不少学者尝试了其它有效的处理方法,如干热,蒸气,红外线感应及电介热等加热方法［2］,1968年［3］,微波加热法被证明是一种有效的处理方法,但国内尚无相关的系统研究。本实验通过测试了微波加热法及水浴法处理的PMMA基托材料3个力学参数(抗弯强度、挠度及冲击强度),以掌握微波加热法处理的PMMA基托材料的力学性能指标。
1 材料和方法
1.1 材料
Meliodent义齿基托材料粉、液(拜耳齿科有限公司,上海);聚四氟乙烯塑料型盒(成都市电机厂,成都);家用微波炉(安宝路电器有限公司,广东);ADP-2C型超低压全自动稳压器(利民电器厂,成都);隔水式电热恒温培养箱(跃进医疗器械一厂,上海);万能材料力学试验仪(万能试验仪厂,长春);挠度测试仪;冲击强度测试仪。
1.2 方法
1.2.1 预实验 为采用合适的处理程序而获得性能优良的基托材料,本实验先进行预实验,结果发现较合适的加热程序为:微波输出频率为125 W时正面加热15分钟,再反面加热5分钟,然后用250 W的输出频率再加热3分钟,热处理完成后静置于室温下冷却10分钟,开盒即可。
1.2.2 抗弯强度测试 设计厚度为4 mm,孔为55 mm×6 mm的金属模具,依模具制作蜡型50个,随机分为2组,每组25件。一组按照常规热水浴固化方法完成装盒(石膏水粉比为1∶2),去蜡,充胶(基托材料粉液比2.3∶1),热处理。热处理程序为1小时从常温煮至沸点,维持30分钟,待其自然冷却,开盒后将试件表面打磨抛光,并用游标卡尺确定试件尺寸,使相对两面平行,然后将试件浸泡于蒸溜水中30天待测。另一组经同样的装盒、去蜡程序后,采用微波加热法进行固化处理,根据预实验(基托材料粉液比2.5∶1)进行。开盒后试件经同样的表面处理,然后将试件浸泡于蒸溜水中30天待测。每一试件的宽度和厚度各测3次,取平均值。将试件置于万能材料力学试验仪上用三点弯曲法测抗弯强度,跨距为40 mm(10 d±0.5 mm),加载速度5 mm/min,记录每个试件断裂时的力值及应力-应变曲线,计算出材料的抗弯强度。
1.2.3 挠度测试 设计厚度为2.5 mm,孔为65 mm×10 mm的金属模具。依模具制作蜡型50个,随机分为两组,每组25件。分别行常规热水浴及微波加热处理。方法同前。然后将完成试件浸泡于37℃恒温水浴箱中保存24小时待测。测试每一试件的宽度和厚度,每个试件测3次,取平均值。将试件置于挠度测试仪上下压头之间,缓慢放下压头,首先记录14.71 N载荷时偏转度,以后在每分钟的后30秒增加载荷4.90 N,应均匀加载防止对试件产生冲击力。载荷加至34.32 N时,记下偏转度数,再加至49.00 N时,记下偏转度数。并根据公式计算试件的挠度:
34.32 N时挠度(σ)=(偏转度)34.32N-(偏转度)14.7N(mm)
49.0 N时挠度(σ)=(偏转度)49.0N-(偏转度)14.7N(mm)
1.2.4 冲击强度测试 模具设计和试件蜡型制作同抗弯强度测试。将完成试件浸泡于蒸馏水中30天,待测。然后将两组试件混合编号,如前测试试件宽度和厚度。测试前选择冲击锤角度为30°,冲击速度为2.89 m/s,摆锤能量1 J,钳口跨度40 mm,钳口圆角半径1 mm,刀刃圆角半径2 mm,冲击前摆锤扬角呈160°。测试时试件宽面紧贴于支座上,摆锤垂直时,刀刃与试件打击面刚好接触,其偏差要在±1 mm内,刀刃中点与试件打击面中心相重合,试件发生断裂时记录各实验数据,并计算各试件冲击强度。
2 结 果
2.1 抗弯强度测试
两种处理方法所获得的PMMA基托材料的抗弯强度结果见表1,结果表明微波处理法获得的基托材料的抗弯强度更高(P＜0.05)。
表1 微波加热组和水浴组PMMA基托材料的抗弯强度
| 分组 |
n |
抗弯强度(MPa) |
| 水浴组 |
25 |
87.99 |
| 微波组 |
25 |
96.32 |
P＜0.05
2.2 挠度测试
两种方法处理PMMA基托材料的挠度结果见表2,结果表明其差别具统计学意义(P＜0.05),但两者都处于美国牙科医学会(ADA)标准值［4］范围内(表3)。
表2 微波加热组和热水浴组PMMA基托材料的挠度 (单位:mm)
| 分组 |
n |
挠度平均值 |
| 载荷34.32 N |
载荷49.00 N |
| 水浴组 |
25 |
1.75 |
2.81 |
| 微波组 |
25 |
1.84 |
3.11 |
| P |
|
＜0.05 |
＜0.001 |
表3 不同载荷下PMMA挠度的ADA标准值 (单位:mm)
| 载荷 |
挠度 |
| 最小值 |
最大值 |
| 34.32 N |
-- |
2.5 |
| 49.00 N |
2.0 |
5.0 | 2.3 冲击强度
两种处理方法所获得的PMMA的冲击强度结果见表4,结果表明其差别不具统计学意义(P＞0.05)
表4 微波加热组和热水浴组PMMA基托材料的冲击强度
| 分组 |
n |
冲击强度(MPa) |
| 水浴组 |
25 |
8.79 |
| 微波组 |
25 |
8.76 |
P＞0.05
3 讨 论
3.1 参数及其临床意义
抗弯强度、挠度及冲击强度是义齿基托材料最为重要的力学参数。抗弯强度和冲击强度是衡量义齿基托抗折能力的重要指标。抗弯强度是表示材料耐弯曲的程度,反映的是材料在静态载荷下发生断裂时所吸收的能量;而冲击强度表示材料突然受到高速冲击而发生断裂时每单位横截面积上材料所吸收的能量,是衡量材料韧性的指标［5］,反映的是材料在动态载荷下发生断裂时所吸收的能量。挠度是物体承受其比例极限内的应力所发生的弯曲形变。所以反映的是材料在长期处于反复咀嚼应力下所发生的弯曲形变,从而更能真实地反映材料在口腔环境中的受力和弯曲形变情况。为全面客观描述义齿基托材料的机械力学性能,这3个指标缺一不可。
本实验结果认为,水浴及微波两种处理方法所获得的PMMA基托材料的挠度都符合ADA标准。抗弯强度和挠曲强度有统计学差异(微波组强于水浴组),而抗冲击强度两组间无显著差异。而且,微波处理法与热水浴法处理的PMMA基托材料的其余两个重要力学参数(抗弯强度及冲击强度)相似,甚至更好。这与DeClerk等［6］的研究结果一致。说明微波加热处理的基托材料的力学性能达到了口腔修复临床的要求。
责任编辑：唐建华 |