自凝与热凝树脂义齿材料摩擦磨损行为对比

田晓，耿建，马力辉，牛建刚，马凯

（1.河北大学质量技术监督学院，河北保定 071000；2.河北大学图书馆，河北保定 071002）

自凝与热凝树脂义齿材料摩擦磨损行为对比

田晓1，耿建1，马力辉1，牛建刚1，马凯2

（1.河北大学质量技术监督学院，河北保定 071000；2.河北大学图书馆，河北保定 071002）

在自制的往复摩擦磨损实验台上，以球面接触方式，在干摩擦、法向压力为20 N、往复频率为0.5 Hz、摆幅85 mm条件下，研究了牙科用的自凝和热凝树脂球分别对自凝树脂板的摩擦磨损行为.实验过程中利用动态应变仪测量摩擦过程中应变片的应变，进而计算出摩擦系数.结合电镜观察比较得出了自凝与热凝2种义齿材料的耐磨性能：自凝树脂义齿材料磨损过程中会出现材料塑性流动和表面致密的光滑层，磨损轻微，后者材料致密性差有气孔，磨损过程中出现层状磨损，气孔周围材料易脱落，结果自凝材料的摩擦系数低于热凝材料，且耐磨性高于热凝材料.

义齿材料；自凝；热凝；摩擦；磨损

人类生活离不了食物营养的补充，这一过程离不了牙齿的咀嚼功能.但由于外在不可预见性的外伤或年龄的老化，会使人类的部分牙齿脱落.为缺失牙的患者进行补牙和安装假牙所用的材料的耐磨性，直接影响临床修复的效果和影响义齿使用的寿命.

义齿材料种类繁多，通常按材料品种分为3种：金属与合金材料、生物陶瓷材料和高分子材料［1］甲基丙烯酸甲酯义齿基托材料为高分子树脂材料，因其具有金属基托义齿所不能比拟的仿真美学效果、拥有各类牙列缺损失修复广泛适应性、良好的理化、机械和生物性能以及易加工成型等优越性，一直以来在临床上受到广大医生和患者的欢迎［2］.甲基丙烯酸甲酯义齿基托材料分为加热固化型基托树脂和冷凝固化型基托树脂材料.树脂材料的最大优点是价格较便宜.

由于咬合功能的需求，修复体与天然牙或修复体与修复体之间不可避免地会产生磨损.无论天然牙被磨损，还是修复体被磨损，都会影响修复效果.郑靖、周仲荣利用球面接触模式的往复滑动摩擦磨损实验机，考察了成品树脂牙、拜耳牙、上齿牙和高兹磨牙，以及光固化树脂修补材料等4种牙科高分子材料的摩擦磨损行为，但是作者研究的球是钛，平面是树脂牙材料，比较了4种牙科高分子材料的耐磨性并分析了磨损机理［3］.邬雪颖等利用销－盘接触磨损方式研究了硬质复色合成树脂牙、复色合成树脂牙、合成树脂牙的摩擦磨损特性，得出树脂牙的不同组成成分、分子量大小、聚合方式和加工工艺会影响其机械性能［4］.

文献［5］作者研究了复合树脂义齿材料、丙烯酸树脂义齿材料、陶瓷义齿材料、天然牙的摩擦磨损特性，结果表示复合树脂的耐磨性优于其他3种.文献［6］作者研究了9种牙科树脂分别与氧化铝陶瓷球组成两体摩擦副，在法向力为40 N、循环次数为100 000次的咀嚼模拟器上进行实验，以天然牙齿作为参考，将各种牙科树脂的磨损量进行比较，利用社会科学统计软件包统计得出磨损量有些情形比较高，有些情形比较低.因此了解义齿材料的摩擦学特性对临床防治天然牙过度磨耗和开发新型牙科修复材料具有非常重要的理论意义和现实意义.

本文选择自凝与热凝树脂义齿材料，采用简便经济的摩擦磨损测试手段，进行摩擦磨损特性研究与对比，为患者选用义齿材料和评估这2种义齿材料的寿命提供实验依据.

1 材料与试样制备

1.1 材料

自凝树脂义齿材料采用上海二医张江生物材料有限公司生产的造牙粉和义齿基托聚合物和上海牙科丽义齿基托聚合物（自凝牙托水）.热凝树脂义齿材料（义齿基托聚合物BQ－2）采用上海贝琼齿材有限公司生产的和长治市健齿齿科器材有限公司义齿基托聚合物.

1.2 试样制备方法

实验所用试样为长方体板状自凝义齿材料试样板，和自凝和热凝树脂试样球.具体尺寸列于表1.自凝和热凝树脂义齿材料的硬度值仿照金属布氏硬度测试方法得到图1的压痕直径，从图1（上为自凝树脂、下为热凝树脂）压痕直径可看出自凝树脂义齿材料的硬度要比热凝树脂义齿材料的硬度高.

表1 实验所用试样尺寸及特性Tab.1 Experiment with the size and characteristics of the sample

图1 钢球压痕Fig.1 Ball indentation

1.2.1 自凝试样的制备方法

在常温下，粉剂与液剂按照100 g∶45～48 m L的比例，制备自凝球和自凝试验板.

1.2.2 热凝试样的制备方法

在常温下，粉剂与液剂按照100 g∶45～48 m L的比例，制成可塑性面团状，然后按照规定将填充好的型盒进行水浴处理，冷却后开盒.2种试件均用600＃的水砂纸进行打磨，并用抛光机修正抛光.

2 设备及实验方法

摩擦磨损实验机为自制的往复摩擦磨损实验机，工作原理如图2所示.

图2 往复式摩擦磨损实验机工作原理Fig.2 Working principle graph of reciprocating friction and wear testing machine

摩擦副为球盘接触方式、往复运动、室温干摩擦.该实验机往复摩擦磨损频率0.5 Hz，行程为85 mm左右，法向载荷采用砝码加载，其大小取牙齿实际工作时咬合力（3～36 N）的平均值［3］，选择所加砝码质量即法向载荷F n＝20 N.磨损时间每隔1.5 h将球形试样取出并用医用酒精清洗干净、吹干，在奥豪斯国际贸易（上海）有限公司生产的精度为0.001 g精密电子天平上称出磨损质量，然后换算出磨损体积.

3 结果与讨论

3.1 摩擦系数的测定

在自制的往复摩擦磨损实验机上，在距尼龙棒下端部80 mm位置贴上经标定好的120±1%Ω的电阻应变片.采用DH－3817型动静态应变测试系统以1／4桥测定往复摩擦过程中的应变变化曲线，如图3所示.

图3 DH－3817型动静态应变测试系统1／4桥测量电阻应变片应变Fig.3 Strain graph of resistance strain gauge measured by 1／4 bridge circuit of DH－3817 type dynamic and static test system

根据材料力学理论建立如图4所示的力学模型，摩擦磨损过程中将尼龙棒视为悬臂梁.根据悬臂梁受弯矩作用时应力与应变的关系计算弯曲应力

式中：σ为弯曲应力；E为尼龙棒的弹性模量；ε为弹性应变.

根据弯曲应力计算公式有

式中：σ为弯曲应力；M为尼龙棒贴应变片位置的弯矩；W z为尼龙棒的抗弯截面系数；F摩擦副的摩擦力；l为贴应变片处距尼龙棒端部的距离.则摩擦系数f＝F／Fn.

2种摩擦副摩擦过程的摩擦系数，取5个周期的平均值，如表2所示.

表2 2种摩擦副摩擦系数Tab.2 Friction coefficient of two kinds of friction couple

3.2 磨损行为

将磨损累计26 h后的自凝球和热凝球的磨痕在TM3000型电子显微镜下观察，如图5所示（磨痕方向为照片竖直方向），自凝球磨痕在×100和×200下观察，材料致密，摩擦表面有结晶状材质塑性流动，分析在摩擦过程中，由于摩擦系数很小，产生很高的热量，摩擦表面在压力和摩擦力作用下，形成致密的结晶状磨痕，磨损为致密层剥落为主，摩擦磨损会很小，最终磨损量为0.097 mm3.热凝球在×200下观察如图6所示，材料致密性差，磨痕表面既有层状磨损又有塑性流动现象，而且有气孔，如图6b所示.磨损为层状磨损，气孔周围组织脱落，因此磨损量稍大些，最终磨损量为0.104 mm3，如图7所示.

图4 尼龙棒悬臂梁Fig.4 Cantilever beam of nylon rod

图5 自凝球电镜照片Fig.5 Electron micrograph of self－solidification resin ball

图6 热凝球电镜照片Fig.6 Electron micrograph of thermal coagulation resin ball

图7 磨损26 h后的总磨损Fig.7 Total wear graph of wearing after 26 h

4 结论

在自制的往复摩擦磨损实验台上，以球面接触方式，在干摩擦、法向压力为20 N、往复频率0.5 Hz、摆幅85 mm条件下，研究了牙科用的自凝和热凝树脂球分别对自凝树脂板的摩擦磨损行为.通过对摩擦过程中试件应变的测量，计算出了义齿摩擦副的摩擦系数.结合电镜观察比较得出了自凝与热凝2种义齿材料的耐磨性能：

1）自凝球与自凝板往复摩擦磨损的摩擦系数小于热凝球与自凝板的摩擦系数.

2）自凝球与自凝板往复摩擦磨损体积磨损量小于热凝球与自凝板的磨损量，但比较接近.

3）自凝球的磨损过程中有材料的塑性流动和结晶状材料层的出现，磨损为致密光滑层脱落；热凝球的磨损过程中有层状磨损和气孔周围组织的脱落.

2种材料的摩擦磨损程度都非常小，说明它们的耐磨性都很好.

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Comparison of friction and wear characteristic of self－solidification and thermal coagulation resin denture material

TIAN Xiao1，GENG Jian1，MA Li－hui1，NIU Jian－gang1，MA Kai2
（1.College of Quality and Technology Supervision，Hebei University，Baoding 071000，China；2.Library，Hebei University，Baoding 071002，China）

By using a reciprocating sliding wear test machine，friction and wear characteristic of two types of dental resin were investigated and compared under the dry friction condition.A normal force of 20N，reciprocating amplitude 85mm and frequency of 0.5 Hz were used for all the wear tests.The contact was in a ball－on－flat，the ball was self－solidification resin and thermal coagulation resin，the flat was selfsolidification resin.By using dynamic strain instrument measure the strain of strain gauge，and then calculated the friction coefficient.Through the analysis of friction coefficient，wear loss and electron micrograph observation get the wear－resisting performance of the two kinds of materials.Through the observation of electron micrograph，the self－solidification resin denture material emerged plastic flow and surface smooth layer on surface in the process of wear，its wear loss was light.The compactness of the thermal coagulation resin denture was bad，the layer wear was obvious and the material of pores around was easy to fall off，so the friction coefficient of self－solidification resin denture material was less than that of thermal coagulation resin denture material，and the wear－resisting performance showed the opposite.

denture material；self－solidification resin；thermal coagulation resin；friction；wear

TB332

A

1000－1565（2012）02－0198－05

2012－01－20

河北省科技支撑计划项目（10215145）

田晓（1964－），女，河北怀安人，河北大学副教授，主要从事材料摩擦磨损研究.

马力辉（1967－），男，河北定州人，河北大学教授，博士，主要从事检测技术和仪器、产品创新设计方向研究.E－mail：mlh＠yahoo.cn

孟素兰）