不同检测方法对正畸橡皮圈性能的影响

魏海荣，苏健，杨晓庆，卢世松

北京市医疗器械检验所 （北京 101111）

自20世纪90年代以来，我国儿童与青少年的错颌畸形发病率不断增高，据2002年傅明魁等针对全国25 392名儿童和青少年进行的错合畸形发病率的调查发现，我国儿童与青少年的错合畸形发病率为67.82%[1]。随着正畸治疗需求的增加，口腔正畸治疗已在我国广泛地开展起来。接受正畸治疗的患者中，约60%需要进行拔牙，且大多存在向远中拉动尖牙和关闭间隙的过程。

向远中拉动尖牙和关闭拔牙间隙，一般均在0.019英寸×0.025英寸的不锈钢方丝上进行[2]，通常使用的加力部件为包括结扎橡皮圈（主动结扎）、链状橡皮圈和镍钛拉簧。利用结扎橡皮圈进行主动结扎关闭间隙的方法是由McLaughlin、Bennett和Trivisi 3人提出的，该方法随着MBT直丝弓矫治技术的快速推广，及在达到移动牙齿和关闭间隙效果的同时，结扎橡皮圈和链状橡皮圈具有的价格优势，而被广泛应用于临床。

如何对正畸橡皮圈进行性能检测并做出合理的评价具有十分重要的理论和实践意义。本研究从结扎橡皮圈断裂延伸率与实验长度的关系、初始变形拉伸力与平衡时间的关系以及不同拉伸过程对初始变形拉伸力的影响3个方面进行测试，以明确检测方法对正畸橡皮圈性能的影响，为正畸橡皮圈的性能检测方法及结果评价提供一定的理论依据。

1 结扎橡皮圈断裂延伸率与实验长度的关系

1.1 实验步骤

断裂延伸率是衡量结扎橡皮圈机械性能的一个重要指标。在实验过程中，对初始状态的规定不同，检测的结果就会不同。本研究分别以直径（即自由悬挂状态）为初始实验长度和周长/2（即拉直状态）为初始实验长度进行了断裂延伸率的测试。

实验过程采用3M公司生产的结扎橡皮圈，样品信息见表1。

表1 实验用结扎橡皮圈样品信息

1.2 实验结果

实验结果显示，初始实验长度分别为直径（即自由悬挂状态）和周长/2（即拉直状态）时，两者断裂延伸长度的结果之差基本为定值，通过数据的计算可以得出，差值约为（周长/2-直径）；对于不同规格型号的样品，也满足此规律，见图1～2。因此，初始状态对于断裂延伸长度的影响仅在于初始实验长度的不同，如果从实际应用角度出发，以直径（即自由悬挂状态）为初始实验长度时，在拉伸过程中，拉力机会有一小段时间的空载过程，即样品在被拉至周长/2之前，是不受到力的作用的；以周长/2作为初始实验长度进行拉伸时，样品的受力状态满足断裂延伸率的定义公式。因此，本研究认为，以周长/2作为初始实验长度进行拉伸，具有较合理的实际应用意义。

图1 样品1断裂长度与实验长度关系图

2 初始变形拉伸力与平衡时间的关系

2.1 实验步骤

图2 样品2断裂长度与实验长度关系图

作为衡量结扎橡皮圈机械性能的一个重要指标，初始变形拉伸力值的确定也十分必要。在测量过程中，由于拉伸变形后的平衡时间对拉伸力值有着较大的影响，因此实验中分别记录了平衡时间0～180 s的拉伸力值，从而确定了变形拉伸力值与平衡时间的关系曲线图。

实验依旧采用表1所示的样品。

2.2 实验结果

实验结果显示，在拉伸结束后初始的平衡阶段，初始变形拉伸力值有着较大的波动，刚开始有一小段时间的力值增大过程，进而随着平衡时间的延长，力值出现了逐步减小的过程；从平衡时间为30 s开始，样品变形拉伸力的减小速度逐渐变缓，在平衡时间达到120 s时，样品的变形拉伸力基本达到平衡状态；对于不同规格型号的样品，也满足此规律。变形拉伸力值与平衡时间的关系曲线图见图3～4。因此，本研究认为，在测定初始变形拉伸力的过程中，将测试结束后平衡30 s时的力值作为初始变形拉伸力值，较将测试结束即刻的力值作为初始变形拉伸力值，更具有更实际的应用意义。

图3 样品1变形拉伸力与平衡时间关系图

3 拉伸过程对初始变形拉伸力的影响

3.1 实验步骤

在测量过程中，不同的拉伸过程将对初始拉伸变形力产生较大的影响。实验中分别测试了橡皮链以100 mm/min拉至3倍样品长度保持（30±2） s时的拉伸力值，和以100 mm/min拉至4倍样品长度保持5 s，再以100 mm/min的速度放松至3倍样品长度保持（30±2）s时的拉伸力值。

图4 样品2变形拉伸力与平衡时间关系图

实验采用3M公司生产的橡皮链，试样信息见表2，实验中采用5个环长度作为实验长度。

表2 实验用橡皮链样品信息

3.2 实验结果

实验结果显示，将橡皮链以100 mm/min首先拉伸至4倍实验长度时，样品发生弹性变形，再恢复至3倍实验长度时，样品的拉伸力值较直接被拉至3倍实验长度的拉伸力值小很多；同时可以看出，橡皮链直接被拉至3倍实验长度保持（30±2）s时的拉伸力值具有一定的波动性，而将橡皮链以100 mm/min拉至4倍实验长度保持5 s，再以100 mm/min的速度放松至3倍实验长度保持（30±2）s时的拉伸力值具有很好的稳定性。变形拉伸力值与拉伸过程的关系见图5。

图5 变形拉伸力值与拉伸过程关系图

4 小结

在断裂延伸率的测试过程中，初始状态对于断裂延伸长度的影响，仅在于初始实验长度的不同；从实际应用的角度考虑出发，以周长/2作为初始长度进行拉伸测定断裂延伸率，则具有相对较合理的实际应用意义，对于不同规格型号的样品，同样满足此规律。

在初始变形拉伸力与平衡时间的关系测试中，平衡时间从30 s开始，样品变形拉伸力的减小逐渐变缓，在平衡时间达到120 s时，样品的变形拉伸力基本达到平衡状态；因此，将测试结束后平衡30 s时的力值作为初始变形拉伸力值较将测试结束即刻的力值作为初始变形拉伸力值更具有更实际的应用意义，对于不同规格型号的样品，同样满足此规律。

从不同拉伸过程对拉伸力的影响可以看出，橡皮链拉至3倍实验长度保持（30±2）s时的拉伸力值具有一定的波动性；而将橡皮链以100 mm/min拉至4倍实验长度保持5 s，再以100 mm/min的速度放松至3倍实验长度保持（30±2）s时的拉伸力值具有很好的稳定性。