三种暂时冠桥树脂材料的力学性能研究

王 舟 赵信义 柳燕如 李 楠 李石保

（军事口腔医学国家重点实验室，口腔疾病国家临床医学研究中心， 空军军医大学第三附属医院口腔材料教研室，西安 710032）

暂时冠桥树脂材料是临床上常用的冠桥修复材料。暂时冠桥修复体在口腔内应当具有足够的力学性能以抵抗其在口腔内服役时的咬合力，暂时冠桥修复体在服役期间发生断裂、脱位，都会造成额外的临床处理，并且可能对后续的永久性修复效果带来不利的影响[1]。传统的暂时冠桥修复材料是自凝塑料，20世纪90年代，出现了基于丙烯酸树脂的双糊剂型自动混合冠桥树脂材料，为临床制作暂时冠桥修复体带来便利。随着材料的进步，近年来出现了可以使用更长时间的半永久（semi-permanent）冠桥树脂材料[2]， 这些材料通过优化树脂基质和增强填料，获得较高的韧性和耐久性[3]。但是目前关于半永久冠桥树脂材料的性能研究还较少，特别是与传统临时冠桥树脂性能比较研究更少。本研究的目的是比较研究半永久冠桥树脂材料、普通暂时冠桥树脂及传统的MB自凝塑料材料的力学性能，为临床选择应用提供实验参 考。

1 材料和方法

1.1 材料

选择3种具有代表性的暂时冠桥树脂材料：①LuxaCrown，批号217680，德国DMG公司产品，为双联管包装的双糊剂自凝复合树脂类半永久冠桥树脂材料，混合比例10∶1，静态混合头挤出混合；②Protemp 4， 批号9022，美国3M/ESPE公司产品，为双联管包装的双糊剂普通自凝复合树脂类材料，混合比例10∶1，静态混合头挤出混合；③MB自凝塑料，粉液型自凝树脂，批号20200120，上海二医生物材料有限公司，粉液混合体积比3∶1，在调和物为稀糊期时充填模 具。

1.2 试样制备

1.2.1 弯曲强度及弯曲模量测试试样制备：根据我国医药行业标准YY-0826[4]推荐的不锈钢模具及方法制备长（25±2） mm、宽（2±0.1） mm、高（2±0.1） mm的条状试样，每种材料制备10个。

1.2.2 压缩强度测试试样制备：不锈钢中空对开模具，模具内壁涂覆硅脂分离剂，以制备高（8.0±0.1） mm，直径（4.0±0.1） mm 的圆柱体试样，每种材料制备10个。

1.2.3 断裂韧性测试试样制备[5]：不锈钢对半模具，可以制备长（25±0.5） mm、宽（5.0±0.1） mm、厚（2.5±0.1） mm的宽条状试样，模具内腔长边的一侧中部有一三角形突出（图1），可以在制备的试样的一侧长边形成深2.0 mm的预制缺口。试样制备好后，用锋利的剃须刀片的刀刃置于预制缺口的底部，用手压着刀片在缺口底部来回进行切割运动，以在缺口底部形成深约0.5 mm的细尖切口。然后用游标卡尺测量试样的长、宽、厚，在光学显微镜下分别测量在两面测量缺口深度，精度0.001 mm，取均值。每种材料制备10个。

图1 制备断裂韧性测试试样的模具

两种复合树脂类材料试样制备后浸入37℃水中，24 h后取出。自凝塑料试样制备后先浸入60℃水中1 h，然后再浸入37℃水中，24 h后取出。取出后的试样磨除飞边，用精度0.02 mm的游标卡尺测量每个试样尺寸。

1.3 力学性能测试

1.3.1弯曲强度及弯曲模量测试[4]：在配有光栅位移计的材料试验机上进行三点弯曲试验，支点跨距20 mm，试样高度方向与载荷方向相同，以1.0 mm/min的压头速度进行加载，直至试样断裂，记录最大载荷及试样弯曲过程中的载荷-挠度曲线，通过下式计算弯曲强度：

弯曲强度（MPa） = 3FL/ （2bh2）

式中，F为最大载荷（N），L为跨度（mm），b为试样宽度（mm），h为试样厚度（mm）。

通过下式计算弯曲模量：

弯曲模量（MPa） =FL3/ （4bh3d）

式中，F为试样在弹性变形范围的载荷（N），L为跨度（mm），b为试样宽度（mm），h为试样的厚度（mm），d为载荷F下的挠度（mm）。

1.3.2 压缩强度测试：轻轻磨改圆柱状试样的两个端面，使端面垂直于试样长轴，将试样直立放在材料试验机的载物台上，以1.0 mm/min的压头速度顺试样长轴对其加载，直至试样破碎，记录最大载荷，按下式计算压缩强度：

压缩强度（MPa）=最大载荷（N）/试样横截面积（mm2）

1.3.3 断裂韧性测试[5]：将试样缺口向下放在三点弯曲试验的支点上，支点跨距20 mm，压头在试样上面正对缺口处，以1.0 mm/min的速度对试样加载，直至试样断裂，记录最大载荷，按下式计算断裂韧度（KIC）：

KIC= [3PLa½/ 2bw2]·f（a/w）

式中，f（a/w）=1.93-3.07 （a/w）+14.53 （a/w）2-25.11 （a/w）3+25.80 （a/w）4，P为最大载荷（N），L为跨度（mm），a为缺口深度（mm），b为试样厚度（mm），w为试样宽度（mm）。

1.4 统计学分析

采用单因素方差分析对3种材料的各种力学性能进行统计学分析，每一种力学性能的材料间的比较采用q检验。用Origin软件中的卡普兰一梅尔估计器（Kaplan-Meier estimator）对3种材料的弯曲强度的生存率进行分析。

2 结果

3种暂时冠桥树脂材料力学性能测试结果见表1。由表可见，两种复合树脂类暂时冠桥树脂材料的弯曲强度、压缩强度及断裂韧度均显著大于传统的MB自凝塑料（P< 0.05），2种复合树脂类暂时冠桥树脂间比较，LuxaCrown的弯曲强度及压缩强度均显著高于Protemp 4。弯曲模量和断裂韧度方面，LuxaCrown高于Protemp 4和MB自凝塑料（P<0.05），Protemp 4和自凝塑料间差异无统计学意义（P>0.05）。

表1 3种暂时冠桥树脂材料力学性能测试结果（）

表1 3种暂时冠桥树脂材料力学性能测试结果（）

注：有不同上标字母的数据之间P <0.05，有相同上标字母的数据之间P>0.05。

材 料弯曲强度 （MPa）弯曲模量 （GPa）压缩强度（MPa）断裂韧度 （ MPa·m½）LuxaCrown 110.35±10.94a 2.46±0.17d 303.22±14.13f 1.30±0.12j Protemp 4 97.21±11.59b 2.24±0.15e 279.21±12.54g 1.16±0.13k MB自凝塑料 49.43±11.63c 2.09±0.19e 214.87±12.43h 1.10±0.14k

图2是3种暂时冠桥树脂材料弯曲试验累计生存率阶梯曲线，由图可见，在传统MB自凝树脂材料发生100%失效的弯曲应力下，两种复合树脂类暂时冠桥树脂的累计失效可能性为零。两种复合树脂类材料间比较，造成LuxaCrown 材料累计63.2%试样失效的弯曲应力（特征强度）>112.8 MPa，明显高于Protemp 4的特征强度（94.2 MPa）。

图2 3种暂时冠桥树脂材料弯曲试验累计生存率阶梯曲线

3 讨论

暂时冠桥树脂制作的修复体在口腔内使用时间变化较大，多数暂时冠桥修复体口腔内使用时间1 ～ 2周，但是一些暂时冠桥修复体口腔内使用时间可长达数月至半年，例如一些患者的缺失牙齿时间较长，导致邻牙倾斜，需要正畸治疗，在这种情况下，缺失牙齿的暂时修复体的使用时间可达半年，甚至1年，这对暂时修复体的力学性能提出更高的要求。为此，近年来市场上出现半永久冠桥树脂材料，本研究中的LuxaCrown就属于此类材料。

弯曲试验是评价冠桥材料的力学性能的重要试验，能够模拟材料在口腔内的受力破坏情况，国际标准（ISO）和我国医药行业标准（YY）[4]均将三点弯曲试验列为冠桥树脂材料必须进行测试的项目，三点弯曲试验获得的弯曲强度及弯曲模量是评价冠桥树脂材料的重要指标，研究表明较高的弯曲强度及弯曲模量能够确保冠桥修复体具有更好的临床效果和寿命[6]。

本研究结果表明，复合树脂类材料显示出优于常规自凝塑料的弯曲强度和压缩强度，这与其材料组成和聚合后的分子结构有关，复合树脂类冠桥树脂材料是基于含有双官能团的二甲基丙烯酸酯的树脂材料，含有无机增强填料。其固化过程是单体分子两端的双键的打开、聚合，最终交联形成三维网络结构，因此表现出较高的强度和刚性（模量）。

传统的MB自凝塑料是制作暂时性冠桥修复体历史最悠久的材料，具有成本低、抛光性好等优点，但是也存在着力学强度不高、聚合过程中产热较多、聚合收缩大、气味大、需要调和及修复体缺少射线阻射性等不足[7]。Balkenhol等[8]测定了3种复合树脂类暂时冠桥树脂材料和1种传统自凝塑料冠桥树脂材料的力学性能，结果表明，自凝塑料的弯曲强度、弯曲模量显著低于复合树脂类材料，弯曲强度均值只有后者的1/2 ～ 1/3，这一结果与本研究结果相近。自凝塑料的低强度可能与其聚合物结构有关，自凝塑料聚合过程是其小分子甲基丙烯酸甲酯的聚合过程，最终形成分子量不是很大的线性聚合物，导致其强度和弹性模量不高[9]。自凝塑料粉、液混合时气泡的卷入也是其聚合物强度不高的原因。LuxaCrown 材料的断裂韧度明显优于Protemp 4和自凝塑料，而Protemp 4和自凝塑料的断裂韧度的差异无统计学意义。这说明材料的断裂韧性与材料类型关系不大，可能与材料的具体组成成分有关。本文采用普兰-梅尔估计器（Kaplan-Meier estimator）对3种被测材料的弯曲强度的生存率进行分析，展示了这些材料在不同的弯曲应力下的生存率，从图2可见，LuxaCrown 材料展现出最好的生存率，其次是Protemp 4，而传统自凝树脂的生存率最低。普兰-梅尔估计器是一种估计未知总体生存函数的非参数估计量. 用于估计和绘制随时间变化的生存概率，是常用的生存率统计方法。

4 结论

本研究提示：半永久冠桥树脂材料LuxaCrown的力学性能（弯曲强度、压缩强度及断裂韧度）最高，其次是普通冠桥树脂材料Protemp 4，MB自凝塑料的力学性能最差。。