树脂基复合材料.ppt
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- 树脂 复合材料
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1、树脂基复合材料树脂基复合材料resin-based composite materials n树脂基复合材料树脂基复合材料(resin-based composite materials)是以可聚合树脂为基体,以无机填料或纤维为增强材料的一类复合材料。n包括复合树脂、聚酸改性复合树脂、纤维增强树脂复合材料。n有相同或相似的组成和固化机制,性能上有一定的共性。n用于牙齿缺损、缺失的直接或间接修复。第一节第一节 组成及固化反应组成及固化反应n一、组成一、组成n(一)树脂基质(一)树脂基质n树脂基质树脂基质是复合树脂的主体成分,主要作用是将复合树脂的各组成粘附结合在一起,赋予可塑性、固化特性和强度。
2、n树脂基质树脂基质由含两个或两个以上的甲基丙烯酸酯官能团的单体构成。n树脂基质树脂基质-双酚双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯双甲基丙烯酸缩水甘油酯(BIS-GMA)-氨基甲酸酯双甲基丙烯酸酯氨基甲酸酯双甲基丙烯酸酯(UDMA)-单体粘度大,不能混入足够量的无机填料,加入部分单体粘度大,不能混入足够量的无机填料,加入部分低粘度稀释单体共同组成树脂基质。低粘度稀释单体共同组成树脂基质。n稀释单体稀释单体-双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯(TEGDMA或3G)n树脂基质树脂基质将无机填料等组分结合起来形成可塑型的糊剂,将无机填料等组分结合起来形成可塑型的糊剂,进一步通过交联反应由糊状
3、物变成不溶(不熔)的坚硬固进一步通过交联反应由糊状物变成不溶(不熔)的坚硬固体。体。n甲基丙烯酸酯单体甲基丙烯酸酯单体在固化时所发生的聚合收缩是复合树脂在固化时所发生的聚合收缩是复合树脂的一大缺陷。的一大缺陷。n近年来,以环氧基为反应性端基的树脂被用作树脂基质。近年来,以环氧基为反应性端基的树脂被用作树脂基质。环氧基环氧基在固化过程中经历开环聚合,聚合收缩明显小于甲在固化过程中经历开环聚合,聚合收缩明显小于甲基丙烯酸酯类树脂,有利于提高修复体的边缘密合性。基丙烯酸酯类树脂,有利于提高修复体的边缘密合性。n(二)增强材料(二)增强材料n显著提高材料的力学性能显著提高材料的力学性能n减少树脂的聚合
4、收缩减少树脂的聚合收缩n降低热胀系数降低热胀系数n遮色和遮色和X X射线阻射的作用射线阻射的作用n1、颗粒状无机填料、颗粒状无机填料 n石英粉石英粉(quartz)n钡玻璃粉钡玻璃粉n玻璃纤维粉玻璃纤维粉n锶玻璃粉锶玻璃粉n含钡、锶有射线阻射性,便于含钡、锶有射线阻射性,便于X线观察。线观察。n粒度越小,抛光性能越好;粒度越小,抛光性能越好;n圆形填料的抛光性能优于不规则外形的填料;圆形填料的抛光性能优于不规则外形的填料;n圆形填料强度优于具有尖锐棱角的填料;圆形填料强度优于具有尖锐棱角的填料;n填料含量越多,材料压缩强度越大,聚合收缩越小。填料含量越多,材料压缩强度越大,聚合收缩越小。n大多
5、数微米级的无机填料为不规则形状,纳米级无机填大多数微米级的无机填料为不规则形状,纳米级无机填料多为球形。料多为球形。n搭配使用不同粒度的无机填料可以显著提高填料的添加搭配使用不同粒度的无机填料可以显著提高填料的添加量,因为小填料可以充填大填料间的间隙。量,因为小填料可以充填大填料间的间隙。2、无机填料外形、粒度及添加量、无机填料外形、粒度及添加量n3、增强材料与树脂基质间的结合、增强材料与树脂基质间的结合n有机硅烷处理有机硅烷处理无机增强材料可以显著提高增强材料与无机增强材料可以显著提高增强材料与树脂间的结合。树脂间的结合。n有机硅烷有机硅烷使无机填料与树脂间形成化学结合。使无机填料与树脂间形
6、成化学结合。n(三)固化引发体系(三)固化引发体系n1、氧化还原引发体系、氧化还原引发体系n引发剂(氧化剂)引发剂(氧化剂)和和促进剂(还原剂)促进剂(还原剂)构成构成n常用的引发剂是过氧化苯甲酰常用的引发剂是过氧化苯甲酰(BPO),常用的促进剂,常用的促进剂有芳香叔胺有芳香叔胺(tertiary amine)。n化学固化树脂基复合修复材料分为双组分,其中一组分化学固化树脂基复合修复材料分为双组分,其中一组分含有含有引发剂引发剂,另一组分含有,另一组分含有促进剂促进剂,两组分混合后,氧,两组分混合后,氧化剂与促进剂发生氧化还原反应,产生活性自由基,引化剂与促进剂发生氧化还原反应,产生活性自由基
7、,引发树脂基质和稀释剂聚合固化。发树脂基质和稀释剂聚合固化。n2、光固化引发体系、光固化引发体系 n由由光敏剂光敏剂和和促进剂促进剂组成组成n常用的常用的光敏剂光敏剂是是樟脑醌樟脑醌(camphoroquinone,CQ),促进剂促进剂有甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。有甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。n樟脑醌樟脑醌在促进剂存在下,受到波长为在促进剂存在下,受到波长为440-500nm光光线照射时,分解产生活性自由基,引发树脂基质和稀线照射时,分解产生活性自由基,引发树脂基质和稀释剂聚合固化。释剂聚合固化。n3、热引发体系、热引发体系 n常用的热引剂为过氧化苯甲酰。常用的热引剂为过氧化苯甲酰。n加热过氧化苯甲
8、酰至加热过氧化苯甲酰至6080时,就会分解出自时,就会分解出自由基,引发单体及树脂聚合固化。由基,引发单体及树脂聚合固化。n(四)其他成分(四)其他成分1、阻聚剂、阻聚剂n 为防止复合树脂在生产、运输、贮存过程中的聚合为防止复合树脂在生产、运输、贮存过程中的聚合而获得足够的有效贮存期。常用的阻聚剂是一些酚类而获得足够的有效贮存期。常用的阻聚剂是一些酚类化合物,如对苯二酚化合物,如对苯二酚。2、颜料、颜料n 为获得复合树脂与天然牙颜色相匹配为获得复合树脂与天然牙颜色相匹配n二、二、固化反应固化反应n以以甲基丙烯酸酯类甲基丙烯酸酯类为树脂基质的复合材料的固化反为树脂基质的复合材料的固化反应是活性自
9、由基引发的聚合反应;应是活性自由基引发的聚合反应;n自凝复合树脂自凝复合树脂的聚合是引发剂和促进剂的氧化还原的聚合是引发剂和促进剂的氧化还原反应产生的自由基引发的聚合反应;反应产生的自由基引发的聚合反应;n光固化复合树脂光固化复合树脂通过可见蓝光引发聚合;通过可见蓝光引发聚合;n双重固化复合树脂双重固化复合树脂用氧化还原反应引发和光引发相用氧化还原反应引发和光引发相结合来实施聚合。结合来实施聚合。第二节第二节 复合树脂复合树脂一、分类一、分类(一)按无机填料大小分类(一)按无机填料大小分类1、超微填料复合树脂超微填料复合树脂 2、混合填料复合树脂混合填料复合树脂3、纳米填料复合树脂纳米填料复合
10、树脂1、超微填料复合树脂超微填料复合树脂 超微填料(超微填料(microfiller)的初级粒子平均直径为的初级粒子平均直径为0.04m,但相互黏附、聚集使粒径为,但相互黏附、聚集使粒径为0.4-0.7m。n超微粒子表面积大,增稠作用大,填料的添加量一般不超超微粒子表面积大,增稠作用大,填料的添加量一般不超过过38%,n由于填料含量小,其强度不高,弹性模量低,聚合收缩大由于填料含量小,其强度不高,弹性模量低,聚合收缩大,吸水率大,也不具有射线阻射性。,吸水率大,也不具有射线阻射性。n透光性、抛光性能、及保持表面光滑的性能极佳,且耐磨透光性、抛光性能、及保持表面光滑的性能极佳,且耐磨耗性能较好。
11、耗性能较好。n为了提高填料添加量,事先在工厂中通过机械强力混为了提高填料添加量,事先在工厂中通过机械强力混合向树脂基质中加入较多的超微填料,后用机械方式合向树脂基质中加入较多的超微填料,后用机械方式粉碎成预聚合填料。粉碎成预聚合填料。n将将预聚合填料与超微填料预聚合填料与超微填料添加到树脂基质,制出含有添加到树脂基质,制出含有预聚合填料的复合树脂。预聚合填料的复合树脂。n可将无机填料含量提高到可将无机填料含量提高到50%,可提高力学性能,降,可提高力学性能,降低聚合收缩和吸水率。低聚合收缩和吸水率。2、混合填料(混合填料(hybrid filler)型)型 n大颗粒填料大颗粒填料(0.110m
12、)和少量超微填料少量超微填料混合组成。n粒子的表面积小,增稠作用小。粒子的表面积小,增稠作用小。n无机填料含量大,力学性能好,聚合收缩小。无机填料含量大,力学性能好,聚合收缩小。n根据填料粒度大小可分为:根据填料粒度大小可分为:n细混合填料复合树脂细混合填料复合树脂(10m)n超细混合填料复合树脂超细混合填料复合树脂(5.0m)n微混合填料复合树脂微混合填料复合树脂(不超3.0m)n粒度越小,抛光性能越好。粒度越小,抛光性能越好。n前两者具有良好力学性能和抛光性能,称为通用型复合前两者具有良好力学性能和抛光性能,称为通用型复合树脂。树脂。n3、纳米填料复合树脂纳米填料复合树脂n由单分散纳米粒子
13、(由单分散纳米粒子(575nm)和纳米粒子团簇()和纳米粒子团簇(0.61.4m)构成。)构成。n通过优化配比,有效减少填料间的空隙,填料含量可通过优化配比,有效减少填料间的空隙,填料含量可达达79%。n聚合收缩较小,力学性能与混合填料型相当。聚合收缩较小,力学性能与混合填料型相当。n优异的抛光性能和表面光滑性能,在临床上作为通用优异的抛光性能和表面光滑性能,在临床上作为通用型复合树脂使用。型复合树脂使用。n(二)按操作性能分类(二)按操作性能分类 1.流动性(流动性(flowable)复合树脂)复合树脂n较大的流动性,注射到牙齿的微小窝洞内。较大的流动性,注射到牙齿的微小窝洞内。n无机填料含
14、量少,弹性模量低。无机填料含量少,弹性模量低。n固化深度可达固化深度可达4mmn大体积充填复合树脂。大体积充填复合树脂。2.可压实复合树脂可压实复合树脂n 无机填料含量高(无机填料含量高(70%80%),充填时材料不易),充填时材料不易从周围挤出,易压实,特别是容易形成良好的后牙邻从周围挤出,易压实,特别是容易形成良好的后牙邻面接触点。该材料主要用于后牙较大缺损的修复。面接触点。该材料主要用于后牙较大缺损的修复。(三)按应用部位分类(三)按应用部位分类 1.前牙(前牙(anterior)复合树脂)复合树脂 n具有优良的色泽、半透明性和抛光性能具有优良的色泽、半透明性和抛光性能。n超微填料复合树
15、脂超微填料复合树脂就是一种前牙复合树脂。就是一种前牙复合树脂。2.后牙(后牙(posterior)复合树脂)复合树脂n通常含有大量填料(可达通常含有大量填料(可达90%),填料粒度分布范围填料粒度分布范围广(广(0.110m),固化后具有较高抗压强度、硬度),固化后具有较高抗压强度、硬度,耐磨耗,能较好地承受咀嚼力。,耐磨耗,能较好地承受咀嚼力。n可压实复合树脂可压实复合树脂就是一种后牙复合树脂。就是一种后牙复合树脂。3.通用型通用型(universal)复合树脂复合树脂 n大多数为混合填料型复合树脂,特别是微混合填料型大多数为混合填料型复合树脂,特别是微混合填料型复合树脂,有较好的的力学性能
16、和抛光性能,能兼顾复合树脂,有较好的的力学性能和抛光性能,能兼顾前牙和后牙修复,但用于后牙时只能用于中小缺损。前牙和后牙修复,但用于后牙时只能用于中小缺损。4.冠核冠核(core)复合树脂复合树脂n含大量无机填料,具有较高强度以满足桩冠修复要求含大量无机填料,具有较高强度以满足桩冠修复要求。通常为化学固化或双重固化。通常为化学固化或双重固化。5.临时性冠桥临时性冠桥(temporary crown bridge)复合树脂复合树脂n用于制作临时性冠、桥、嵌体等,通常为双组分化学用于制作临时性冠、桥、嵌体等,通常为双组分化学固化。固化。n(四四)根据临床修复过程根据临床修复过程n1.直接修复复合树
17、脂直接修复复合树脂 n用于直接充填修复,目前的大多数复合树脂用于直接充填修复,目前的大多数复合树脂。n2.间接修复复合树脂间接修复复合树脂n固化过程在体外,力学性能更好。固化过程在体外,力学性能更好。n(五)根据固化方式(五)根据固化方式 1.化学固化复合树脂(化学固化复合树脂(chemical cure)n又称自凝复合树脂,一组分含引发剂,另一组分含促进剂,混合后又称自凝复合树脂,一组分含引发剂,另一组分含促进剂,混合后室温室温25分钟固化。分钟固化。2.光固化(光固化(light cure)复合树脂)复合树脂n为单一糊剂,不需混合,光固化灯照射,目前临床上大多数为此型为单一糊剂,不需混合,
18、光固化灯照射,目前临床上大多数为此型。3.双重固化(双重固化(dual curing)复合树脂复合树脂n双糊剂,含氧化还原引发体系,混合两组分,成型后可用光固化即双糊剂,含氧化还原引发体系,混合两组分,成型后可用光固化即可进行固化,内部继续进行氧化还原反应自凝固化。主要用于需要可进行固化,内部继续进行氧化还原反应自凝固化。主要用于需要一次固化体积较大的修复体。一次固化体积较大的修复体。二、性能二、性能(一)固化特性(一)固化特性1.化学固化复合树脂的固化时间化学固化复合树脂的固化时间n不大于不大于5min,不小于不小于90sn 气温高固化快气温高固化快 气温低固化慢气温低固化慢 2.光固化材料
19、的固化深度(光固化材料的固化深度(curing depth)n照射照射20s,固化深度应不小于,固化深度应不小于1.5mm。n较深的窝洞需要分层充填,每层不超过较深的窝洞需要分层充填,每层不超过2mm,n大体积充填复合树脂可一次充填固化大体积充填复合树脂可一次充填固化4mm。n空气中空气中氧氧对复合树脂有阻聚作用,表面形成一层未固化对复合树脂有阻聚作用,表面形成一层未固化层,称之为层,称之为厌氧层厌氧层。n影响固化深度的因素影响固化深度的因素n材料的透明度材料的透明度n照射波源有效波长的光强度照射波源有效波长的光强度n照射时间和光源离材料表面的距离。照射时间和光源离材料表面的距离。n透明度差,
20、固化深度小;透明度差,固化深度小;n透明度低,照射时间长;透明度低,照射时间长;n光源离材料表面的距离为光源离材料表面的距离为12mm。n3.聚合程度聚合程度n未聚合的单体称未聚合的单体称残留单体残留单体(residual monomer)。n复合树脂的双键转化率通常为复合树脂的双键转化率通常为55%70%,间接修复复合树脂可达,间接修复复合树脂可达80%。n残留单体残留单体对复合树脂的机械性能和生物安全性有直接的影对复合树脂的机械性能和生物安全性有直接的影响,残留单体量越大,复合树脂的机械强度越低,对牙髓响,残留单体量越大,复合树脂的机械强度越低,对牙髓的刺激性越大。的刺激性越大。4.聚合收
21、缩聚合收缩 n现有复合树脂均存在一定的现有复合树脂均存在一定的聚合体积收缩聚合体积收缩(volumetric shrinkage),以甲基丙烯酸酯为基质的复合树脂的聚合收缩率一,以甲基丙烯酸酯为基质的复合树脂的聚合收缩率一般为般为1.54.0。n复合树脂的体积收缩率取决于单位体积材料中发生聚合反应的官复合树脂的体积收缩率取决于单位体积材料中发生聚合反应的官能团的数量,数量越多,收缩率越大。使用大分子量的树脂基质能团的数量,数量越多,收缩率越大。使用大分子量的树脂基质和添加无机填料有效减少单位体积材料内官能团的数量,进而减和添加无机填料有效减少单位体积材料内官能团的数量,进而减少体积收缩率。少体
22、积收缩率。n研究表明研究表明,无论是化学固化还是光固化复合树脂,固化体积收缩,无论是化学固化还是光固化复合树脂,固化体积收缩均趋向修复体中心,但应用酸蚀技术和良好粘结后,收缩方向则均趋向修复体中心,但应用酸蚀技术和良好粘结后,收缩方向则趋向洞壁。趋向洞壁。(二)热膨胀系数(二)热膨胀系数n现有复合树脂的线胀系数均大于天然牙,与树脂基质和无机现有复合树脂的线胀系数均大于天然牙,与树脂基质和无机填料的种类以及含量有关,在树脂基质相同的情况下,填料填料的种类以及含量有关,在树脂基质相同的情况下,填料含量越多,线胀系数越小。含量越多,线胀系数越小。n在口腔温度急剧变化时,复合树脂与牙体组织线胀系数的不
23、在口腔温度急剧变化时,复合树脂与牙体组织线胀系数的不匹配将产生较大的热应力并形成匹配将产生较大的热应力并形成边缘裂缝边缘裂缝。n(三)边缘密合性(三)边缘密合性n边缘密合性边缘密合性(marginal sealing)是指牙齿修复体与牙齿结是指牙齿修复体与牙齿结合界面的密封性能。结合破坏后,材料与牙齿硬组织间出现微小合界面的密封性能。结合破坏后,材料与牙齿硬组织间出现微小缝隙,口腔中食物残渣、色素、细菌及其代谢产物能进入缝隙内缝隙,口腔中食物残渣、色素、细菌及其代谢产物能进入缝隙内,形成,形成微渗漏(微渗漏(microleakage),),导致修复体边缘变色、术后导致修复体边缘变色、术后敏感(
24、敏感(post-operative sensitivity)等。)等。n复合树脂充填物固化前期表面流动凹陷补偿收缩的量与洞形因素复合树脂充填物固化前期表面流动凹陷补偿收缩的量与洞形因素值密切相关。洞形因素值越小,边缘密合性越好。值密切相关。洞形因素值越小,边缘密合性越好。(四)力学性能(四)力学性能n 牙齿修复材料的力学性能特别是弹性模量,应当尽量与牙齿牙齿修复材料的力学性能特别是弹性模量,应当尽量与牙齿硬组织的相同或相近。硬组织的相同或相近。n复合树脂具有较高的机械强度,能承受一定的咀嚼力,质韧而复合树脂具有较高的机械强度,能承受一定的咀嚼力,质韧而不易脆裂折断。不易脆裂折断。n压缩强度和弯
25、曲强度是表征材料抵抗咀嚼压力的重要指标。压缩强度和弯曲强度是表征材料抵抗咀嚼压力的重要指标。n复合树脂的力学性能受到其无机填料含量、填料与树脂基质的复合树脂的力学性能受到其无机填料含量、填料与树脂基质的结合强度、填料颗粒粒度及其分布的影响。填料越多,力学性结合强度、填料颗粒粒度及其分布的影响。填料越多,力学性能越高。能越高。(五)耐磨耗性能(五)耐磨耗性能n由于基质树脂与无机填料的弹性模量相差较大,应力主要通由于基质树脂与无机填料的弹性模量相差较大,应力主要通过弹性模量较低的树脂间传递,造成低强度树脂被磨耗,填过弹性模量较低的树脂间传递,造成低强度树脂被磨耗,填料逐渐暴露、脱落。而超微型复合树
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