Длительная прочность полимерных композитов в стоматологической практике

Третьяков Н.С., ГВУЗ «Украинский государственный химико-технологический университет»,

Третьякова А.С., Спориш Е.А., Маслеева Н.Ф., Журавель И.В. КУ Днепропетровская городская клиническая больница №18

 

 

Новые реставрационные способы восстановления и коррекции эстетических и функциональных параметров зуба требуют внедрения в стоматологическую практику новых материалов – полимерных композитов. Мировой рынок стоматологических препаратов предлагает широкую гамму материалов светового отвердения, стеклоиономерных материалов химического отвердения, адгезивных систем и других вспомогательных материалов.

Однако, опубликованных экспериментальных исследований этих композитов в области физико-механических, теплофизических, прочностных и адгезионных свойств и характеристик практически нет. Поэтому и возникла идея аналитически описать один из значительных моментов исследования – прочностные свойства композитов, т.е. долговечность реставрации зуба.

Прогнозирование долговечности полимерной композиции при определённых стоматологом условиях работоспособности даёт возможность оптимальным образом подобрать материал и технологический режим его внедрения. В настоящее время большой интерес вызывают модели разрушения композиционных материалов, отображающие термофлуктуационный характер длительной прочности. Данная модель длительной прочности построена на базе термофлуктуационной концепции прочности твёрдых тел, разработанной С.Н. Журновым и его сотрудниками [1]. Согласно этой теории разрушение материала следует рассматривать как временный термоактивационный процесс, описываемый фундаментальным уравнением

 

,                                                                        (1)

где - время разрушения материала с момента эксплуатации

       (долговечность);

        - константа, имеющая смысл периода колебания атомов,

(10-11-10-13 с);

      – основание натурального логарифма;

        – энергия активации разрушаемых связей в композиционном   

               материале;

       - разрушающее напряжение;

        – постоянная Больцмана;

        – абсолютная температура;

       - постоянная, связанная со структурой материала.

 

 

С позиции кинетической теории композит рассматривается как тело, состоящее из множества структурных составляющих – кинетических единиц, в качестве которых могут приниматься атомы и молекулы вещества, т.е. элементы, совершающие тепловые колебания. Следовательно, предел прочности композита определяется не только напряжением, но и тепловым движением. Приложенная в полости рта нагрузка понижает внутреннюю энергию химических связей и способствует разрушению композита под действием теплового движения.

Из литературных источников [1] структурный коэффициент  для полимерных композитов составляет величину 1,21,6. В конечном итоге для определения долговечности t пломбировочного материала необходимо выяснить энергию активации разрушаемых связей в композите. Можно оценить параметры межмолекулярного взаимодействия по величине удельной когезионной энергии, или плотности энергии когезии, которая численно равна потенциальной энергии единицы объёма вещества [2,3]. Плотность энергии когезии эквивалентна работе удаления взаимодействующих молекул за пределы зоны взаимодействия друг с другом. Если когезия обусловлена силами Ван-дер-Ваальса, плотность энергии когезии  можно определить исходя из уравнения [3]:

,                                                                             (2)                                                                                     

где  - молярная потенциальная энергия вещества;

         - молярный объём;

         - постоянная Авогадро;

        - потенциальная энергия одной молекулы.

         

           Из выражения (2) находим

            ,                                                                               (3)

где  - число молекул или атомных групп главной цепи молекулы полимера в единице объёма. Используя параметры плотности вещества  и относительную молекулярную массу , находим

            ,                                                                                      (4)              

За когезионные свойства трёхмерных полимеров, главную ответственность несут силы химической связи. У полимеров с водородными связями значительную долю в энергии когезии будет составлять энергия водородных связей. Лишь у линейных полимеров, не склонных к образованию поперечных сшивок и не имеющих водородных связей, плотность энергии когезии равна энергии Ван-дер-Ваальсовых связей. В общем же случае когезия полимеров обусловлена одновременным действием сил различной природы. Отмеченную особенность такой экспериментальной характеристики полимеров, как плотность энергии когезии можно использовать как упрощающий фактор в расчётах параметра . Если не разделять межмолекулярные взаимодействия на Ван-дер-Ваальсовые и водородные, а вводить некоторое усреднённое межмолекулярное взаимодействие, то и будет средней оценкой энергии диссоциации всех видов связей. Это может существенно упростить необходимость в раздельном расчёте энергий отдельных видов взаимодействия молекул.

Плотность энергии когезии выражают через параметр растворимости  для некоторых полимеров. Параметр растворимости полимеров находится в пределах

 

6,510,5[4,184 Дж/см3]1/2.

 

Обозначенные параметры уравнений (1-4) акцентируют внимание стоматологов практиков и разработчиков композитов для анализа и учёта их в своей творческой деятельности. Реальные процессы разрушения композитов настолько сложны, что указанная модель может рассматриваться как первое приближение к изучению процессов долговечности применяемых реставрационных способов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1.     Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твёрдых тел., М., Наука, 1974., 560с.

2.     Тобольский А. Свойства и структура полимеров., М., 1964., 322с.

3.     Шиц Л.А. Когезия. –В кн. Энциклопедия полимеров., т.1., 1972, с 1039-1051.