Коэффициент линейного термического расширения тканей зуба

Опубликовано: 23.04.2024

Диапазон температур, 0 С

Акриловый базисный материал

К химическимотносятся те свойства, которые проявляются при химическом взаимодействии материала с окружающей средой полости рта. Металлы и другие материалы в процессе отработки подвергаются действию кислот и растворов. Материалы, находящиеся в полости рта подвержены действию слюны, пищи, имеющих различную – кислую или щелочную среду.

Процессы выделения металлов из состава сплавов, окисление металлов при нагревании, полимеризация, взаимодействие между ионами фтора, кальция и фосфора, входящих в составы профилактических материалов, с твердыми тканями зубов, твердение материалов и др. представляют собой химические реакции.

Одним из требований, предъявляемым к конструктивным материалам, является их химическая инертность. Ряд металлов и сплавов не могут быть использованы для изготовления зубных конструкций из-за коррозионной неустойчивости, приводящей к разрушению металла. К химическим свойствам относят такжеокисляемостьирастворимость. Для определения коррозионной стойкости в различных условиях используют метод испытаний в жидкости с полным погружением, в парах, в кипящем солевом растворе, в атмосфере, в лабораторных условиях.

Механические свойствахарактеризуют способность материалов сопро-тивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам отно-сят прочность, твёрдость, вязкость, упругость, пластичность, хрупкость. Механические свойства материалов подчиняются законам механики и изучаются в разделе физики, который отражает закономерности влияния энергии и силы на физическое тело. Жевательные и другие функциональные нагрузки – это силы, которые действуют на стоматологические материалы в условиях полости рта. В зависимости от функции различных групп зубов (резцы, клыки, премолляры, моляры) жевательная нагрузка колеблется от 50 до 30-500 Н (Ньютон), наибольшая приходится на жевательные зубы. Механические свойства определяют как поведет себя материал под действием этих сил.

Механические свойства твердых тел – прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, удар, твердость – характеризуют сопротивление материалов воздействию различных нагрузок и в значительной мере определяют область их применения при восстановлении зубов. Под действием нагрузки в твердом теле происходят изменения (деформации) или оно разрушается. Различают упругие (эластичные) или обратимые деформации (после снятия нагрузки к твердому телу возвращается первоначальная форма) и остаточные (пластичные) или необратимые (после прекращения действия нагрузки формы и размеры тела изменяются).

Материалы по различным свойствам разделяют на:

- изотропные(свойства материалов одинаковы в любых направлениях, например, металлы, каучук);

- анизотропные(свойства в различных направлениях не одинаковые, например, дерево, волокна, слоистые пластики).

Важным свойством материала является прочность.

Прочность– это способность материала без разрушения (деформации) противостоять действию внешних сил.

Деформация– это изменение размеров и формы тела под действием приложенных к нему сил.

Предел прочности– это степень деформации материала до наступления разрыва, определяется процентом вытяжения или сжатия материала под воздействием сил вытяжения или компрессии.

Теоретическая прочностьматериала исходит из его строения, межмолекулярных связей, может предсказать его прочность, но его реальная прочность в 10-100 раз ниже. Реальные изделия не имеют идеальных гладких поверхностей. Пломбы, искусственные коронки, мостовидные протезы имеют неправильную геометрическую форму с изгибами, углами, надрезами, в которых будут концентрироваться напряжения под действием жевательных нагрузок, их называютконцентраторами напряжения. Если концентраторы действуют в хрупком материале, таком как керамика, в нем образуется трещина, которая мгновенно распространяется по материалу и приводит к разрушению, внезапно, без видимых деформаций.

Металлы способны течь и удлиняться до 120% от их первоначальной длины, прежде чем разрушиться. Полимеры в основном не прочны и очень эластичны по сравнению с металлами и керамикой, что объясняется особенностями молекулярного строения: сильные связи внутри полимерных цепей и слабые – между цепями.

Технические свойстваопределяют способность материалов подвергаться различным видам обработки. К ним относятся испытания на литье, ковкость, штамповку, прокатку, волочение, свариваемость, пайку и обработку режущими инструментами.

Под биологическими свойствамиматериаловпонимают возможное воздействие их на биологическую среду, в которой они находятся. Все конструкционные и вспомогательные материалы не должны оказывать отрицательное влияние на ткани и жидкости, с которыми они контактируют, изменять микрофлору полости рта, нарушать митотический процесс, влиять на рН, нарушать кровообращение, чувствительность, тем более не вызывать воспаления и т.д.

Все конструкционные материалы проходят специальную проверку на животных и в биологических средах на биологическую инертность. Стоматологический материал должен отвечать определенным токсико-гигиеническим требованиям.

Схема ориентировочной основы действия

CC BY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Елгина А. Н., Морозова Светлана Ивановна, Улитенко А. И., Глухова Е. А.

Изучена зависимость коэффициента линейного расширения композитных пломбировочных материалов Composite, Alert, Filtek Z250, Valux Plus, Charisma и Admira Flow от температуры.

THE INVESTIGATION INTO ADHESIVE PROPERTIES OF COMPOSITE DENTAL RESTORATIVE MATERIALS DEPENDING ON THE THERMAL EXPANSION COEFFICIENT

This study was focused on the elucidation of the temperature dependence of the expansion coefficient of a number of composite dental filling materials, such as Composite, Alert, Filtek Z250, Valux Plus, Charisma, and Admira Flow.

Текст научной работы на тему «Изучение адгезивных свойств композитных пломбировочных материалов в зависимости от коэффициента теплового расширения»

РОССИЙСКИЙ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, №1, 2012

А. Н. Елгина, С. И. Морозова, А. И. Улитенко, Е. А. Глухова

изучение адгезивных свойств композитных пломбировочных материалов в зависимости от коэффициента теплового расширения

Кафедра терапевтической и детской стоматологии ГБОУ ВПО Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И. П. Павлова Минздравсоцразвития России (390026, г. Рязань, ул. Высоковольтная, д. 9)

Ключевые слова: композитные пломбировочные материалы, коэффициент линейного расширения

THE INVESTIGATION INTO ADHESIVE PROPERTIES OF COMPOSITE DENTAL RESTORATIVE MATERIALS DEPENDING ON THE THERMAL EXPANSION COEFFICIENT Elgina A.N., Morozova S.I., Ulitenko A.I., Glukhova E.A.

В настоящее время композитные пломбировочные материалы занимают лидирующие позиции среди всех реставрационных материалов и их область применения с каждым годом все больше расширяется. Физико-химические свойства современных композитов позволяют использовать их в диапазоне от малоинвазивных вмешательств при герметизации фиссур до реконструкции культей под ортопедические конструкции.

Свойства композитов зависят главным образом от размера частиц и степени наполнения органической матрицы неорганическим компонентом. Размер частиц влияет на по-лируемость, устойчивость к стиранию и цветостабильность. От степени наполнения зависят прочность, тепловое расширение, полимеризационная усадка. Степень наполнения напрямую связана с размером частиц: чем он меньше, тем меньше степень наполнения.

Проведенный анализ литературных источников свидетельствует о большом выборе пломбировочных материалов. Многие ученые проводят исследования композитов по цветоустойчивости и сохранению краевого прилегания пломб, но, к сожалению, результаты этих исследований не всегда однозначны.

Все перечисленное выше затрудняет выбор практическими врачами-стоматологами соответствующего материала, поэтому мы сочли целесообразным изучить зависимость коэффициента линейного расширения композитных пломбировочных материалов от температуры (Charisma, Valux Plus, Admira flow, Alert, V.L.C.Composite и Filtek Z250).

Цель исследования - изучение зависимости коэффициента линейного расширения композитных пломбировочных материалов от температуры (Composite, Alert, Filtek Z250, Valux Plus, Charisma и Admira Flow).

Морозова Светлана Ивановна - зав. каф. терапевтической и детской стоматологии, тел. 8 (910) 614-75-77

Материал и методы

Физико-техническими методами определяли зависимость коэффициента линейного расширения пломбировочных материалов от температуры. Исследования проводили на базе ГОУ ВПО Рязанская государственная радиотехническая академия.

Изготовление экспериментальных образцов на основе пломбировочных материалов Composite, Alert, Filtek Z250, Valux Plus, Charisma и Admira Flow осуществляли следующим образом:

1. Шприц с пломбировочным материалом закрепляли вертикально с помощью лабораторного штатива выходным отверстием вниз. Вращением штока поршня по часовой стрелке из шприца медленно выдавливался цилиндрический столбик пломбировочного материала высотой около 55 мм. После этого пломбировочный материал подвергали воздействию ультрафиолетового излучения с помощью двух ламп Supra 1000 до полной полимеризации.

2. На полученных таким образом заготовках выделяли прямолинейные участки, а излишки материала удаляли с помощью алмазного диска. Плоская форма торцов исследуемых образцов обеспечивалась обработкой на шлифовальном круге.

3. Для придания образцам устойчивости в процессе измерений их приклеивали к кварцевому диску толщиной 0,5 мм. При такой толщине диска и крайне малом коэффициенте термического расширения кварца (6 • 10-7 °С-1) вносимая систематическая погрешность измерения будет находиться за пределами чувствительности измерительного прибора.

Для исследования термического расширения пломбировочных материалов Composite, Alert, Filtek Z250, Valux Plus, Charisma и Admira Flow спроектировали и изготовили экспериментальную установку.

Принцип действия экспериментальной установки заключался в следующем: исследуемый образец помещали строго вертикально в емкости, а к его верхнему срезу подводился подвижный шток часового индикатора перемещений. При этом показания индикатора, соответствующие температуре окружающей среды, принимались за нулевую точку отсчета. Далее

включался регулируемый источник питания HY 3010 Е и с помощью регулировки его выходного напряжения к нагревателю подводили определенное значение электрической мощности, приводившей к нагреву воды в емкости. Повышение ее температуры продолжалось до установления термодинамического равновесия, при котором подводимая мощность становилась равной мощности, отводимой за счет испарения воды и естественной конвекции воздуха. В этот момент фиксировали значение температуры образца и показания индикатора перемещений. По разности показания индикатора и значения, соответствующего нулевой точке отсчета, определяли абсолютное приращение длины образца при данной температуре.

В процессе математической обработки экспериментальных данных установлены аналитические соотношения, описывающие зависимость коэффициента линейного расширения пломбировочных материалов от температуры.

Полученные аналитические соотношения позволяют рассчитать температурные изменения размеров пломбировочных материалов Composite, Alert, Filtek Z250, Valux Plus, Charisma и Admira Flow при любой исходной протяженности. Эти соотношения используют для проведения сравнительного анализа данных материалов с одинаковой протяженностью, равной 5000 мкм (5 мм) в диапазоне температур от 15 до 55°С. Указанный температурный диапазон соответствует колебаниям температуры пломбировочного материала на величину около ± 20°С относительно нормальной температуры тела здорового человека. Примерно аналогичная ситуация наблюдается при употреблении таких пищевых продуктов, как мороженое, чай или кофе.

Выявлено, что наименьшие абсолютные приращения длины дает пломбировочный материал Charisma. При значениях температур T = 15°С и T = 55°С они составляют Al = -5,03 мкм и Al = +5,81 мкм соответственно.

Пломбировочный материал Admira Flou несколько уступает материалу Charisma. Его абсолютные приращения при температурах T = 15°С и T = 55°С составляют Al = -5,41 мкм и Al = +6,44 мкм.

При охлаждении абсолютные приращения пломбировочного материала Alert соизмеримы с материалом Admira Flou. При температуре T = 15°С оно составляет Al = -5,44 мкм. Однако при нагреве его приращения выше. При температуре T = 55°С оно составляет Al = +6,95 мкм.

Абсолютные приращения длины материалов Composite, Filtek Z250 и Valux Plus при нагреве практически одинаковы. При температуре T = 55°С они составляют Al = 7,36 мкм, Al = 7,26 мкм и Al = 7,45 мкм соответственно.

При охлаждении абсолютные приращения длины материалов Composite и Valux Plus также практически идентичны. При температуре T = 15°С они составляют Al = -6,98 мкм и Al = -6,93 мкм. В данном случае Composite и Valux Plus уступают материалу Filtek Z250, для которого Al = -6,51 мкм.

Следует, однако, отметить, что коэффициенты линейного расширения исследуемых пломбировочных материалов существенно превышают коэффициенты расширения твердых тканей зуба. Наибольшими коэффициентами линейного расширения обладают пломбировочные материалы Composite и Valux Plus. Несколько лучшими свойствами, с точки зрения коэффициента линейного расширения, обладает материал Filtek Z250. Еще более низкими коэффициентами линейного расширения характеризуются пломбировочные материалы Alert и Admira Flow.

Наименьшим коэффициентом линейного расширения обладает пломбировочный материал Charisma. В таких условиях хорошая фиксация пломбировочных материалов Charisma, Admira Flow и Alert объясняется их достаточной пластичностью.

Вывод: на адгезию пломбировочного материала влияет коэффициент линейного расширения композитных пломбировочных материалов, что подтверждено результатами исследования зависимости коэффициента линейного расширения рассмотренных материалов от температуры. Выявлено, что коэффициенты линейного расширения данных пломбировочных материалов существенно превышают коэффициенты расширения твердых тканей зуба.

О. И. Ефанов, В. Н. Царев, А. Г. Волков, А. С. Носик, Н. Ж. Дикопова, А. Л. Шпилко, А. А. Третьяков

АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЦИНКА ПРИ АПЕКС-ФОРЕЗЕ

Московский государственный медико-стоматологический университет (127473, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20, стр. 1)

Изучена антибактериальная эффективность цинка при апекс-форезе. Результаты исследования показали, что применение цинковых электродов не целесообразно в связи с тем, что по своим антибактериальным свойствам в отношении большинства представителей патогенной микрофлоры корневых каналов зубов цинковые электроды уступают серебряно-медным, применяемым в настоящее время. При проведении апекс-фореза цинк следует использовать в качестве раствора электролита - сульфата цинка, которым смачивают корневой канал в ходе процедуры. Выраженное противомикробное действие обеспечивает 2% раствор сульфата цинка.

Ключевые слова: апекс-форез, антибактериальный эффект ANTIBATERIAL EFFECTS OF ZINC DURING APEX-PHORESIS

Efanov O.I., Tsarev V.N., Volkov A.G. Nosik A.S., Dikopova N.Zh., Shpilko A.L. Tret'yakov A.A.

This work was designed to study antibaterial effects of zinc used in apex-phoresis. The data obtained indicate that the application of zinc electrodes can not be recommended for the purpose of apex-phoresis because their antibacterial activity against the majority ofpathogenic microflora species known to occur in the root canals of the teeth is much lower than that of the currently used silver-copper electrodes. Zinc should be used during apex-phoresis in the form of sulphate as a component of electrolyte solution for the moistening of the root canals. A 2% zinc sulphate solution was shown to produce a well-apparent antibacterial effect.

Key words: apex-phoresis, antibacterial effect

CC BY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Елгина А. Н., Морозова Светлана Ивановна, Улитенко А. И., Глухова Е. А.

THE INVESTIGATION INTO ADHESIVE PROPERTIES OF COMPOSITE DENTAL RESTORATIVE MATERIALS DEPENDING ON THE THERMAL EXPANSION COEFFICIENT

Текст научной работы на тему «Изучение адгезивных свойств композитных пломбировочных материалов в зависимости от коэффициента теплового расширения»

РОССИЙСКИЙ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, №1, 2012

А. Н. Елгина, С. И. Морозова, А. И. Улитенко, Е. А. Глухова

Ключевые слова: композитные пломбировочные материалы, коэффициент линейного расширения

THE INVESTIGATION INTO ADHESIVE PROPERTIES OF COMPOSITE DENTAL RESTORATIVE MATERIALS DEPENDING ON THE THERMAL EXPANSION COEFFICIENT Elgina A.N., Morozova S.I., Ulitenko A.I., Glukhova E.A.

Морозова Светлана Ивановна - зав. каф. терапевтической и детской стоматологии, тел. 8 (910) 614-75-77

Материал и методы

О. И. Ефанов, В. Н. Царев, А. Г. Волков, А. С. Носик, Н. Ж. Дикопова, А. Л. Шпилко, А. А. Третьяков

АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЦИНКА ПРИ АПЕКС-ФОРЕЗЕ

Московский государственный медико-стоматологический университет (127473, г. Москва, ул. Делегатская, д. 20, стр. 1)

Ключевые слова: апекс-форез, антибактериальный эффект ANTIBATERIAL EFFECTS OF ZINC DURING APEX-PHORESIS

Efanov O.I., Tsarev V.N., Volkov A.G. Nosik A.S., Dikopova N.Zh., Shpilko A.L. Tret'yakov A.A.

Key words: apex-phoresis, antibacterial effect

Теплофизические свойства сополимеров

Для сополимеров характерна более резко выраженная температурная зависимость механических свойств по сравнению с другими материалами, ранее применяемыми в стоматологии (цементы, амальгамы, металлы и т. д.). Эта зависимость обусловлена вязко-упругой природой деформации, т. е. сочетанием свойств вязкой жидкости (где вся работа, производимая при ее деформировании, рассеивается в виде тепла) и упругого тела, где она накапливается в виде потенциальной энергии, подобно растянутой пружине.

К теплофизическим свойствам сополимерных материалов относятся теплостойкость и тепловое расширение, теплопроводность.

Теплостойкость и тепловое расширение

Величина теплостойкости, или температуры размягчения, определяет предельную температуру эксплуатации сополимерных стоматологических материалов. Иными словами, это те предельные температуры, при которых сополимерный материал выдерживает определенную нагрузку в течение заданного времени. Для большинства аморфных стоматологических сополимеров теплостойкость близка к температуре стеклования. Величины теплостойкости сополимеров определяют из термомеханических кривых. Теплостойкость измеряется различными методами.

Так, теплостойкость полиметилметакрилата по Мартенсу 60—80° С, а но Вика 105—115° С. Введение в сополимерные стоматологические материалы неорганических наполнителей повышает теплостойкость, введение пластификаторов ее снижает.

Рабочие температуры использования стоматологических сополимерных материалов, а также процессы их обработки (шлифовка, полировка и т. д.) должны лежать ниже их теплостойкости. В противном случае будет происходить изменение механических характеристик этих материалов и их геометрических размеров, что имеет первостепенное значение для базисных сополимерных материалов.

Для большинства стоматологических сополимеров в качестве таких предельных рабочих температур можно использовать величины температур стеклования (Тс). С увеличением гибкости сополимерных цепей, например, с ростом длины олифатического радикала в полиалкилметакрилатах, изменяется Тс.
Температура стеклования, а следовательно, и теплостойкость сополимеров возрастает с увеличением полярности сополимерных цепей, приводящей к росту межмолекулярных взаимодействий макромолекул (силы когезии).

Найдена эмпирическая зависимость между Тс и свободным объемом сополимера.

Тепловое расширение сополимерных стоматологических материалов, кроме величин объемного теплового расширения, характеризуется также величинами линейного расширения. Однако большинство стоматологических сополимерных композиций, представляет апизатропные материалы, содержащие вещества с различными значениями величин . Это вызывает дополнительные внутренние напряжения в стоматологических материалах и в конечном итоге приводит к их разрушению. Как было показано выше, уменьшение различий в величинах а для составляющих композиционных пломбировочных материалов достигается соответствующим выбором неорганических наполнителей (пылевидный кварц и др.) и их обработкой (аппретированием) органическими соединениями.

Величина коэффициента линейного (объемного) теплового решения определяется на основании изменения длины или объема в зависимости от температуры:

где l₀ — длина образца при исходной температуре; βт — коэффициент линейного теплового расширения в диапазоне температур; l₁ — длина образца при температуре Т₁;l₂ — длина образца при температуре Т₂.

Как правило, используется средний коэффициент между Т₁ и Т₂:

Относительное удлинение при повышении температуры от 0° С до Т°С составит

и может быть изображено координатами ε — Т в определенном интервале температур эмпирической кривой, проходящей через начало координат ε=аТ+ЬТ 2 . Подобным образом коэффициент линейного расширения может быть получен графически.

Для большинства материалов этот весьма важный показатель непрерывно и постепенно увеличивается с повышением температуры до появления признаков химических и физико-химических превращений.

Характерные для сополимерных пломбировочных материалов изменения хода кривой связаны с фазовыми превращениями, вызванными структурными преобразованиями. В критических точках наблюдается резкое изменение коэффициента, либо разрыв кривой. Изотропное тело, например, при тепловом расширении сохраняет свою форму, поскольку длина его изменяется в любом направлении равнозначно, и выглядит:

Следовательно, для изотропного тела (материала) коэфицент объемного расширения будет равен:

Для анизотропных материалов, какими являются большинство стоматологических композитов, коэффициент линейного расширения а в различных направлениях не равнозначен.

Эти исследования стоматологических сополимерных материалов, используя метод их дилатометрического изучения, позволили определить не только изменение линейных размеров твердого тела, но и изучить ход многих явлений и процессов, происходящих в материале при изменении температуры. При помощи дилатометрии можно исследовать фазовые переходы с момента изготовления пломбировочного материала до его полного отверждения.

Исследованию подвергались все группы сополимерных пломбировочных материалов на основе: а) акриловых смол — норакрил-65; б) эпоксидных смол — дентоксид; в) эпоксиакриловых сополимерных композиций — акрилоксид.

Изучение проводилось в динамике и сравнении с твердыми тканями зуба, с которыми они контактируют (табл.40).

Установлено, что из всех подвергнутых изучению материалов наиболее устойчивыми к сохранению первоначального размера оказались материалы на основе эпоксидных смол. Коэффициент линейного теплового расширения в диапазоне исследуемых температур у этого материала был постоянным, независимо от изменения очередности нагрева и охлаждения образцов. Заметно неустойчивыми материалами оказались материалы на основе акриловых смол.

При рассмотрении системы зуб — пломба и сравнительной оценки свойств пломбировочных материалов главными ориентирующими показателями должны быть величины значений физико-механических свойств твердых тканей зуба. Результаты известных работ, отражающих эту проблему, имеют существенные различия. Wilson и др. (1970), в частности, получили значение коэффициента теплового расширения тканей зуба весьма сложным и неясным математическим расчетом.

Нами при изучении термодеформационных характеристик тканей зуба (исследовались образцы из 20 удаленных зубов) были получены неожиданные результаты. После некоторого теплового воздействия на образцы (исследования проводились на дентине свежеудаленных 3 | 3 зубов, верхних клыков, помещенных в изотопический раствор хлорида натрия) они начали уменьшаться. С повышением температуры отрицательная деформация существенно возросла, достигнув при температуре 64° С около 0,1%. При последующих нагревах характер термодеформационных кривых сохранялся, и только после девятого, десятого цикла (нагрев — охлаждение), длившихся в течение 14 ч, эти кривые становились устойчивыми. Образцы, изготовленные из других зубов (для достоверности), дали подобный эффект при тепловом воздействии. Наличие межструктурного плазменного субстрата у только что удаленного зуба является, по всей вероятности, причиной отрицательной деформации и соответственно отрицательного значения величины коэффициента линейного теплового расширения. Иными словами, процесс воздействия температурного фактора приводит к «высушиванию» образца и уменьшению его размера. Для доказательства этого было проведено взвешивание образцов из свежеудаленных зубов до термотренировки и после. Результаты взвешивания после 14-часового нахождения их в термоциклических условиях составили 7,61 ± ±0,57%. Эти данные представляют большой теоретический интерес.

Для получения истинного значения коэффициента линейного теплового расширения зубной ткани и основных пломбировочных материалов исследования проводились в условиях, приближенных к естественным. Образцы испытывали как в изолированной, так и в агрессивной средах. При исследовании сополимерных материалов, используемых для пломбирования зубов в диапазоне известных температур, присутствие агрессивной среды заметного влияния на ход термодеформационных кривых не оказало. В табл. 40 показаны зависимости показателей коэффициентов линейного расширения от циклических температурных нагрузок для различных групп пломбировочных материалов в сравнении с показателями твердых тканей зуба. Эти данные еще раз подтверждают имеющиеся различия, возникающие при температурных воздействиях между элементами системы зуб — пломба.

Плотность при
23°С, г/см 3

Об отсутствии же пористости свидетельствует полная прозрачность образца во время спекания при 370-390°С. Даже незначительная пористость вызывает мутность образца. Пористость, равная примерно 0,1-0,2%, заметно влияет на точность определения плотности.
Данные о зависимости удельного объема и плотности от температуры для образца со степенью кристалличности 68% (плотность медленно охлажденного изделия) приведены ниже:

Удельный объем, см 3 /г

Удельный объем, cм 3 /г

* При нагревании от 19,6 до 22°C удлиненный объём увеличивается на 0,74%
** При 327°С удлиненный объём увеличивается на 20%.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Основные показатели физико-механических свойств фторопласта-4 приведены ниже:

Разрушающее напряжение, кгс/см 2	Значения
при растяжении:	-
- незакаленный образец (кристалличность 05-08%)	140-350*
- закаленный образец (кристалличность 50%)	160-315*
при сжатии:	-
- при 1%-ной деформации	100
- 10%-ной деформации	185
Сопротивлению изгибу (стрела прогиба 6 мм)	185
Относительное удлинение при разрыт, %	250-500
Остаточное удлинение, %	250-350
Напряжение при 10%-ном удлинении, кгс/см 2	110-120
Модуль упругости, кгс/см 2	-
- при изгибе при 20°С	4700-8500
- сдвиге 2700	2700
Ударная вязкость, кгс·см/см 2	100 (не ломается)
Ударное растяжение, кгс·см/см 2 (DIN 53448)	-
- при 20°С	650
- 23°С	680
(удлинение при 20°С - 20%, при 23°С - 30%)	-
Твердость:	-
по Бринеллю, кгс/мм 2	3-4
по Шору при 20°С	-
- шкала С	85-87
- шкала D	55-59
Твердость по Роквеллу	-
- шкала I	80-95

· В зависимости от того, как вырезан образец: поперек направления прессования-высокие значения, вдоль направления прессования-малые.

Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/см 2

Относительное удлинение при разрыве, %

Модуль упругости, кгс/см 2

Данные о зависимости физико-механических свойств фторопласта-4 от температуры приведены ниже.

Физико-механические свойства фторопласта-4 при низких температурах

Разрушающее напряжение при сжатии *, кгс/см 2

Модуль упругости при сжатии, кгс/см 2

* Разрушающее напряжение при сжатии равно напряжению, при котором деформация составляет 0,2%.

Зависимость деформации фторопласта-4 при сжатии от температуры:

Нагрузка, вызывающая деформацию, кгс/см 2

Одним из важнейших прочностных показателей является предел текучести при растяжении, т.е. то напряжение, при котором возникают остаточные деформации. Он зависит от степени кристалличности, скорости растяжения и температуры. При степени кристалличности 65% и скорости растяжения 100 мм/мин зависимость предела текучести от абсолютной температуры Т (в К) описывается эмпирической формулой (справедливой от 20 до 300°С):
lgσT= 0,53166+483,64/Т
Ниже приведены значения пределов текучести для некоторых температур, рассчитанные по этой формуле:
Температура, °С . 25. 50. 75. 100. 150. 200. 250
Предел текучести, кгс/см2 . 42,4. 106,9. 83,5. 67,2. 46,6. 35,5. 28,6

При длительном воздействии нагрузок остаточные деформации возникают при меньших напряжениях (40-50% от рассчитанных по формуле).
При конструировании изделий из фторопласта-4 следует учитывать ползучесть. Ползучесть (деформация при длительном действии нагрузки) рассчитывается по формуле:
lgγt=lgγ1+a·lgt
где γt - деформация за t сут; γ1 - деформация за 1 сут; а - коэффициент, зависящий в основном от температуры и в меньшей степени от нагрузки, если она не превышает 40-50% предела текучести.
Значения коэффициента a и некоторые данные о ползучести для образцов со степенью кристалличности 50% приведены в таблице. Деформация за 1 сут (γ1) при других нагрузках и температурах определяется опытным путем. При степени кристалличности 65-68% ползучесть меньше.

Нагрузка, кгс/см 2

АНТИФРИКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки [статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы] приведены ниже:

Нагрузка, кгс/см2	1	3	10	20
Коэффициент трения	0,4	0,1	0,06	0,05

При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше.
Динамический коэффициент трения фторопласта-4 по стали без смазки при нагрузке

20 кгс/см2 зависит от скорости скольжения:

Скорость скольжения, см/c	4	8	20	40	80	160
Динамический коэффициент трения	0,05	0,1	0,15	0,23	0,24	0,27

В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях - ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта-4 по стали.
При 327°С (на поверхности трения) коэффициент трения фторопласта-4 по стали резко возрастает (в несколько раз), что приводит к катастрофически быстрому износу и разрушению подшипника.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФТОРОПЛАСТА-4

Неспеченный фторопласт-4 (в виде порошка) имеет степень кристалличности 95 - 98%, после спекания - от 50% (закаленный) до 68 - 70% (незакаленный). Ниже 19,6°С элементарная ячейка кристалла фторопласта-4 состоит из 13 групп CF2, выше 19,6°С - из 15 групп CF2. При 19,6°С триклиническая упаковка переходит в менее упорядоченную, гексагональную, что сопровождается увеличение объема кристаллитов на 0,0058 см3/г (1,2 объемн. %), или увеличением объема образца при степени кристалличности 68% на 0,74%. При наличии внешнего давления точка перехода понижается на 0,013°С на каждую атмосферу. При 30°С имеет место второй переход кристаллической структуры, но изменение объема составляет едва 1/10 часть изменения объема при 19,6°С. Под высоким давлением (4500 кгс/см2 при 70°С) возникает третий переход.
Температура стеклования аморфных участков, определенная по температуре хрупкости, колеблется от -97 до -100°С, а по точке перегиба кривой зависимости модуля упругости составляет -120°С. Температура перехода аморфного твердого тела в переохлажденную жидкость равна 127°С.
При 327°С кристаллиты фторопласта-4 плавятся, и он становится полностью аморфным, совершенно прозрачным (при отсутствии пористости), высокоэластичным, но не течет (вязкость выше 1011 П). Объем возрастает на 20%.

Точка плавления зависит от внешнего давления - на каждую атмосферу повышается на 0,154 °С. При остывании расплава ниже 327 °С образец мутнеет и становится непрозрачным - молочно-белым. Скорость кристаллизации зависит от температуры (максимальная скорость при 310-315 °С), от продолжительности выдержки в расплавленном состоянии при 370-390 °С (чем больше время спекания, тем быстрее кристаллизуется образец) и от среднего молекулярного веса полимера (чем ниже молекулярный вес полимера, тем быстрее он кристаллизуется). На этом основан метод косвенной оценки молекулярного веса фторопласта-4: образец в виде диска толщиной 2 мм спекают при 370 °С в течение 13 ч и охлаждают от 370 до 250 °С в течение 5 ч. По плотности полученного образца при 23 °С можно оценить молекулярный вес: 2,16-2,19 г/см3-для высокомолекулярного полимера, 2,20-2,22 г/см3-для низкомолекулярного.

Ниже приведены некоторые теплофизические свойства фторопласта-4:

Теплостойкость по Вика (при нагрузке 5 кгс), °С	110
Удельная теплоемкость, ккал/(кг·°С)	-
при 0°С	0,23
при 50°С	0,25
Коэффициент теплопроводности, ккал/(м·ч·°С)	0,20

Термический коэффициент линейного расширения зависит от температуры:

Температура, °С	от -60 до -10	19,6	30	40	200	300
Термический коэффициент линейного расширения α·105, 1/°С	8	54	28	11	25	64

На практике удобнее пользоваться средними значениями термического коэффициента линейного расширения для определенных интервалов температур. Следует также учитывать, что при нагревании изделий из фторопласта-4 в них часто возникают внутренние напряжения, вызывающие необратимое изменение размеров. Иногда вместо ожидаемого при нагревании удлинения образца он сокращается.
Данные, приведенные ниже, относятся к образцам, в которых полностью отсутствуют внутренние напряжения:

Термический коэффициент линейного расширения α·105, 1/°C

Изменение размеров изделия*, %

Термический коэффициент линейного расширения α·105, 1/°C

Читайте также:

Коэффициент линейного термического расширения тканей зуба

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Елгина А. Н., Морозова Светлана Ивановна, Улитенко А. И., Глухова Е. А.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Елгина А. Н., Морозова Светлана Ивановна, Улитенко А. И., Глухова Е. А.

THE INVESTIGATION INTO ADHESIVE PROPERTIES OF COMPOSITE DENTAL RESTORATIVE MATERIALS DEPENDING ON THE THERMAL EXPANSION COEFFICIENT

Текст научной работы на тему «Изучение адгезивных свойств композитных пломбировочных материалов в зависимости от коэффициента теплового расширения»

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Елгина А. Н., Морозова Светлана Ивановна, Улитенко А. И., Глухова Е. А.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Елгина А. Н., Морозова Светлана Ивановна, Улитенко А. И., Глухова Е. А.

THE INVESTIGATION INTO ADHESIVE PROPERTIES OF COMPOSITE DENTAL RESTORATIVE MATERIALS DEPENDING ON THE THERMAL EXPANSION COEFFICIENT

Текст научной работы на тему «Изучение адгезивных свойств композитных пломбировочных материалов в зависимости от коэффициента теплового расширения»