3

/ 2 0 1 3

45

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Wytrzymałość mechaniczna
materiałów kompozytowych

wzmacnianych włóknem szklanym
– badania in vitro

TITLE



Flexural resistance

of composite materials reinforced
by glass fibers: An in vitro study

SŁOWA KLUCZOWE



materiały

dentystyczne, żywice kompozytowe,
włókna szklane

STRESZCZENIE



Celem pracy było

porównanie materiałów kompozytowych
wzmacnianych nasączanym włóknem
szklanym z niewzmacnianym
kompozytem w teście odporności
na złamanie. Do badań użyto materiał
kompozytowy GrandioSO (Voco GmbH,
Niemcy) w kolorze A3 oraz włókno
szklane GrandTEC (Voco GmbH)
konfekcjonowane w postaci pasków
włókna szklanego impregnowanych
żywicą.

KEY WORDS



dental materials,

composite resins, glass fibers

SUMMARY



The aim of this study was

to compare the composite materials
reinforced with glass fiber and not
reinforced composite in the test
of resistance to fracture. Authors used
in the research composite material:
Grandioso (Voco GmbH, Germany)
A3 color and fiberglass Grandtec (Voco
GmbH) presented in the form of strips
of glass fiber impregnated with resin.

lek. dent. Leszek Szalewski

1

, prof. dr hab. n. med. Ingrid Różyło-Kalinowska

2

, dr n. med. Janusz Borowicz

3

M

ateriały kompozytowe

są w tej chwili

najczęściej wykorzy-
stywanymi materiałami
do bezpośredniej odbudowy
twardych tkanek zębów.

Ich niewątpliwymi zaletami są ła-
twość użycia, wysoka estetyka oraz
mała inwazyjność w zdrowe tkanki
zęba. Mosty adhezyjne na podbu-
dowie metalu nie wykazują odpo-
wiedniej estetyki, w szczególności
w odcinku przednim. Materiały kom-
pozytowe nie mają wystarczającej
wytrzymałości mechanicznej, żeby
samodzielnie nadawały się do odbu-
dowy miejsca po utraconym zębie.
Z tego powodu materiały kompozy-
towe wzmacnia się różnymi rodzaja-
mi włókien: szklanymi, węglowymi,
polietylenowymi lub poliaramido-
wymi (1-6). Włókna szklane są kon-
fekcjonowane w różnych postaciach.
Najczęściej są to wiązki plecionych
włókien nasączane lub nie żywicami
metakrylanowymi. Włókna nienasą-
czone wymagają przed zastosowa-
niem silanizacji. Duża część osób na-
sącza włókna systemami łączącymi
różnych generacji. Systemy VI i VII
generacji (systemy samotrawiące) za-
wierają w swoim składzie chemicz-
nym wodę, która może zaburzać pro-
ces impregnacji włókien, co należy
brać pod uwagę (7, 8). Dlatego lep-
szym rozwiązaniem jest stosowanie
systemów IV lub V generacji, które
nie zawierają wody. Z kolei innym
rozwiązaniem jest nasączanie włó-
kien szklanych systemem łączącym
przez producenta. Taka procedura

ułatwia i przyśpiesza pracę z mate-
riałem, przez co likwiduje problem
doboru systemu łączącego.

C

EL

PRACY

Celem badań było określenie od-
porności mechanicznej materiałów
kompozytowych wzmocnionych
włóknem szklanym, umieszczanym
i kondensowanym za pomocą ręcz-
nych nakładaczy stomatologicznych.
Za pomocą wytrzymałości na zgi-
nanie oceniano odporność mecha-
niczną.

M

ATERIAŁ

I

METODY

Materiał badań stanowiła powszech-
nie używana w stomatologii żywica
kompozytowa GrandioSO firmy Voco
GmbH. GrandioSO jest materiałem
nanohybrydowym, składającym się
w 89% wagowych z wypełniacza,
w tym w ok. 60% nanowypełniacza
(o wielkości cząsteczek 60-40 nm)
oraz tworzywa szkło-ceramicznego.
Włókno szklane wykorzystane w ba-
daniach to GrandTEC (Voco GmbH),
konfekcjonowane w postaci pasków
włókna szklanego impregnowanych
żywicą.

W

YKONANIE

PRÓBEK

KOMPOZYTOWYCH

Badaniu poddano materiał Gran-
dioSO w kolorze A3, wzmacniany

N

O W O C Z E S N Y

T

E C H N I K

D

E N T Y S T Y C Z N Y

46

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

N

Minimum Maksimum

Średnia

(błąd standar-

dowy)

Odchylenie

standardo-

we

Kompozyt wzmacniany

włóknem szklanym

Siła potrzebna

do złamania

10

104

166

135,9 (6,808)

21,528

Odporność na złamanie

10

127

172

149,9 (4,491)

14,201

Kompozyt

niewzmacniany

włóknem szklanym

Siła potrzebna

do złamania

10

87

157

108,78 (6,309)

19,950

Odporność na złamanie

10

101

180

131 (8,244)

26,068

1

Test na zginanie

fot. ar

chiwum autor

ów

Tab. 1. Zestawienie wyników wytrzymałości mechanicznej na złamanie [MPa] badanych materiałów oraz działającej na nie siły [N]

włóknem szklanym GrandTec, oraz
czystą żywicę kompozytową. W celu
określenia jego odporności wyko-
nano próbki w formie metalowej
o wymiarach 2 x 4 x 25 mm. Formę
metalową smarowano od wewnątrz
cienką warstwą wazeliny, aby zapo-
biec przyklejaniu się materiału kom-
pozytowego do ścian formy. Włókna
o rozmiarze 0,2 x 2 x 20 mm układa-
no na warstwie kompozytu wyno-
szącej 0,5 mm i pokrywano następ-
ną warstwą kompozytu o grubości
1,5 mm, gdyż takie umieszczenie
włókna, zgodnie z wynikami badań
Raszewskiego i Nowakowskiej (9),
wykazywało najwyższą wytrzymałość
mechaniczną. Długość włókna była

krótsza od długości próbki, aby nie
miało ono kontaktu ze środowiskiem
zewnętrznym. Materiał upychano
i kondensowano za pomocą nakłada-
czy i upychadeł stomatologicznych.
Każdą próbkę naświetlano lampą LED
Clear Blue o mocy 1200 mW/cm

2

.

Obie strony każdej próbki naświe-
tlano w 5 punktach przez 20 sekund.
Próbki polimeryzowano poprzez fo-
lię polietylenową, aby wyeliminować
warstwę inhibicji tlenowej. Po utwar-
dzeniu próbki wyjmowano delikatnie
z matrycy, aby nie uszkodzić ich kra-
wędzi i przechowywano w warun-
kach pokojowych przez 24 godziny
od polimeryzacji. Następnie poddano
je testowi na złamanie.

B

ADANIE

ODPORNOŚCI

NA

ZŁAMANIE

Test odporności na złamanie prze-
pr owadzono w zr ywar ce t ypu
Zwick (Roel), w rozstawie podpór
10 mm i prędkości przesuwu głowi-
cy wynoszącym 0,75 mm/min, z siłą
wstępną wynoszącą 1 N (fot. 1). Test
kończył moment złamania kompo-
zytu w próbce. W przypadku próbek
wzmocnionych bardzo często okazy-
wało się, że próbka nie rozpadała się
na dwie części ze względu na spoinę
z włókna szklanego.

Naprężenie określające wytrzyma-

łość na zginanie obliczano z poniż-
szego wzoru:

o’f = 3FmI/2bh

2

,

gdzie:

– Fm – maksymalna siła w momen-

cie złamania próbki,

– I – odległość pomiędzy podpora-

mi 10 mm,

– b – szerokość próbki,
– h – grubość próbki.

W

YNIKI

Wyniki badań materiałów zostały
przedstawione w tab. 1 – oblicze-
nia statystyczne zostały przeprowa-
dzone za pomocą programu PASW
Statistic 18. Żywica kompozyto-
wa nanohybrydowa, GrandioSO,
wzmacniana jednym pasmem włók-
na szklanego GrandTEC, charakte-
ryzowała się wyższą odpornością
mechaniczną (149,9 MPa ± 14,201)
niż żywica kompozytowa niewzmac-

3

/ 2 0 1 3

47

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Wyk. 1. Odporność na złamanie badanych materiałów [MPa] oraz działająca siła [N]

135,9

149,9

108,78

131

0

20

40

60

80

100

120

140

160

^ŝųĂƉŽƚƌnjĞďŶĂĚŽ

njųĂŵĂŶŝĂ΀E΁

KĚƉŽƌŶŽƑđŶĂnjųĂŵĂŶŝĞ

΀DWĂ΁

^ŝųĂƉŽƚƌnjĞďŶĂĚŽ

njųĂŵĂŶŝĂ΀E΁

KĚƉŽƌŶŽƑđŶĂnjųĂŵĂŶŝĞ

΀DWĂ΁

<ŽŵƉŽnjLJƚǁnjŵĂĐŶŝĂŶLJǁųſŬŶĞŵƐnjŬůĂŶLJŵ

<ŽŵƉŽnjLJƚŶŝĞǁnjŵĂĐŶŝĂŶLJǁųſŬŶĞŵƐnjŬůĂŶLJŵ

ŶŝĞ

<ŽŵƉŽnjLJƚ

niana włóknem szklanym (131 MPa
± 26,068).

D

YSKUSJA

Wyniki przedstawione przez au-
t o r ów r ó ż n i ą s i ę o d w y n i ków
Schlichtinga i wsp., którzy wy-
kazali, że kompozyt wzmacniany
włóknem szklanym osiągał wytrzy-
małość aż 569,16 MPa w porów-
naniu z czystym materiałem Ado-
ro 81,21 MPa oraz odpowiednio
568 Mpa i 131,83 MPa dla materia-
łu Quixfill (10). W badaniach tych
włókno przed wykonaniem prób-
ki rozciągali na specjalnie do tego
skonstruowanym urządzeniu z siłą
496 N, a także układali po dwie
warstwy włókien w każdej próbce.
Przedstawiony sposób wyraźnie
wzmacnia konstrukcję przyszłej
pracy, lecz jest trudny do osiągnię-
cia w przypadku pracy technika,
gdyż przęsła mostu nie zawsze
przebiegają liniowo, co uniemożli-
wi rozciągnięcie włókna szklanego
w taki sposób. Jednak nawet nieroz-
ciągane włókno szklane poprawia
wytrzymałość mechaniczną kompo-
zytów już dzięki zastosowaniu jed-
nej warstwy. Obserwacje kliniczne
wykonanych i użytkowanych adhe-
zyjnych mostów kompozytowych
wzmacnianych włóknem szklanym
potwierdzają skuteczność tego spo-
sobu rekonstrukcji protetycznych.
W 4-letnich obserwacjach Freilich
i wsp. (11) wykazali, że 95% adhe-
zyjnych uzupełnień wzmacnianych
włóknami szklanymi spełniało swo-
ją funkcję po tym czasie. Autorzy
wykluczyli z obserwacji pacjentów
uprawiających jakiekolwiek para-
funkcje zwarciowe. Z kolei w bada-
niach Bohatera i wsp. (12) po 2 la-
tach tylko 2 z 39 wykonanych mo-
stów zostały zniszczone (złamanie
przęsła mostu). Na podstawie tych
obserwacji można wnioskować,
że w prawidłowo dobranych sytu-
acjach mosty kompozytowe wzmac-

niane włóknem szklanym są ideal-
ną alternatywą dla tradycyjnych
uzupełnień protetycznych z wy-
starczającą wytrzymałością mecha-
niczną nawet w odcinku bocznym
uzębienia.

W

NIOSKI

Wzmocnienie żywicy kompozytowej
włóknem szklanym poprawia wytrzy-
małość mechaniczną materiału. 

1, 3

Zakład Protetyki Stomatologicznej

UM w Lublinie

p.o. kierownika: dr n. med. Janusz Borowicz

2

Samodzielna Pracownia Propedeutyki

Radiologii Stomatologicznej

i Szczękowo-Twarzowej UM w Lublinie

kierownik: prof. dr hab. n. med. Ingrid

Różyło-Kalinowska

KONTAKT

Leszek Szalewski

Zakład Protetyki Stomatologicznej

UM w Lublinie

20-081 Lublin, ul. Karmelicka 7

tel. [phone]

e-mail: [e-mail]

Piśmiennictwo
1. Goldberg A.J., Bustone C.J.: The use of con-

tinuous fiberreinforcement in dentistry.
„Dent. Mater.”, 1992, 8, 197-202.

2. Uzun G., Keyf F.: The effect of fiberreinfor-

cement type and water storage on strength
properties of a provisional fixedpartialden-
tureresin. „J. Biomater. Appl.”, 2003,17,
4, 277-286.

3. Wagner L.: Zastosowanie włókien sztucz-

nych w stomatologii. Bestom, Łódź, 2008, 5-9.

4. Gajdus P., Hędzelek W., Joniak S.: Próby

wykorzystania włókien aramidowych Kev-
lar w zbrojeniu polimerów akrylowych –
część I. Badania mechaniczne siły połącze-

nia akrylowych kształtek z tkaniną Kevlar.
„Prot. Stom.”, 2003, 53, 4, 235-241.

5. Gajdus P., Hędzelek W., Joniak S.: Próby

wykorzystania włókien aramidowych Ke-
vlar w zbrojeniu polimerów akrylowych
– część II. Badanie wytrzymałości akry-
lowych płyt podniebiennych zbrojonych
tkaniną Kevlar. „Prot. Stom.”, 2003, 53,
5, 302-306.

6. Gőkçe M., Eystein R.: Influence of thermal-

cycling on flexural properities of compo-
sites reinforced with unidirectional silica
Glass fi bers. „Dent. Mater.”, 2008, 24, 1050-
1057.

7. Ellakwa A.E., Shortall A.C., Marquis P.M.:

Influence of fiber type and wetting agent
on the flexural properties of an indirect fi-
ber reinforced composite. „J Prosthet Dent”,
2002, 88, 5: 485-490.

8. Perdigão J., Gomes G., Lee I.K.: The effect

of silane on the bond strengths of fiberposts.
„Dent Mater”, 2006, 22, 8: 752-758.

9. Raszewski Z., Nowakowska D.: Odporność

mechaniczna materiałów kompozytowych
wzmocnionych włóknami aramidowymi –
badania in vitro. „Protet. Stomatol.”, 2009,
LIX, 6, 407-414.

10. Schlichting L.H., Caldeira de Andra-

da M.A., Vieira L.C., Mariz de Oliveira Bar-
ra G., Magne P.: Composite resin reinforced
with pre-tensioned glass fibers. Influence
of prestressing on flexural properties. „Den-
tal materials”, 2, 6 (2010), 118-125.

11. Freilich M.A., Meiers J.C., Duncan J.P.,

Eckrote K.A., Goldberg A.J.: Clinical eva-
luation of fiber-reinforced fixed bridges.
„J Am Dent Assoc.”, 2002 Nov; 133 (11):
1524-34.

12. Bohater P., Panek H., Dąbrowa T., Mały-

sa R.T.: Mosty kompozytowe wzmocnione
włóknem szklanym. Zakotwiczone na wkła-
dach koronowych – 2-letnie obserwacje
kliniczne. „Dent. Med. Probl.”, 2007, 44,
3, 366-372.