Laboratory studies of the influence of thermal cycling on anti-wear properties of composites used in biotribological friction PAIRS

• Autorzy: Walczak A. , Pieniak D. , Niewczas A. M. , Gil L.

Warianty tytułu

PL

Laboratoryjne badania wpływu cyklicznie zmiennej temperatury na właściwości przeciwzużyciowe kompozytów stosowa nych w biotribologicznych węzłach tarcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the problems associated with changes in resistance to the tribological wear of light-cured polymer matrix ceramic composites (LC PMCCs) used in conservative dentistry and in dental prosthetics (fillings of carious cavities, dental bridges, structural reinforcements of the dental arch). Wear resistance of the surface layer of PMCCs depends on the time of exposure to the conditions of the oral environment, such as alternating temperatures and the exposure to liquids. The aim of the study was to assess changes in the mechanical properties of the surface layer under thermal cycling in liquid. Indentation hardness tests and scratch tests were performed before and after conditioning. Conditioning included 10,000 cycles of step temperature changes (10–70°C). The results of the scratch tests showed that universal composites that had relatively high filler contents were more resistant to scratching than flow type composites with lower filler contents. It was found that cyclic changes in ambient temperature reduced the wear resistance of universal composites but improved the resistance of flow type composites. In addition, in the case of flow type composites, the hardness of the surface layer was also increased.

PL

W pracy zaprezentowano problematykę zmian odporności na zużycie tribologiczne światłoutwardzalnych kompozytów polimerowo-ceramicznych (LC PMCCs–light-cured polymer matrix ceramic composites) stosowanych w stomatologii zachowawczej oraz w protetyce stomatologicznej (wypełnienia ubytków próchnicowych w zębach, mosty stomatologiczne, wzmocnienia konstrukcyjne łuku zębowego). Odporność na zużycie warstwy wierzchniej PMCCs jest cechą zależną od czasu oddziaływania środowiska jamy ustnej, między innymi zmiennej temperatury i obecności płynów. Celem pracy była ocena zmian właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej ze względu na cykliczne oddziaływanie płynów o zmiennej temperaturze. Badano twardość indentacyjną i ślad zarysowania przed i po kondycjonowaniu. Kondycjonowanie obejmowało 10 tys. cykli skokowej zmiany temperatury (10–70°C). Wyniki testu zarysowania wykazały, że materiały typu uniwersalnego o względnie dużej zawartości wypełniacza są bardziej odporne na zarysowania niż materiały typu flow o mniejszej zawartości wypełniacza. Stwierdzono, że cykliczne zmiany temperatury otoczenia zmniejszają odporność na zużycie kompozytów uniwersalnych, natomiast poprawiają odporność kompozytów typu flow. Ponadto w przypadku kompozytów typu flow obserwowano umocnienie warstwy wierzchniej polegające na wzroście twardości.

Słowa kluczowe

EN

polymer-ceramic composites; indentation hardness; scratch test

PL

kompozyty polimerowo-ceramiczne; twardość indentacyjna; test zarysowania

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 4
• Strony: 143--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Walczak A.

• The Main School of Fire Service, Faculty of Fire Safety Engineering, 52/54 J. Słowackiego st., 01-629 Warsaw, Poland

autor

Pieniak D.

• University of Economics and Innovations in Lublin, Faculty of Transport and Computer Science, 4 Projektowa st., 20-209 Lublin, Poland

autor

Niewczas A. M.

• Medical University of Lublin, Department of Conservative Dentistry, 7 Karmelicka st., 20-081 Lublin, Poland

autor

Gil L.

• University of Economics and Innovations in Lublin, Faculty of Transport and Computer Science, 4 Projektowa st., 20-209 Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Rokicki G., Szfran M., Kurzydłowski K. J.: Degradation processes in dental ceramic-polymer composites. Kompozyty (Composites), vol. 6, no. 2, 2006, pp. 50–54.
• 2. Czech Z., Mincel E.: Światłoutwardzalne kompozyty zawierające akrylowane żywice wielofunkcyjne: skrócony przegląd literaturowy. Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, vol. 20, no. 4, 2015, pp. 270–275.
• 3. Shalaby W. Shalaby, Ulrich S.: Polymers for dental and orthopedic applications. CRC Press, Boca Raton 2007.
• 4. Turssi C. P., Ferracane J. L, Vogel K.: Filler features and their effects on wear and degree of conversion of particulate dental resin composites. Biomaterials, vol. 26, no. 24, 2005, pp. 4932–4937.
• 5. Ayatollahi M. R., Yahya M. Y., Karimzadeh A., Nikkhooyifar M., Ayob A.: Effects of temperature change and beverage on mechanical and tribological properties of dental restorative composites. Materials Science and Engineering: C, vol. 54, no. 1, 2015, pp. 69–75.
• 6. Musanje L., Ferracane J. L., Sakaguchi R. L.: Determination of the optima photoinitiator concentration in dental composites based on Essentials material properties. Dental Materials, vol. 25, no. 8, 2009, pp. 994–1000.
• 7. Gale M. S., Darvell B. W.: Thermal cycling procedures for laboratory testing of dental restorations. Journal of Dentistry, vol. 27, no. 2, 1999, pp. 89–99.
• 8. Stewardson D. A., Shortall A. C., Marquis P. M.: Light curing unit effectiveness assessed by dental radiometers. Journal of Dentistry, vol. 38, 2010, pp. 437–442.
• 9. Lohbauer U., Belli R., Ferracene J. L.: Factors Involved in Mechanical Fatigue Degradation of Dental Resin Composites. Journal of Dental Research, vol. 92, no. 7, 2013, pp. 584–591.
• 10. Niewczas A., Pieniak D., Niewczas A. M.: The reliability of bio-mechanical systems as exemplified by the toothcomposite filling system. The International Symposium on Stochastic Models in Reliability Engineering, Life Sciences and Operations Management, Beer Sheva, Israel, 2010.
• 11. Karta Danych Technicznych (Technical Data Sheet) kompozytu nanohybrydowego Filtek Z550 (3M ESPE).
• 12. Karta Danych Technicznych (Technical Data Sheet) kompozytu nanohybrydowego Filtek Flow Ultimate (3M ESPE).
• 13. Curtis A. R. , Palina W. M., Fleming G. J. P., Shortall A. C. C., Marquis P. M.: The mechanical properties of nanofilled resin-based composites: the impact of dry and wet cyclic pre-loading on bi-axial flexure strength. Dental materials, vol. 25, no. 2, 2009, pp. 188–197.
• 14. Ferracane J. L.: Hygroscopic and hydrolytic effects in dental polymer networks. Dental Materials, vol. 22, no. 3, 2006, pp. 211–222.
• 15. Tuncer S., Demirci M., Tiryaki M., Ünlü N., Uysal Ö.: The effect of a modeling resin and thermocycling on the surface hardness, roughness, and color of different resin composites. Journal of Esthetic and Restorative Densitry, vol. 25, no. 6, 2013, pp. 404–419.
• 16. Kim K. H., Ong J. L., Okuno O.: The effect of filler loading and morphology on the mechanical properties of contemporary composites. Journal of Prosthetic Dentistry, vol. 87, no. 6, 2002, pp. 642–649.
• 17. Mccabe J. F., Wassell R.W.: Hardness of model dental composites – the effect of filler volume fraction and silanation. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, vol. 10, no. 5, 1999, pp. 291–294.
• 18. Neves A. D., Discacciati J. A., Orefice R. L., Jansen W. C.: Correlation between degree of conversion, microhardness and inorganic content in composites. Brazilian Oral Research, vol. 16, no. 4, 2002, pp. 349–354.
• 19. Borba M., Bona A. D., Cecchetti D.: Flexural strength and hardness of direct and indirect composites. Brazilian Oral Research, vol. 23, numer 1, 2009, pp. 5–10.
• 20. Tornavoi D. C., Sato S., Silva L. J., Agnelli J. A. M., dos Reis A. C.: Analysis of surface hardness of artificially aged resin composites. Materials Research, vol. 15, no. 1, 2012, pp. 9–14.
• 21. dos Reis A. C., de Castro D. T., Schiavon M. A., da Silva L. J., Agnelli M. A.: Microstructure and mechanical properties of composite resins subjected to accelerated artificial aging. Brazilian Dental Journal, vol. 24, no. 6, 2013, pp. 599–604.
• 22. Beun S., Glorieux T., Devaux J., Vreven J., Leloup G.: Characterization of nanofilled compared to universal and microfilled composites. Dental Materials, vol. 23, no. 1, 2007, pp. 51–59.
• 23. Palaniappan S., Celis J. P., Van Meerbeek B., Peumans M., Lambrechts P.: Correlating in vitro scratch test with in vivo contact free occlusal area wear of contemporary dental composites. Dental Materials, vol. 29, no. 3, 2013, pp. 259–268.
• 24. Harrison A., Huggett R., Handley R. W.: A correlation between abrasion resistance and other properties of some acrylic resins used in dentistry. Journal of Biomedical Materials Research, vol. 13, no. 1, 1979, pp. 23–34.
• 25. Dasari A., Rohrmann J., Misra R. D. K.: On the scratch deformation of micrometric wollastonite reinforced polypropylene composites. Materials Science and Engineering: A, vol. 364, no. 1–2, 2004, pp. 357–369.
• 26. Yu B., Liu D., Liu F., He J.: Preparation and characterization of light-cured dental resin without methacrylate monomers derived from Bisphenol A. Advances in Polymer Technology, vol. 33, no. 3, 2014, pp. 214–217.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).