粘接材料（共7篇）
粘接材料 篇1
随着粘接技术的发展及患者对自身牙体保存意识的增强,贴面在临床上得到越来越广泛的应用,然而如何保证贴面的粘接强度一直是研究的热点。本实验选择临床上常用的2 种贴面材料(IPS e.max铸瓷和CERAMAGE聚合瓷)和3 种瓷贴面粘接系统(Panavia F、Variolink Veneer、Rely X Veneer)进行粘接组合,为临床上贴面的应用提供数据参考。
1 材料和方法
1.1 材料和设备
IPS e.max铸瓷(Ivoclar Vivadent,Liechtenstein, lot no:N30928),CERAMAGE聚合瓷(Shofu,Japan, lot no:120917)。Panavia F粘接系统(Kuraray,Japan)[套装包括:K- Etchant Gel(lot no:00437A),Clearfil SE Bond(lot no:00930A),Clearfil Porcelain Bond Activator(lot no:00160A), 牙质粘合用处理剂ⅡA液(lot no:00274A), 牙质粘合用处理剂ⅡB液(lot no00149A), 含氟复合树脂粘合剂A膏(lot no:00250I), 含氟复合树脂粘合剂B膏(lot no:00027J),阻氧化剂Ⅱ(lot no:00607A)]。Variolink Veneer粘接系统(Ivoclar Vivadent,Liechtenstein)[套装包括:Total Etch(lot no:L05326), Liquid strip(lot no:K44713),Monobond- s(lot no:P20956),Syntac Primer(lot no:P17329),Syntac Adhesive(lot no:P25191),Heliobond(lot no:P06157),Variolink Veneer(lot no:K51678)]。Rely X Veneer粘接系统(3M,America)[套装包括:Scotchbond Etchant(lot no:J11093),Rely X Ceramic Primer(lot no:N149174),Adper Single Bond plus(lot no:N112988),Rely X Veneer Cement(lot no:N150089)],9.5% HF酸蚀剂(Pro|Options,America,lot no:M042)。
BPS- 2型笔式喷砂机(海德医疗设备厂,天津),Coltolux 75光固化机(Coltene Whaledent,America),恒温水浴箱(北京医疗器械厂,北京),TC- 501F冷热循环仪(苏州威尔实验用品有限公司,苏州),INSTRON 3367万能材料试验机(INSTRON, America),XL- 30环境扫描电子显微镜(PHILIPS, Netherlands)。
1.2 方法
1.2.1 试样的制备
将IPS e.max 铸瓷块片切成3 mm×3 mm×2 mm的试件48 个。CERAMAGE聚合瓷充填于具有底面积为3.0 mm×3.0 mm、高为2.0 mm方孔的超硬石膏模具中,光照40 s,依次制备聚合瓷试件48 个。所有试件均用400#、600#、800#、1 000#水砂纸磨平表面,以3 mm×3 mm面作为喷砂面,喷砂条件为:50 μm氧化铝颗粒,0.25 MPa,15 s,距离10 mm[1]。蒸馏水超声清洗10 min,流水冲洗30 s,吹干。
1.2.2 离体牙制备
选择完整、近期拔除的无龋前磨牙96 个,保存于4 ℃生理盐水中。用标准车针预备离体牙唇面,预备厚度为0.6~0.7 mm,暴露的釉质面积大于3 mm×3 mm,依次用400#、600#、800#、1 000#的水砂纸磨平暴露釉质。离体牙包埋于自凝塑料中,制成底面积为30 mm×15 mm、高为10 mm的试件,粘接面朝上,并将具有3 mm边长方孔的双面胶带粘于预备的釉质上,限定粘接面积,包埋时不要污染粘接面。
1.3 粘接试件制作
将IPS e.max铸瓷试件随机分为3 组:A1(Panavia F),A2(Variolink Veneer),A3(Rely X Veneer);CERAMAGE聚合瓷试件随机分为3 组:B1(Panavia F),B2(Variolink Veneer),B3(Rely X Veneer);每组试件16 个。
Panavia F应用步骤:K- Etchant Gel均匀涂于试件喷砂面15 s,流水冲洗30 s,无油压缩空气吹干, Clearfil SE Bond与Clearfil Porcelain Bond Activator等量混合后涂抹于试件粘接面,牙质粘合用处理剂 ⅡA、B液等量混合后涂于牙面,静置30 s后吹干,含氟复合树脂粘合剂A膏和B膏等量混合调拌20 s后均匀涂在试件表面,粘接;阻氧剂Ⅱ涂于试件与离体牙的粘接面周围。
Variolink Veneer应用步骤:9.5% HF酸蚀试件喷砂面1 mim,流水冲洗30 s,无油压缩空气吹干,Monobond- s处理试件粘接面1 min。Total Etch酸蚀离体牙粘接面20 s,流水冲洗20 s,无油压缩空气轻吹10 s,依次轻刷一层Syntac Primer、Syntac Adhesive、Heliobond,每涂一层处理剂后,无油压缩空气轻吹10 s。试件表面轻刷一层Heliobond,无油压缩空气轻吹10 s,将Variolink Veneer均匀涂于试件表面,粘接;Liquid strip涂于试件与离体牙粘接面周围。
Rely X Veneer应用步骤:Scotchbond Etchant酸蚀试件喷砂面15 s,流水冲洗30 s,无油压缩空气吹干,Rely X Ceramic Primer涂于试件粘接面,无油压缩空气轻吹10 s。35%磷酸酸蚀离体牙粘接面20 s,流水冲洗20 s,无油压缩空气轻吹10 s,轻刷一层Adper Single Bond plus,静置5 s。Rely X Veneer均匀涂于试件表面,粘接。
粘接后用200 g砝码加压持续10 s,去除多余树脂。每组均在距试件5 mm处且互相垂直的4 个方向按照说明书的光照时间进行光照固化(操作步骤均由同一人完成,操作手法相同)。
1.4 冷热循环与剪切强度测试
每组随机均等分为2 组:一组粘接试件仅置于37 ℃水浴中24 h,另一组粘接试件置于自动冷热循环仪中循环5 000 次,每循环1 次粘接试件分别在5 ℃和55 ℃冷热水中停留30 s,5 000 次冷热循环总共费时4 d。粘接试件置于万能材料试验机中,交叉头下降速度为0.5 mm/min,以破坏时最大载荷除以粘接面积计算剪切粘接强度。
1.5 记录破坏形式
环境扫描电镜观察粘接断面破坏形式,并将粘接断裂模式归类。
1.6 统计分析
SPSS 18.0对剪切强度进行三因素方差分析,SNK- q检验做各小组间多重比较,fisher确切概率法对断裂模式结果进行分析,α=0.05。
2 结 果
2.1 剪切粘接强度
经方差分析,经37 ℃水浴24 h和5 000 次冷热循环后(表 1),A2组的剪切强度显著高于A1和A3组(P<0.05),B2组的剪切强度显著高于B1和B3组(P<0.05)。5 000 次冷热循环后,除了A1组和B1组剪切强度无明显降低(P>0.05),其它各组均有统计学意义(P<0.05)。A1和B1、A2和B2、A3和B3之间比较无统计学差异(P>0.05)。
2.2 粘接断裂模式
试件断面在扫描电镜下观察分型[2]见表 2, 各组的破坏形式以混合破坏和粘接剂内聚破坏为主, fisher确切概率法分析组间差异无统计学意义(P>0.05)。
2.3 扫描电子显微镜观察试件的断裂面
各组粘接试件在经过5 000 次冷热循环之后试件
注: ①A2 vs A1或A3, P<0.05; ②B2 vs B1或B3, P<0.05; ③与水溶组比P<0.05
注:Ⅰ- 釉质的内聚破坏,Ⅱ- 瓷的内聚破坏,Ⅲ- 树脂与釉质界面破坏,Ⅳ- 树脂与瓷界面破坏,Ⅴ- 树脂粘接剂的内聚破坏,Ⅵ- 混合破坏
断裂面的表面形态见图 1。图中显示的是剪切试验结束后各组试件表面断裂的树脂突(断裂模式为Ⅴ类),其中A2和B2组的树脂突明显。
A1:A1组(断裂模式:Ⅴ); A2: A2组(断裂模式:Ⅴ); A3: A3组(断裂模式:Ⅴ); B1: B1组(断裂模式:Ⅴ); B2:B2组(断裂模式:Ⅴ); B3:B3组(断裂模式:Ⅴ)
3 讨 论
3.1 剪切强度的对比研究
喷砂可以使试件表面粗糙,并且在表面形成不规则面,进而使瓷块与树脂之间产生微机械扣锁作用[3],提高表面活性及润湿性[4],促进聚合物渗入到表面的微孔中[5]。IPS e.max 铸瓷贴面在制作完成后都需要喷砂去除氧化层,保证粘接面的洁净,因此本实验以50 μm氧化铝颗粒喷砂作为基本条件对IPS e.max铸瓷和CERAMAGE聚合瓷进行研究。研究表明在粘接前对牙面进行磷酸酸蚀不仅可以清洁牙面,还能够增加固位力并减少微渗漏[6],因此各个实验组中离体牙表面都对其进行了磷酸酸蚀的处理。
本实验中37 ℃水浴24 h后及5 000 次冷热循环后,IPS e.max 铸瓷与Variolink Veneer粘接系统结合后(A2组)的剪切强度高于其与Panavia F和Rely X Veneer结合后(A1组、A3组)的剪切强度(P<0.05),可能是因为Variolink Veneer粘接系统在酸蚀IPS e.max铸瓷粘接面时采用HF进行酸蚀, HF可以与IPS e.max铸瓷的硅相选择性地结合,形成四面体水溶性的SiF6化合物,这种化合物被水冲洗后即可在瓷表面形成蜂窝状的机械固位结构,而这种结构正是瓷粘接所需要的。Panavia F和Rely X Veneer粘接系统对瓷表面的处理选择磷酸而不是HF酸,磷酸一般作为瓷表面的清洁方式,对于瓷或树脂修复体表面不会造成结构改变,但仍能作为一种表面清洁手段与硅烷化等其它方式相配合,尽管其可以增加陶瓷表面的活性[7],但是HF比磷酸更有酸蚀效果[8,9]。CERAMAGE聚合瓷与Variolink Veneer粘接系统结合后(B2组)的剪切强度大于其与Panavia F和Rely X Veneer结合后(B1组、B3组)的剪切强度(P<0.05),与IPS e.max铸瓷与Variolink Veneer粘接系统结合后(A2组)的剪切强度相比无显著统计学差异(P>0.05),可能是CERAMAGE聚合瓷的主要成分是树脂基质和硅酸锆(Zirconium Silicate)填料,HF也可以与其中的硅相发生化学反应,使聚合瓷表面也产生了类似于IPS e.max铸瓷表面的蜂窝状结构,进而用Variolink Veneer粘接系统粘接CERAMAGE聚合瓷和离体牙(B2组)也取得了理想的粘接效果。同时Variolink Veneer粘接系统粘接时在离体牙表面轻刷了2 层粘接剂(Syntac Adhesive,Heliobond),而双层的粘接剂可以保证在混合层表面建立一层足够厚度并且均一的树脂层,进而保证混合层的稳定[10],同时足够厚的粘接剂层能够在离体牙和树脂之间提供一层缓冲区域,使其可以调节树脂聚合收缩时产生的微拉力[11],有助于粘接强度的增强。
3.2 冷热循环对粘接强度的影响
冷热循环试验使用冷热循环机模拟口腔温度变化,测定粘接材料的耐久性[12,13]。用Variolink Veneer粘接系统(A2组、B2组)和Rely X Veneer粘接系统(A3组、B3组)处理过的粘接试件在5 000 次冷热循环后剪切强度显著下降(P<0.05),而采用Panavia F粘接系统粘接(A1组、B1组)的试件在5 000 次冷热循环后剪切强度无显著下降(P>0.05),可能是因为Panavia F粘接系统中含有功能性磷酸酯粘接单体MDP,通过自身渗透作用,使陶瓷表面可以产生更好的树脂浸润层,提高粘接强度,同时Clearfil Porcelain Bond Activator不溶于水,而Monobond- s和Rely X Ceramic Primer在蒸馏水中有一定的溶解率,这也影响了各个粘接系统的耐久粘接效果,这也与Blatz等[4]研究的关于含有MDP的粘接剂会取得较好的耐久粘接强度相一致。
3.3 断裂模式的分析
通过扫描电镜观察IPS e.max 铸瓷和CERAMAGE聚合瓷剪切测试后粘接断裂面较粘接强度值更为直观[14],可以间接反映粘接强度的大小。若断裂模式中主要由树脂的内聚破坏组成,则说明各个粘接系统本身的粘接力已经达到最高[15]。本次试验中试件的断裂模式以内聚破坏和混合破坏为主,说明各个粘接系统的自身的粘接强度已经达到了比较高的程度。
临床上贴面的粘接效果受各种因素的影响,在粘接过程中粘接剂的调拌、试件的放置都影响着粘接效果,步骤的增多会给完善的粘接带来风险,Panavia F和Rely X Veneer的临床操作步骤较少。虽然Variolink Veneer在本实验中的粘接强度最高,但是为了减少操作引起的失误,可以考虑选择一项简单和快速的系统。
摘要：目的:比较2种不同贴面材料与3种不同的瓷贴面粘接系统粘接后的粘接强度。方法:应用3种不同的瓷贴面粘接系统(Panavia F、Variolink Veneer、RelyX Veneer),将经过相同处理的离体牙和2种不同的贴面材料(IPS e.max铸瓷和CERAM-AGE聚合瓷)粘接,每组中随机选取一半试件(n=8)37℃水浴24 h,另一半(n=8)冷热循环5 000次后测试其剪切强度,电镜下观察断裂模式。结果:IPS e.max铸瓷组和CERAMAGE聚合瓷组中Variolink Veneer粘接系统在37℃水浴24 h后或5 000次冷热循环后都表现出了最高的粘接强度(P<0.05),所有试件在经过5 000次冷热循环后的粘接强度除Panavia F组外都有明显下降。结论:对于IPS e.max铸瓷和CERAMAGE聚合瓷,Variolink Veneer粘接系统的粘接强度高于Panavia F和RelyXVeneer粘接系统。
关键词：贴面,粘接系统,剪切强度
异种材料粘接问题原因分析 篇2
在某种产品的设计之初,采用了铝合金材料与玻璃粘接的生产工艺。经过近5年的生产,均未出现任何问题。由于客户使用条件改变,近期产品出厂前进行了高低温试验。在试验过程中,镜片出现明显异常,在粘接点处出现了肉眼可见的裂纹。
2 问题复现及初步原因分析
为了使问题复现,按照与问题镜片相同的工艺方法重新加工了两片组件,并进行2个循环的高低温试验。该次试验未复现所出现的问题。但在随后再次补做2个循环试验中,两片组件在低温循环过程中出现了产生裂纹的趋势,使得裂纹问题得以复现。之后又进行了初步试验。试验方法是由原来工艺的全部接触面涂胶改为底面涂胶进行粘接,侧面为间隙配合,配合间隙量0.065~0.152mm。在进行高低温试验时,在低温条件下也出现了裂纹。由此可以判断,低温时,镜片承受镜框径向通过胶的粘接作用所传递的剪切力,致使镜片出现裂纹。
从以上计算可以看出,在低温试验时,镜框和镜片的收缩量不同,差值为:
镜框和镜片的间隙为0.065~0.152mm,可知胶的需求压缩量为
即胶需要被压缩23%~54%,镜框才不会对镜片产生压力。而胶的实际延展率为20%~35%,因为是在低温环境下,且考虑到胶层很薄,故取其延展率为20%。所以,20%<(23%~54%),可知镜框周向在低温时对镜片存在压力。根据现阶段产品的实际情况,用ANSYS11.0软件进行第一片镜片的模拟,在不考虑胶层的情况下,参考温度为室温20°C,加载-30°C的温度载荷,镜片在镜框的作用下,对安全系数分布进行了计算机模拟演算。通过模拟演算,发现在镜片自身的内应力和镜框对其的附加应力综合作用下,镜片的内圈、圆周中上部分及外表面部分安全系数较低,是应力集中区域,而实际发生裂痕的部分与之相符。综上所述,可知镜片裂痕故障为挤压、剪切综合作用下的复合应力状态所致。
3 问题机理分析
3.1 概述
由于光学玻璃在未成型前为熔融物,而不论化学成分和固化温度范围如何,一切由熔融过冷却所得到的无定形体(由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的),均称为玻璃。玻璃除了具有较高的硬度、较大的脆性和一定的透明度外,还具有以下几点物理特性:3.1.1各向同性:由于玻璃的均一化结构使玻璃内部沿任何方向度量的物理性能(如折射率、热膨胀系数、导电系数等)都是同值的;3.1.2从熔融状态到固体状态的性质变化过程是连续的和可逆的;3.1.3玻璃比晶体含有较高的内能:因为通过冷却所形成的玻璃不像晶体那样放出结晶热,所以玻璃态有可能向晶体转变的可能。但由于玻璃的粘度极大,实际上是不可能使常温下的玻璃转变为晶体的。材料力学里研究构件的强度、刚度和稳定性时,为抽象出力学模型,对变形固体做了三点假设:a.连续性假设;b.均匀性假设;c.各向同性假设。玻璃的物理特性较符合以上的三点假设,所以可以应用公式进行相关计算。
3.2 内应力方向
通过采用计算机模拟演算,发现了镜片自身在-30°C时所产生的内应力分布方式。虽然镜片上会出现一些应力集中点,但是单位为Pa,远远小于许用应力,不足以对镜片造成裂痕的影响。
3.3 外应力方向
本镜片组件工作温度为-30℃~+75℃,参考常温为20℃。取前透镜1组合进行分析计算,该组件镜片口径为镜片设计带公差尺寸为Ф43 mm。铝合金镜框公差尺寸为可计算出二者间隙范围0.065 mm~0.152 mm,并在此间隙内填胶。所使用的胶的型号为GJJ82-1型光学结构胶,长期工作温度范围为-60℃~+60℃,延展率为20%~35%。由于低温时温度差大,同时根据在试验裂纹复现时,镜片是在低温试验保持时产生的裂纹,根据理论公式可计算出在低温时的间隙减小情况:
式中:l表示线性尺寸,N表示线性尺寸在△t温度范围内的变化量,△α表示线膨胀系数差。
由此可见,在低温-30℃时,在不考虑结构胶的影响下,铝材镜框与镜片间的线性尺寸变化差值小于二者间隙范围0.065 mm~0.152 mm,即结构预留间隙过小的可能性可以排除。
镜片粘接使用的结构胶,在固化之前为具有较好流动性的流体,故可知装配之后,结构胶在镜框与镜片之间的间隙内可均匀分布并固化,即结构胶的厚度为:
按照之前的分析可知,结构胶在-30℃时的延展率为20%,所以结构胶的可压缩厚度为:
由于装配时会压紧镜片与镜框,底面结构胶的厚度非常薄(不会厚于侧面),假设为0.06mm,因此结构胶的可压缩厚度为:
由计算机模拟演算可以看出,最大应力区域集中在内球面的边缘和圆周的中上部分,与实际裂痕位置较符合,且分析结果中的77.03MPa与近似计算结果较为符合。
综上所述,在最极端的条件下(近似计算均取极限尺寸位置),镜片侧面挤压受力和镜片底面剪切受力的综合作用下,合应力远大于镜片的许用应力,结果导致镜片裂痕的产生。
4 问题解决措施方案
针对机理分析的结论,可知由于外部附加应力的综合作用,导致镜片裂纹的产生,故可从以下三方面考虑进行改善:
4.1 从结构设计方面考虑,主要从机械结构方面进行改动,以改善镜片的受力情况。
4.2从结构材质方面考虑,选择与镜片材质线膨胀系数较接近的结构材质,以此减小镜片材质和结构材质在温度变化时产生的形变差值经查阅对比,在保证一定强度的前提下,材质3Cr13的线膨胀系数为10.2×10-6ρC,与镜片系数最为接近,因此将故障镜片的镜框材质更换为3Cr13不锈钢。
粘接材料 篇3
外墙外保温 (EIFS) 是指在建筑物垂直外墙的外表面施工保温层。中国的外墙外保温市场正在日益繁荣, 外墙外保温也正成为一项重要和基本的建筑节能措施。但是, 在重点关注外墙外保温系统节能效率的同时, 我们也应该考虑到其耐久性, 其中, 防水性能是比较关键的一项指标。随着时间的推移, 建筑物会产生不同程度的体积变形和不均匀沉降, 阳光照射和雨雪风霜等气候变化会导致温度和湿度变化, 外力作用会导致应力应变, 这些因素都可能使得建筑外墙出现开裂。在出现开裂的区域和位置, 一旦遭遇降水, 水分便会沿着裂缝渗入墙体。雨水在外墙结构中的渗透, 一方面会削弱外墙结构层与层之间的粘结强度、导致粘接效率的降低甚至丧失, 同时, 也会对整个体系的节能产生负面影响[1];另一方面, 在温度发生急剧变化时, 水会发生物相转变, 例如, 当墙体温度低于0℃时, 水会结冰产生冻胀, 使得裂缝进一步扩展、加深、变长, 有可能造成外墙的结构性破坏。此外, 由于外墙基层和保温用砂浆均以水泥为主要组成材料, 当水分由外墙结构内部向外迁移时, 可能携带水泥水化过程中产生的可溶性碱, 这些可溶性碱迁移到外墙面, 与空气中的二氧化碳发生反应, 生成微溶或难溶的碳酸盐或碳酸氢盐, 从而导致外墙表面出现返碱现象, 严重影响外墙面的装饰和美观。
广大专业人士早就意识到外墙防水的重要性, 外墙防水与屋面防水、地下防水和室内防水一起被列为建筑物的四大防水部位[2], 在新建建筑施工过程中, 外墙防水也是必须予以考虑的一项重要指标。然而, 多年来, 我国的建筑外墙防水效果却始终不能令人放心, 随着既有建筑的持续服役和新建建筑的投入使用, 建筑物外墙渗漏问题呈现出逐渐上升的趋势, 尤其是在多雨的南方和沿海地区, 外墙渗漏现象更是相当普遍, 严重影响了建筑物的正常使用, 同时也降低了建筑物的实际使用寿命。
要提高防水工程的质量, 首先需要选择合适的防水材料, 外墙防水材料既要有一定的抗渗性, 同时要具备与基层的良好粘接。但我们在选材时往往会比较关注防水材料自身的性能, 而忽视了防水材料与相邻材料的匹配性, 对防水材料粘结性能的要求也仅仅是材料与基面之间, 往往忽视了防水材料的被粘接性能。目前, 使用较多的外墙防水材料有聚合物水泥防水涂料、聚合物乳液防水涂料、聚合物水泥防水砂浆以及聚合物水泥防水浆料。
基于防水材料本身已具备一定的抗渗性或不透水性, 所以选择墙体防水材料时首先应考虑其与基层材料以及面层材料的粘接, 以保证其能粘附于基层表面, 或与被粘的表面装饰材料粘合牢固, 保证防水层及各构造层次的持续性及耐久性[3]。本文通过在混凝土板上涂抹不同类型的水泥基防水材料:单组分聚合物水泥防水砂浆和双组分聚合物水泥防水涂料, 然后在其上成型粘接砂浆, 测试两者之间的拉伸粘结强度, 即不同水泥基防水材料的被粘接性能。
1 实验部分
1.1 原材料
P.O.42.5普通硅酸盐水泥;级配砂;重质碳酸钙:325目;甲基纤维素醚 (MC) :黏度为75 000 m Pa·s;进口胶粉1;进口胶粉2;国产胶粉3;国产胶粉4;双组分聚合物水泥防水涂料 (下称双组分防水涂料) JS1、JS2和JS3:性能符合GB/T 23445—2009《聚合物水泥防水涂料》Ⅱ型要求, 市售;VINNAPAS誖4036N、VINNAPAS誖5048H:瓦克化学有限公司;单组分聚合物水泥防水砂浆[4 (]WPM, 下称单组分防水砂浆) :通过VINNAPAS誖5048H改性, 性能满足JC/T 984—2011《聚物水泥防水砂浆》标准Ⅱ型要求。
1.2 试验方法
在经过浮灰清理的40 cm×40 cm×4 cm的混凝土板上分两次满涂1.5 mm厚单组分防水砂浆或双组分防水涂料, 第1次涂抹后, 待防水材料表干后进行第2次涂抹, 待防水材料完全干透后, 在其上成型3mm厚、4 cm×4 cm的粘接砂浆。粘接砂浆位置分布如图1所示, 配方如表1所示。待粘接砂浆养护至相应龄期后, 进行拉伸粘结强度测试。
g
为了考察砂浆成型位置对拉伸粘结强度测试结果的影响, 在第1行和第4行成型了相同配方的1#粘接砂浆。
1#粘接砂浆中掺入1% (占干粉料的质量比例, 下同) 的4036N;2#和3#粘接砂浆中分别掺入1.3%的进口胶粉1和进口胶粉2;4#和5#粘接砂浆中分别掺入1.5%的国产胶粉3和国产胶粉4。
养护条件1:标准养护条件下养护14 d;养护条件2:标准养护条件下养护14 d+浸水 (25℃) 养护7d。
2 结果与讨论
图2为不同粘接砂浆与单组分防水砂浆的拉伸粘结强度测试结果。由图2可见, 以单组分防水砂浆作为基材, 相比2#—5#粘接砂浆, 1#粘接砂浆在两种养护条件下的拉伸粘结强度均要高出25%以上;全部粘接砂浆在养护条件2下的拉伸粘结强度高出养护条件1下的拉伸粘结强度1倍以上;不同位置成型的1#粘接砂浆的拉伸粘结强度无明显区别。
图3为不同粘接砂浆与双组分防水涂料JS1的拉伸粘结强度测试结果。由图3可见, 以双组分防水涂料JS1作为基材, 相比2#—5#粘接砂浆, 1#粘接砂浆在两种养护条件下均获得高出约20%以上的拉伸粘结强度;对于不同的粘接砂浆, 两种养护条件下的拉伸粘结强度值互有高低, 但总体比较接近;不同位置成型的1#粘接砂浆的拉伸粘结强度无明显区别。
图4为不同粘接砂浆与双组分防水涂料JS2的拉伸粘结强度测试结果。由图4可见, 以双组分防水涂料JS2作为基材, 相比2#—5#粘接砂浆, 1#粘接砂浆在两种养护条件下均获得了最高的拉伸粘结强度;相比养护条件1下的拉伸粘结强度, 全部粘接砂浆在养护条件2下的拉伸粘结强度要高出约50%;不同位置成型的1#粘接砂浆的拉伸粘结强度无明显区别。
图5为不同粘接砂浆与双组分防水涂料JS3的拉伸粘结强度测试结果。由图5可见, 以双组分防水涂料JS3作为基材, 相比2#—5#粘接砂浆, 1#粘接砂浆在两种养护条件下均获得了最高的拉伸粘结强度;全部粘接砂浆在养护条件2下的拉伸粘结强度低于养护条件1下的拉伸粘结强度;不同位置成型的1#粘接砂浆的拉伸粘结强度无明显区别。
将不同粘接砂浆与不同水泥基防水材料的粘接性能进行比较, 其中, 1#粘接砂浆的拉伸粘结强度值为混凝土板第1行和第4行拉伸粘结强度值的平均值, 测试结果如图6所示。由图6可见, 在两种养护条件下, 所有粘接砂浆与单组分防水砂浆的拉伸粘结强度全部明显高于与3种双组分防水涂料的拉伸粘结强度, 特别是在养护条件2下, 粘接砂浆与单组分防水砂浆的拉伸粘结强度是与双组分防水涂料的拉伸粘结强度的2倍左右。
单组分防水砂浆和双组分防水涂料的组成和性能有所区别。两者虽均以聚合物 (胶粉或乳液) 对水泥基材料进行改性, 但两者的物理力学性能要求侧重有所不同:单组分防水砂浆虽然对柔韧性 (横向变形) 也有要求, 但主要侧重于抗折和抗压强度、拉伸粘结强度、抗渗性等刚性性能;双组分防水涂料虽然也有粘结强度、抗渗性的要求, 但对于拉伸强度和断裂伸长率的要求更侧重于柔性。而刚性和柔性的不同侧重, 表现在与无机和有机材料之间的粘结力有所区别:刚性的单组分防水砂浆与无机材料间的粘结力相对较高;而偏柔性的双组分防水涂料与有机材料间的粘结力相对较高。
3 结论
1) 相对于双组分聚合物水泥防水涂料, 单组分刚性聚合物水泥防水砂浆与粘接砂浆之间的拉伸粘结强度更高。
2) 相比4种市售胶粉, 4036N所需的掺量更低, 并且能赋予粘接砂浆更高的拉伸粘结强度。
参考文献
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粘接材料 篇4
防水粘接层作为钢桥面铺装中不可或缺的一个功能层,对整个铺装的使用状况影响巨大。随着钢桥面铺装技术的发展,其材料种类也呈现出多样化的趋势。德国和日本的钢桥面铺装基本都是采用浇注式沥青混合料作为铺装下层,但是其防水粘接层差异较大:日本的钢桥面铺装在钢板喷砂除锈后不设置任何防腐层,只涂布一层溶剂型橡胶沥青粘接剂[1];德国的钢桥面铺装在喷砂除锈后,先涂布底涂层,再采用环氧树脂作为粘接层,然后铺筑缓冲层,最后铺装沥青混合料。美国的钢桥面铺装主要采用环氧沥青,在喷砂除锈后涂布环氧富锌漆作为防腐层,然后采用环氧沥青粘接剂作为粘接层[2,3]。在我国,钢桥面铺装发展的初期,多采用高粘沥青(撒碎石)作为防水粘接层,如重庆鹅公岩大桥、厦门海沧大桥等,但在实际工程中,该材料的施工控制难度大、温度敏感性高,故现在不再被采用。随着铺装技术的逐渐发展,采用Ⅰ型环氧树脂作为粘接层(两层,每层均撒布碎石)、并设置橡胶沥青缓冲层的防水粘接层得到了应用,如山东东营胜利黄河大桥、湖南三汊矶大桥等。溶剂型粘接剂作为防水粘接层也在部分桥梁上得到了应用,如安庆长江公路大桥等。随着铺装技术的不断发展完善,不同的铺装体系基本形成了与之相匹配的防水粘接层,如浇注式沥青混合料铺装体系采用甲基丙烯酸甲酯防水材料(包括Eliminator®和TOPEVER®),温拌环氧沥青铺装体系采用环氧沥青粘接剂,热拌环氧沥青铺装体系采用环氧树脂粘接剂[3,4,5]。总体来说,在借鉴国外技术的基础上,我国的钢桥面铺装防水粘接层逐渐形成了适应国内钢桥面铺装技术的防水粘接材料。
本课题通过试验研究了温度对钢桥面铺装常用的防水粘接材料稳定性的影响。
1 防水粘接材料简介
结合以往的研究成果和工程经验,本课题选取了6种钢桥面铺装应用较广泛和成熟的防水粘接材料作为研究对象,详见表1。
1.1 甲基丙烯酸甲酯防水材料[6]
甲基丙烯酸甲酯防水材料体系由丙烯酸防腐漆、甲基丙烯酸甲酯(MMA)防水膜和丙烯酸胶粘剂3种材料构成:1)丙烯酸防腐漆。丙烯酸防腐漆是一种在空气中自然固化、溶剂型、单一组分的锌磷酸盐底涂层,在钢板喷砂除锈后3 h内使用,可以增强甲基丙烯酸甲酯防水膜与钢板表面的结合能力。丙烯酸防腐漆具有抗腐蚀性,可以隔离钢板与空气的接触,防止钢板表面被氧化或腐蚀。2)甲基丙烯酸甲酯防水膜。甲基丙烯酸甲酯防水膜采用甲基丙烯酸甲酯树脂制成,不含溶剂,可直接喷涂在底涂层上,直接通过化学反应固化,形成一层坚韧、柔性的无缝防护层。3)丙烯酸胶粘剂。丙烯酸胶粘剂是一种溶剂型涂层,直接冷喷涂或采用滚筒涂于甲基丙烯酸甲酯防水膜上,固化后形成一个整体封闭的体系,并与其后热施工的浇注式沥青混合料紧密粘接。
甲基丙烯酸甲酯防水材料在英国等国家有多年的应用历史,使用寿命已超过50年;1997年通车的香港青马大桥采用了该防水材料;我国内陆从2006年在无锡S342主跨桥上开始应用该材料,之后先后在重庆菜园坝大桥、贵州北盘江大桥、南昌洪都、英雄大桥等多座桥梁上应用,效果良好。由于甲基丙烯酸甲酯防水材料独特的优点以及优良的使用效果,该材料目前在钢桥面铺装领域内得到了越来越多的应用。甲基丙烯酸甲酯防水材料目前应用比较广泛和成熟的产品有Eliminator®和TOPEVER®两种,其中,Eliminator®是国外进口材料,在早期的钢桥面铺装工程中应用比较广泛;TOPEVER®为拥有自主知识产权的国产产品,其性能可完全媲美Eliminator®,部分性能甚至有所超越,在近几年的钢桥面铺装中得到了大面积应用。
1.2 环氧树脂粘接剂[3]
环氧树脂是一种液态材料,一般由环氧树脂和固化剂两个组分组成,在一定的温度下通过搅拌混合产生固化反应,在固化反应过程中收缩率小、强度高,能形成致密的有机分子膜,防腐性、密水性、粘接性和延展性均较为优异。
按照环氧树脂粘接剂固化反应特性的不同,将其分为环氧树脂粘接剂Ⅰ型和环氧树脂粘接剂Ⅱ型。环氧树脂粘接剂Ⅰ型在施工过程中,主剂和固化剂混合后发生一次性固化反应,固化后的涂层具有非常高的强度,能保护钢桥面板。环氧树脂粘接剂Ⅱ型,又称为二阶反应性树脂,在施工初期,先出现微固化,具有一定的强度,能承受一定的车辆荷载,便于施工;然后在摊铺沥青混合料的过程中,因为混合料温度的作用,粘接剂出现软化,并进行第2次反应。
1.3 环氧沥青粘接剂
环氧沥青粘接剂属于反应性树脂类材料,A、B两个组分在混合均匀后喷涂施工,然后再铺筑环氧沥青混合料,在经过一定时间的养护并形成强度后,环氧沥青粘接层与环氧沥青混合料形成一个整体。由于环氧沥青粘接剂中含有较高比例的沥青材料,使其在具有较高强度的同时,还具有良好的柔韧性及低温变形能力。
1.4 溶剂型粘接材料
溶剂型粘接材料指的是采用溶剂对沥青、橡胶等高分子物质进行溶化而形成的粘接剂,将该材料涂刷在钢板表面,待溶剂挥发后形成一层坚韧、密实的粘接膜,可与沥青类铺装材料形成良好的粘接。溶剂型粘接剂性价比较高,施工便捷,在日本使用较多。日本的钢桥面铺装规范推荐使用沥青橡胶系列的溶剂型防水粘接材料和橡胶系列的溶剂型防水粘接材料,明石海峡大桥的粘接层采用了橡胶沥青粘接剂。我国的安庆长江大桥、山东平阴大桥、汕头石大桥等在钢桥面铺装工程中采用了溶剂型粘接剂,其中汕头石大桥和平阴大桥均由于采用的溶剂型粘接剂性能欠佳导致钢桥面铺装时出现了问题。
由于溶剂型粘接材料采用较多的沥青及橡胶材料,因此其在高温时容易软化,并且当溶剂未挥发完全时,遇摊铺高温时会释放出气体,使铺装层产生鼓包。故目前该材料主要用于小型钢桥,如市政钢箱梁桥以及混凝土桥面。
2 防水粘接材料受温度影响的规律分析
2.1 拉伸性能受温度影响的规律分析
按照防水材料拉伸强度试验方法,分析不同防水粘接材料在不同温度下(-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃)的拉伸强度和延展性。
不同温度下防水粘接材料拉伸强度的变化趋势见图1。从图1可以看出,随着温度的升高,5种防水粘接材料的拉伸强度整体呈现下降趋势,也就是说温度对防水粘接材料的拉伸强度是一个非常重要的影响因素。甲基丙烯酸甲酯防水材料的拉伸强度随温度的升高而降低(斜率为负),而环氧树脂粘接剂Ⅱ型则存在一个拐点(极值点)。当温度为40℃及以上时,环氧树脂粘接剂和环氧沥青粘接剂的拉伸强度不超过2.0 MPa,远小于甲基丙烯酸甲酯防水材料。
不同温度下防水粘接材料断裂伸长率的变化趋势见图2。从图2可以看出,环氧树脂粘接剂Ⅱ型在试验条件下的延伸性最优。
2.2 粘结强度受温度影响的规律分析
为保护钢桥面板免受水分等的侵蚀,以及保证钢桥面板与铺装层的整体性,防水粘接材料与钢桥面板之间应具有非常良好的粘接性。按照防水材料粘结强度试验方法成型试件,分别测试在25℃、60℃下防水粘接材料与钢桥面板之间的粘结强度,结果如表2所示。
相比较于溶剂型粘接剂来说,反应性防水粘接材料与钢桥面板之间具有非常良好的粘接性,即反应性防水粘接材料具有更好的保护钢桥面板的能力。在几种常用的防水粘结材料中,甲基丙烯酸甲酯防水材料的粘接性能最为优异。环氧树脂粘接剂与钢桥面板之间的粘结强度虽然会随着温度的升高出现衰减,但仍然能符合钢桥面铺装的设计要求。
2.3 防水结构体系结合强度受温度影响的规律分析
1)防水结构体系
钢桥面铺装防水结构体系的性能除了与防水粘接材料的性能有关外,还与铺装混合料的类型有很大的关系。防水结构体系(图3)主要分为两种:一是采用防水层与粘接层共同组成防水粘接体系;二是由防水粘接层独自承担防水和粘接功能的防水粘接体系。目前更多地采用第一种结构方式。已有大量研究表明,在桥面铺装中,仅仅依靠一种单一的防水结构层是无法起到真正的防水以及保护桥梁结构的作用的。合理、系统的桥面防水结构体系,可以将钢桥面与桥面铺装连接在一起,共同保护桥梁结构,使钢桥面板与上部铺装层结合成一个整体。因此,在桥面铺装设计中,应将铺装下层纳入桥面防水结构体系,以防水层和铺装下层组成的防水结构体系作为整体来进行研究。
防水结构体系的结合强度指的是防水粘接材料与铺装下层之间的结合强度,该界面结合强度直接反映了铺装体系整体的抗剪强度和铺装层的抗推移(滑移)能力。
2)防水结构体系的粘结强度
通过测试25℃下组合试件的拉拔粘结强度,评价不同防水结构体系的结合强度,结果如表3所示。
防水结构体系(即带有铺装下层)的结合强度,反映了铺装体系整体的结合强度,与防水粘接材料自身强度、防水粘接材料与钢桥面板之间的结合强度、铺装下层与防水粘接材料之间的结合强度以及铺装下层自身的结合强度都有较大关系。试验表明,各防水粘接材料破坏面的情况均不相同:GS溶剂型粘接剂表现为内聚破坏,即反映了材料的自身强度。甲基丙烯酸甲酯体系的破坏面一般发生在丙烯酸胶粘剂与铺装下层混合料之间,局部在丙烯酸胶粘剂内部,可见该防水结构体系的结合强度很大程度上取决于丙烯酸胶粘剂的结合强度以及施工界面的清洁度。环氧树脂粘接剂Ⅰ型破坏面大都发生在缓冲层界面,与这种材料的功能有关,其主要是高温保护和应力缓冲作用。环氧树脂粘接剂Ⅱ型自身强度非常高,因此,破坏面易发生于薄弱界面如环氧沥青混合料与粘接层的结合面或者是自身强度相对较低的浇注式沥青混合料内部。
3)防水结构体系的剪切强度
铺装层与钢桥面板之间的剪切强度是反映防水粘接层结合力的关键性技术指标,采用成型好的组合试件测试剪切强度,评价不同防水结构体系的层间结合力。试验测试了不同温度(25℃、60℃)下,6种防水结构体系的剪切强度,结果见表4。
综上所述,以与铺装下层沥青混合料的结合强度来看,甲基丙烯酸甲酯防水材料具有更高的粘结强度和剪切强度,对结构的完整性比较有利。环氧树脂粘接剂Ⅱ型和环氧沥青粘接剂在温度较高时粘结强度和剪切强度虽然都有衰减,但仍能符合钢桥面铺装设计要求。环氧树脂粘接剂Ⅰ型虽然属于反应性粘接剂,但因材料自身性能的缘故,在高温条件下其结合强度衰减较为明显,尤其是剪切强度。溶剂型粘接剂本质上是沥青类粘接剂,对温度的敏感性较强,在常温下具有较好的结合强度,但是在高温下,结合强度明显降低,此时若外界施加的荷载较大,极易引起脱层、推移等病害。
3 结论
通过研究温度对6种钢桥面铺装常用的防水粘接材料性能的影响,可以看出反应性材料的综合性能要比溶剂型粘接剂优异。就钢桥面铺装体系而言,甲基丙烯酸甲酯防水材料综合性能优异,对铺装的整体性有利,而且在国内多座大型桥梁中的应用也说明了该材料的优越性。环氧树脂粘接剂Ⅱ型和环氧沥青粘接剂也具有较好的实用性,但都属于进口材料,工程造价较高。
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粘接材料 篇5
本实验在现有LED结构基础之上结合实验室制备的环氧粘接材料,利用有限元软件COMSOL着重讨论大功率LED中粘接层对结温的影响,以期得到芯片封装材料复合体的理想温度分布,从而可从LED灯的表面温度估算出结温的值。
1 材料制备
作为LED封装粘接材料必须具备以下优点:良好的成形性、耐热性、机械强度及电器绝缘性,较小的热膨胀系数。目前,常用的封装粘接材料为环氧树脂,它具有粘接力强、电绝缘等特点,但它是热的不良导体,因此需加入填充剂、偶合剂、硬化剂等成为复合材料来使用[5]。本实验选用高纯度碳化硼为填充剂,以双酚A环氧树脂作为基体来制备粘接层材料。
将微米级粉末于200 ℃处理2h,然后用硅烷偶联剂进行表面处理,烘干备用。将固化剂和环氧树脂以一定比例混合并加入处理好的粉末,均匀搅拌,真空脱泡,然后固化成型。为了满足粘接层流动性好的要求,本研究所用B4C最高比例为60%(质量分数)。
2 有限元模型
整个LED灯结构是由没有散热器的单珠LED灯组成。如图1所示,封装包括芯片、透镜、硅树脂、芯片基座、陶瓷封装、导线、绝缘层、散热基座和电路板。同时其还存在着3层粘接层:(1)芯片与基板之间的硬质树脂;(2)基板与散热片(金属散热块)之间的粘接树脂;(3)散热基座和电路板之间的软树脂[6]。主要材料的热性能参数如表1所示。采用有限元分析软件COMSOL研究粘接层材料热性能对结温的影响。
为了尽量降低结温,本研究在热分析中做出了一些假设:(1)材料均匀且各向同性,粘接性良好;(2)LED芯片为均匀热源,热功率分别为1 W、2 W、3 W;(3)环境温度和LED灯初始温度为25 ℃;(4)同时考虑与外界的自然对流和热辐射效应。
3 结果及分析
3.1 温度分布
图2为粘接层厚度为0.1mm的LED灯在输入功率为1 W时的温度分布图。虽然这对LED器件内部温度实际情况的反映不一定准确,但是能够看出相对温度分布,可对整个散热提供一些指导。由图2可以看出,芯片产生的热量大部分通过散热基板及粘接层传递到外面,透镜由于其热导率相对较小,只有少部分热量传递[4]。最高的结温(Tj)为75.2℃,透镜上最低温度为56.5 ℃。然而芯片温度也不是均匀分布的,如图3所示,芯片上表面的温度明显比下表面温度高,再一次证明了热量大部分向下传递,且热量集聚导致芯片中间温度高于边缘。
图3芯片上(a)、下(b)表面的温度分布Fig.3 Temperature distribution in upper(a)and lower(b)surface of die
3.2 粘接层对结温的影响
粘接层主要是将热沉固定在电路板上,并保证界面的良好接触。因此在实际应用中就必须保证两点:(1)使LED模块能与热沉牢固地粘接在一起;(2)粘接剂必须有良好的导热性能[7]。采用B4C/环氧复合材料主要是因为它不但能提高热导率,还能减小树脂的热膨胀系数,避免因内应力及热应力而造成封装材料的龟裂。
3.2.1 厚度对结温的影响
图4为粘接层厚度对结温的影响。
图4粘结层厚度对结温的影响Fig.4 Effect of thickness of adhesive materials on Tj
对于功率为1 W的灯,当粘接层厚度为0.1mm和0.5mm时,结温分别为75.1℃和83.0 ℃,相差7.9 ℃,也就是说减小粘接层的厚度可以极大地提高LED灯的结温,从而延长其使用寿命。然而粘接层必须具有较强的粘接性,如果过薄虽有利于热量的传输,但会影响到最终的粘接效果,导致粘接不牢。因此,要结合两种因素综合考虑,通过对比得出最佳的粘接层厚度。图5为基板(铝板)的粘接强度与粘接层厚度的关系。当粘接层厚度为0.1mm时,结温最低,但粘接强度相对较弱,随着粘接层厚度的增加,结温升高,而粘接强度在厚度大于0.2mm之后开始降低。结合图4、图5可知,在粘接层厚度为0.2mm时,综合性能最佳。此时粘接强度为3.78MPa,结温为77.2 ℃。
图5粘接强度与粘接层厚度的关系Fig.5 Effect of adhesive thickness on adhesive strength
3.2.2 热导率对结温的影响
由以上分析可知,制备一种高热导率的导热胶复合材料作为粘接材料至关重要。B4C的热导率为32~40 W/(m·K),环氧树脂的热导率约为0.2 W/(m·K),因此B4C粒子对环氧树脂热导率有显著的影响。图6为复合材料热导率随B4C粒子含量增加的变化,当B4C质量分数小于30%时热导率增加缓慢,这是由于B4C被低热导率的环氧包封起来,处于隔离状态,复合材料的热导率仍基本取决于环氧树脂,所以复合材料的热导率变化较小。当B4C质量分数超过30%时,热导率开始显著提高,这是因为BN颗粒之间相互接触,颗粒之间彼此堆积,形成了导热通路,使得热流沿热阻很小的填料通过,而不是穿过高热阻的树脂层;在B4C含量为50%时热导率达到1.4 W/(m·K),是纯环氧树脂的7倍;B4C含量到达60% 时热导率有所下降,是由于B4C的量过多,B4C与环氧树脂不能均匀混合发生了团聚,没有大规模形成导热通道。
图6 B4C/环氧复合材料热导率随B4C含量的变化Fig.6 Thermal conductivity of epoxy resin dispersed with different amount of micro-B4C
B4C/环氧复合材料的SEM形貌如图7所示,其中黑色部分为环氧树脂,白色部分为B4C,可以看出B4C粒子能够很好地分散在环氧树脂中,每个颗粒都能很好地与周围其他颗粒接触,且随着含量的增加这种接触越好,也就是说“导热桥”搭得越多,整个复合材料的导热性大大提高[8，9]。另外,粒子与环氧树脂之间没有明显的分离,此时的粘接性仍然很强,这有利于提高环氧树脂的热导率并应用于LED封装粘接层中。
将制备的复合材料热导率运用到模拟的结温中,如图8所示,可看出在1 W的LED封装中结温随着粘接材料热导率的增大开始迅速降低然后趋于平缓,2 W、3 W也有相同的趋势,且下降得更加明显,结温最低出现在热导率最大时。结合图6热导率随B4C含量的变化,可得出使结温最低的复合材料最佳配比为B4C的质量分数为50%。
图8粘结层材料热导率对结温的影响Fig.8 Effect of the thermal conductivity of adhesive materials on Tj
4 结论
(1)随着粘接层厚度增加结温升高,但是太薄粘接不牢固。通过对粘接强度、结温与粘接层厚度的综合分析,当粘接层厚度为0.2 mm的综合性能最佳,所得的粘接强度为3.78MPa,结温为77.2 ℃。
(2)B4C粒子的加入使环氧复合材料热导率大幅提高,当质量分数为50%时,热导率达到1.4 W/(m·K),是纯环氧树脂的7倍,且结温会随着热导率的增加而降低,综合得出环氧复合材料的最佳配比为B4C的质量分数为50%。
摘要：采用自制的环氧树脂复合材料作为LED中的粘接材料,利用有限元软件COMSOL模拟讨论LED中粘接层厚度和导热系数对结温的影响,并给出了在粘接层材料的影响下LED灯中的温度分布。B4C的加入使得环氧复合材料(粘接层)热导率大幅度提高,模拟结果表明结温会随粘接层厚度的增加而升高,随着粘接层热导率的增加呈现先快速降低而后缓慢降低的趋势,并给出最佳的厚度和复合材料配比。
粘接材料 篇6
1 材料与方法
1.1 实验材料
热凝基托树脂:α- RESIN义齿基托聚合物Ⅰ型Ⅰ类(NISSIN Dental Products INC, Japan); 软衬:Silagum硅橡胶软衬材料(DMG Corporation, Germany); Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料(Tokuyama Dental Corporation, Japan)。
1.2 主要仪器及设备
Vertex压力聚合设备(Vertex- Dental B.V., Netherlands),微力材料试验机(Instron 5848, Instron Corporation, USA),万能材料试验机(AGS- 10kN, SHIMADZU, Kyoto, Japan),体式显微镜(SMZ1500, Nikon Corporation, Japan)。
1.3 实验设计与步骤
1.3.1 试件制作
制作不锈钢模具(第四军医大学机械加工制作室)。调和α- RESIN热凝基托树脂 (粉液比20 g ∶ 9 ml),面团期充填、装盒、煮盒(30 min内由70 ℃升温至100 ℃,100℃加热60 min)、待自然冷却后开盒,取出树脂块,37 ℃蒸馏水中浸泡21 d。21 d后取出树脂块,600 目水砂纸打磨粘接面,制备直径8 mm、高4 mm圆柱体基托树脂块120 个。将制得的基托树脂块放回模具,下模具内的基托块上方尚有直径为8 mm、高2 mm的空隙。按各自的产品说明,用无水酒精涂布树脂块粘接面,自然干燥,涂布粘接剂,待粘接剂溶剂完全挥发后,注射枪注射软衬材料于下模具基托粘接面上,上模具(含基托)复位,模具借助定位桩准确对合,加压固定(图 1)。Sofreliner MS组置于常温下30 min自凝固化; Silagum组常温固化30 min后40～50 ℃压力锅内加热10 min,完成固化。24 h后取出试件并打磨抛光,制得规格为直径8 mm、高10 mm(4+2+4) mm的圆柱体试件[3]60 个。2 种软衬材料的试件各30 个。
1.3.2 疲劳加载
采用Instron 5848微力材料试验机,每个试件的载荷为75 N,加载频率为72 次/min,分别加载66 700、133 300、266 700、400 000 次,模拟口内使用0.5、 1、 2、 3 年的情况[3];加载过程中软衬层始终浸泡在室温蒸馏水中。未加载组为空白对照组。
1.3.3 拉伸实验
试件于SHIMADZU AGS- 10kN万能材料试验机上进行拉伸实验,测试速度10 mm/min[4],记录拉伸力最大值P(N),通过抗拉强度计算公式σb=P/πr2,计算抗拉强度最大值σb(MPa)。破坏后的试件于体式显微镜下观察断裂面。断裂类型可分为:粘接性破坏(软衬材料与基托材料完全分开);内聚性破坏(在软衬材料内部分开);混合性破坏(上述二种方式同时存在)[3]。3 种断裂方式均在体式显微镜(×10 倍)下进一步观察。
1.3.4 统计分析
所得数据采用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析(α=0.05)。
2 结 果
2.1 粘接强度
2 种软衬材料试件随疲劳加载次数的增加,各组粘接强度值见表 1。
经统计学分析,Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料各组粘接强度均低于Silagum硅橡胶软衬材料。随疲劳加载次数的增加,2 种软衬材料粘接强度均处于下降趋势:Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料1 年组、2 年组、3 年组与疲劳加载前粘接强度有统计学差异,分别为P<0.01、 P<0.05、 P<0.001, 2 年组与半年组粘 接 强 度 差异 有统计学 意义(P=0.023); Silagum硅橡胶软衬材料1 年组、 2 年组、 3 年组与疲劳加载前
粘接强度有统计学差异(P<0.001), 1 年组、 2 年组、 3 年组与半年组粘接强度有统计学差异,分别为P<0.05、 P<0.01、 P<0.001; 2 种材料余组间粘接强度差异无统计学意义。
2.2 断裂模式观察
2 种材料各组断裂模式如表 2所示。
由表 2可知:Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料疲劳加载前粘接破坏形式为软衬材料内聚性破坏(图 2),疲劳加载后为混合性破坏(图 3);Silagum组破坏方式均为混合性破坏(图 4～5)。
C(cohesive faiure): 内聚性破坏; A(adhesive failure): 粘接性破坏; C+A(cohesive and adhesive failure): 混合性破坏
3 讨 论
临床上应用的永久性软衬材料根据成分不同主要分2 大类:丙烯酸酯类和硅橡胶类。丙烯酸酯类软衬可与基托树脂形成化学键,故粘接性能较好,但其在使用过程中析出增塑剂,易硬化。硅橡胶类软衬因其不含增塑剂、化学性能较稳定,能提供长期良好的弹性而在实际应用中较为广泛[5];根据其固化方式可分为自凝、热凝硅橡胶软衬:自凝型在椅旁即可完成衬垫,热凝型软衬却需在压力聚合设备内加热固化完成,患者需复诊1 次。由于硅橡胶类软衬材料与基托树脂间几乎没有化学键形成,其粘接只能靠粘接剂来实现,Mese等[6]的研究认为抗拉强度测试是评价硅橡胶软衬粘接强度的有效方式,故本实验从体外模拟咀嚼的角度出发,研究疲劳加载对自凝、热凝硅橡胶软衬与基托间粘接强度的影响;并采用抗拉强度测试方法进行比较。口腔其他因素对硅橡胶类义齿软衬材料粘接强度的影响尚在进一步试验中。
临床使用时软衬厚度一般控制在1.5～2.0 mm[7],故本实验软衬层设计厚度为2 mm。目前口腔软衬材料尚缺乏统一的国际测试标准,因此参考Minami等[3]的实验设计本实验的试件,尺寸如图 1所示。本实验以Silagum硅橡胶软衬材料为热凝硅橡胶软衬的代表、Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料为自凝硅橡胶软衬的代表进行研究,它们均为临床常用的硅橡胶软衬材料。同时,各厂家的软衬成分、处理方式不同,其粘接强度值可能与本实验数值有所差异,但作为硅橡胶材料,其变化趋势应相类似。
由表 1可知,Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料各组粘接强度值均显著低于Silagum硅橡胶软衬材料。且随疲劳加载次数的增加,2 种软衬材料粘接强度均处于下降趋势:Silagum软衬1 年组、2 年组、3 年组与疲劳加载前及疲劳加载半年的粘接强度值有统计学差异,提示其粘接强度1 年内下降较快,后趋于平缓;Sofreliner MS软衬粘接强度值1 年组、2 年组、3 年组与疲劳加载前有统计学差异,3 年组与半年组有统计学差异,且3 年组粘接强度值为(0.88±0.08) MPa,提示该软衬在临床应用时间到达3 年时应注意观察软衬与基托的粘接界面,根据具体情况予以更换新的软衬。国外多位学者研究认为软衬在临床所需的粘接强度最低值为0.44 MPa[8],参考此值,只考虑疲劳加载的因素,本实验中2 种软衬均可在口内使用3 年以上。
体式显微镜下观察试件的断面形态,疲劳加载前,Sofreliner MS组为软衬内聚型破坏,破坏面不规则,无粘接面破坏(图 2),软衬的抗撕裂强度小于粘接强度;Silagum组为混合性破坏,但主要为粘接破坏,一侧基托表面仅有少量软衬余留(图 4),拉伸过程中软衬的抗撕裂强度大于粘接强度。随着疲劳加载次数的增加,Sofreliner MS组为混合型破坏:边缘为粘接破坏,中心处为软衬的破坏;软衬形态大多为一侧基托上软衬呈盘状突起,另一侧呈中心凹陷状(图 3)。Silagum组疲劳加载后的破坏方式为混合型破坏,破坏形式大多同Sofreliner MS组,但一侧的基托上软衬突起体积更大,且边缘较为锐利,可明显看出软衬撕裂的痕迹(图 5)。由此可推测Silagum硅橡胶软衬的抗撕裂性能优于Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬。另外,Silagum组疲劳加载前的拉伸破坏方式近似于临床的剥脱现象,但因其粘接强度值显著大于疲劳加载后,在实际应用中,混合破坏先于软衬的剥脱,所以Silagum软衬剥脱在临床上不易发生。
以往的研究显示,影响软衬材料与义齿基托结合的因素主要为软衬材料的化学组成、粘接面的处理和软衬的厚度,临床上还可能与微生物污染、食物或清洁剂渗入以及软衬材料比义齿基托有较大的吸水性和溶解性有关[9]。本实验中2 种软衬材料的粘接强度有显著差异,可能是由于材料的组分不同及使用了不同的粘接剂和处理方式。
4 结 论
本实验条件下,Silagum硅橡胶软衬材料、Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料随疲劳加载次数的增加,粘接强度处于下降趋势,但2 种软衬材料疲劳加载3 年的粘接强度值均在临床可使用范围内。
在疲劳加载条件下,Silagum硅橡胶软衬材料的抗撕裂性能、粘接强度优于Sofreliner MS自凝硅橡胶软衬材料。
摘要：目的:探讨疲劳加载对不同方式固化的硅橡胶类义齿软衬材料粘接强度的影响。方法:以SofrelinerMS自凝硅橡胶软衬材料、Silagum硅橡胶软衬材料为自凝、热凝硅橡胶软衬的代表,分别与α-RESIN加强型热凝基托树脂块进行粘接制作圆柱形试件各30个。按疲劳加载0、66700、133300、266700、400000次,将2种材料的试件各相应分为5组、每组6个试件,疲劳加载后进行抗拉强度测定,观察断裂模式。结果:疲劳加载0、66700、133300、266700、400000次,SofrelinerMS各组粘接强度值(MPa)分别为:1.37±0.30、1.21±0.15、1.01±0.20、1.04±0.17、0.88±0.08;Silagum各组粘接强度值(MPa)分别为:3.28±0.61、2.79±0.24、2.16±0.40、1.77±0.44、1.66±0.33。疲劳加载前SofrelinerMS组断裂模式为软衬材料内聚性破坏,疲劳加载后为混合性破坏;Silagum组疲劳加载前后破坏方式均为混合性破坏。结论:随着疲劳加载次数的增加,2种材料的粘接强度均处于下降趋势,但均未超出临床应用的粘接强度要求(≥0.44MPa);采用的热凝硅橡胶软衬的粘接强度优于自凝硅橡胶软衬。
关键词：疲劳,硅橡胶,软衬,粘接强度
参考文献
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粘接材料 篇7
关键词：GC Fuji正畸粘接剂,京津釉质粘接剂,颊面管
目前临床上常用的釉质粘接剂有GC Fuji正畸粘接剂和京津釉质粘接剂等,已有对两者的粘接托槽效果的研究[1],但对于磨牙颊面管的粘接性能少有报道。本研究对GC Fuji正畸粘接剂与京津釉质粘接剂粘接颊面管的强度进行对比研究。
1 材料与方法
1.1 病例选择
选择在我院行固定正畸的患者120 例,男患者76 例,女患者44 例,年龄11～23 岁,平均年龄14 岁。全部采用自身双侧对照法,即随机选择一侧磨牙(上颌右侧和下颌左侧或者为上颌左侧和下颌右侧)为实验组,另一侧磨牙为对照组。所有病例均使用直丝弓矫治器矫治,上下颌第一、二磨牙全部纳入矫治体系,共960 颗磨牙。所有病例均不使用任何口内、口外固位的支抗装置,平均疗程20 个月。
1.2 材料选择
粘接式颊面管选用杭州新亚公司产品,实验组应用自酸蚀封闭剂(德山齿科,日本)和GC Fuji正畸粘接剂(而至公司,日本),对照组应用京津釉质粘接剂(天津市合成材料工业研究所)。
1.3 临床操作
所有病例在粘接颊面管前均常规抛光、冲洗。实验组吹干牙面后,加压均匀涂布自酸蚀封闭剂,光照20 s,将调和好的GC Fuji正畸粘接剂粘接颊面管后用光固化灯在颊面管的龈切方、近远中4 个方向各光照10 s。对照组采用标准酸蚀粘接技术利用京津釉质粘接剂粘接颊面管。粘接完毕后,检查并排除咬合干扰。按照矫治要求进行弓丝更替至治疗结束,治疗过程中可使用各种牵引。
1.4 研究方法
在矫治过程中详细观察并记录每个牙位颊面管脱落的情况,统计治疗2、 6 个月和1 年时第一和第二磨牙颊面管脱落数,每个牙位只统计第一次颊面管脱落,计算颊面管的脱落率,并对2 组进行比较分析。
2 结 果
2 组颊面管粘接后2、6 个月、1 年的脱落率见表 1。第一磨牙在任何时间段2 组均没有统计学差异。第二磨牙在治疗6 个月和1 年时,实验组的脱落率低于对照组(P<0.05),其中差异主要表现在下颌(表 2),但在治疗2 个月时,与对照组比较,2 组均无统计学差异(表 1)。
3 讨 论
京津釉质粘接剂是我国自行研制的一种双液双糊调和化学固化型粘接剂,目前临床上应用普遍,其对于颊面管的粘接强度已得到大家的认可[2]。但在临床应用中颊面管一旦脱落,难以准确定位,往往延长矫治时间。因此,我们不能仅满足于与带环相当的脱落率,而应努力寻找一种更好的粘接材料来提高颊面管的粘接强度,以解决正畸医师的后顾之忧。
本研究经过12 个月的临床观察结果表明,第一磨牙的GC Fuji正畸粘接剂组(实验组)颊面管的脱落率略低于京津釉质粘接剂组(对照组),但2 组无显著统计学差异,这与唐开红等[3]的研究结果一致,可能因为临床操作中第一磨牙的隔湿并不困难,视野相对较好,京津釉质粘接剂的粘接强度完全能够满足临床需要。
第二磨牙的GC Fuji正畸粘接剂组颊面管的脱落率在治疗2 个月时与京津釉质粘接剂组差异不大,可能与医师的操作有关。虽然GC Fuji正畸粘接剂并不要求牙面完全隔湿,但对调和时的粉液比要求较高,如不能严格按照说明书推荐的比例调和,则材料的粘接性能会受到影响。此外,GC Fuji正畸粘接剂需24 h接近其最高粘接强度,所以,如果磨牙位置过于异常,则在放入初始弓丝时产生的过大正畸力容易超过尚未达到最高强度的GC Fuji正畸粘接剂的粘接力,或者由于外力的介入,使GC Fuji正畸粘接剂固化过程中内部结构发生改变,而导致粘接强度降低。因此,如果能在初诊时不置入弓丝,则颊面管的存留率将更高。虽然这在临床实际操作中不易采用,但临床医师应保证初始弓丝的加力不要太大。
在治疗6 个月和1 年时,第二磨牙的GC Fuji正畸粘接剂组颊面管脱落率显著低于京津釉质粘接剂组,特别是下颌第二磨牙差异更为明显,可能是因为这个牙位较难隔湿,在调整颊面管位置时极易被唾液污染。尽管粘接颊面管后排除了咬合干扰,但仍难免在咀嚼过程中承受一定的咀嚼压力,因此此牙位对粘接材料的粘接强度要求非常高,而按照产品介绍,自酸蚀封闭剂和GC Fuji正畸粘接剂均既可以用于干性环境也可用于湿性条件下,此时GC Fuji正畸粘接剂在潮湿环境下粘接强度反而加强的特性就显示了出来[4],而京津釉质粘接剂对操作过程要求严格,在粘接颊面管前牙面必须吹干并严格隔湿,否则会导致颊面管的脱落率增加。
GC Fuji正畸粘接剂可以采取免酸蚀粘接,但作者根据临床体会认为酸蚀后其粘接强度更好,为缩短操作时间、减少釉质脱矿,作者采用了与自酸蚀封闭剂联合应用的方法。本研究证明与操作复杂的京津釉质粘接剂相比,GC Fuji正畸粘接剂与自酸蚀封闭剂的联合应用能更好地满足临床需要,特别是用于下颌第二磨牙的粘接,具有广阔的临床推广应用前景。
参考文献
[1]杨廷勇,邓如菊.树脂加强型玻璃离子水门汀联合新型自酸蚀剂用于托槽的粘接[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(34):6729-6732.
[2]刘文,王燕,沈红.磨牙带环与粘接式颊面管的临床应用比较[J].实用口腔医学杂志,2009,25(1):135-136.
[3]唐开红,王增全.不同材料黏接正畸颊面管的临床效果对比研究[J].中华口腔医学研究杂志(电子版),2009,3(4):430-434.