Моделирование изнашивания зубных протезов. Значимость износа в стоматологии
Следует отметить, что вопросы изнашивания (истирания) стоматологических материалов зубных протезов очень важны для практики зубного протезирования. Но они до конца не изучены.
В процессе жизнедеятельности человека происходит взаимодействие зубов друг с другом и с пищей, в результате чего происходит износ и разрушение материала как естественных, так и искусственных зубов. Влияние продуктов износа стоматологических материалов на организм человека не изучено в достаточной мере. Вместе с тем есть сведения, что микрочастицы этих материалов, попадая с пищей и слюной в организм, вызывают в ряде случаев заболевания желудочно-кишечного тракта, кожные заболевания, аллергические и токсические реакции.
В данном разделе приведены результаты физического моделирования процесса износа стоматологических материалов, из которых изготавливаются зубные протезы. Моделирование производилось на стенде конструкции МВТУ им. Э. Баумана, позволяющем воспроизводить взаимодействие материалов зубных протезов при их относительном перемещении и действии пульсирующего усилия их прижима. Стенд состоит из механической части и блоков управления и регистрации.
Основными элементами механической части стенда являются вращающийся диск, приводимый в движение электродвигателем, и подвижный шток с установленными на нем якорями электромагнитов. Подвижный шток передает усилие, создаваемое электромагнитами, на один из исследуемых образцов. Вторым исследуемым образцом, взаимодействующим с первым, является вращающийся диск, выполненный из исследуемого материала.
Блоки управления стенда позволяют задавать требуемую частоту вращения притира и необходимое усилие прижима испытываемых образцов друг к другу с пульсацией амплитуды усилия.
В процессе эксперимента оценивали изнашивание двух пар образцов: 1) один образец в виде гильзы-коронки, другой — в форме плоского диска из коррозионностойкой стали марки 12Х18Н9Т (сталь по стали); 2) один образец в форме гильзы, выполненный из заполимеризи-рованной акриловой пластмассы, другой — в форме плоского диска из коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н9Т (пластмасса по стали).
Усилие прижима образцов задавалось на уровнях давления 98 и 872 кПа (1 и 9 кг/см2 ). Частота пульсации амплитуды давления составляла 1 Гц (одно колебание в секунду), что примерно соответствует частоте взаимодействия зубов в процессе пережевывания пищи. Была выбрана скорость движения исследуемых образцов относительно друг друга 0,8 м/с. Время проведения каждого эксперимента составляло 10 мин. Эксперимент по изнашиванию образцов проводился в трех искусственных средах с рН 5,5; 7,0 и 8,0.
В каждой исследуемой точке поля значений параметров проводилось по три опыта. Измеряемая величина — износ массы образца, закрепленного на подвижном штоке стенда. Величина износа стального образца при взаимодействии с пластмассой находилась в пределах погрешности метода измерения массы. После каждого эксперимента методом спектрального анализа исследовали искусственную среду на содержание примесных элементов — железа, меди, марганца, никеля, хрома, входящих в состав коррозионно-стойкой стали образцов. Проведено 450 анализов искусственной среды, 180 весовых измерений износа, изучено 2250 спектрограмм по пяти примесным элементам.
Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью дисперсионного анализа по методу сумм квадратов отклонений и путем сравнения дисперсий отдельных факторов с дисперсией ошибки по F (статистика Фишера). Для 5% уровня значимости F с 1-й и 21-й степенями свободы F составляет 4,32. Сравнение среднего квадрата каждого фактора со средним квадратом ошибки показывает, что на износ образцов влияют величина давления (F = 43,96 > 4,32) и сочетание материал — среда (F = 5,7 > 4,32).
После каждого эксперимента методом спектрального анализа исследовали полученную искусственную среду на содержание примесных элементов — железа, меди, марганца, никеля и хрома. В 1 л исходной искусственной среды содержалось хлорида натрия 2,5 г, хлорида калия 1 г, фосфата аммония 0,5 г, мочевины 0,9 г.
