Экспериментальные образцы композиционных материалов получали методом свободного литья в металлические формы. Порошок полимера АСТТ смешивали с мономером ММА (метиловый эфир метакриловой кислоты) в соотношении 1: 1 и выдерживали смесь при комнатной температуре до полного набухания полимера (15-20 мин), а затем вводили наполнитель в количестве 30, 50 и 70%. Полученную однородную смесь заливали в металлические формы и выдерживали в термошкафу при 30°С в течение 1 суток. На полученных образцах определяли величину ударной вязкости, прочность при изгибе и сжатии и износостойкость.

В качестве наполнителей использовали кремнеземистые порошки с золь-гель предысторией: обломочного типа (изометрическая форма частиц, средний размер: 2,5-5мкм, 1,5-2,5 мкм и 0,5-1,5мкм), сферические (40-50мкм) и волокнистые (диаметр волокон 20мкм, 5-8мкм, 1,5-2,5мкм). Все типы наполнителей были рентгеноаморфны.

Значения физико-механических характеристик наполненных композитов ниже, чем у чистого полимера и заметно снижаются с увеличением степени наполнения. Это значит, что наполнители, полученные по золь-гель технологии, относятся к группе так называемых не усиливающих или инертных наполнителей [13]. Повышение прочностных характеристик в таких случаях обеспечивается использованием специальных модификаторов, которые имеют на концах молекулы две функциональных группы, одна из которых реагирует с поверхностью частицы наполнителя, а другая - с полимерной матрицей, тем самым обеспечивая сцепление наполнителя с матрицей. В данных исследованиях в качестве модификаторов использовали ОКМ-2 (бис-метакрилоксиэтиленкарбонат диэтиленгликоля) и ГМА (глицидилметакрилат). Наличие модификатора на поверхности порошка-наполнителя при изучении влияния степени наполнения и дисперсности различных наполнителей на физико-механические свойства композитов не имеет принципиального значения, поэтому при проведении исследований использовали немодифицированные порошки.

Обсуждение результатов

На рис.1 показаны зависимости изменения свойств композитов от средней дисперсности наполнителя обломочного типа. Все кривые изменения ударной вязкости и прочности при сжатии имеют ярко выраженный перегиб в области дисперсности наполнителя 1,5-2,5мкм. Однако такого перегиба нет на кривых изменения износостойкости и прочности при изгибе, в связи с чем нельзя считать точки перегиба на кривых ударной вязкости и прочности при сжатии ошибкой эксперимента при изготовлении композитов из наполнителей дисперсностью 1,5-2,5мкм. Так как разная дисперсность наполнителя обломочного типа получается путем корректирования параметров проведения гидролиза и поликонденсации этилсиликата, а не в результате помола синтезированного порошка, причиной перегиба очевидно, следует считать повышенную агрегируемость порошка. При этом распределение агрегатов в полимерной матрице происходит неравномерно, и величина ударной вязкости в основном, зависит от характеристик чистого полимера. Очевидно, резкое снижение прочности при сжатии в точке указанной дисперсности наполнителя также объясняется неравномерностью распределения частиц порошка в полимерной матрице.

Чем крупнее частицы наполнителя, тем выше износостойкость, то есть выше абразивный эффект при использовании композита в качестве пломбировочного материала. Эти результаты согласуются с кривыми изменения износостойкости в зависимости от степени наполнения.

На рис.2 представлены кривые изменения ударной вязкости и прочности при изгибе в зависимости от диаметра волокон наполнителя. Прочность при изгибе композита практически не зависит от диаметра волокон наполнителя, что согласуется с кривыми на рис.1. Анализируя результаты, можно сделать вывод, что на величину прочности при изгибе изменение дисперсности в пределах 0,5-20 мкм особого влияния не оказывает. Резкое снижение показателя прочности при изгибе вызывает использование наполнителя с дисперсностью выше 40 мкм (табл.1).

Величина ударной вязкости композитов, содержащих волокнистый наполнитель, также изменяется незначительно, но имеет тенденцию к снижению при увеличении диаметра волокна. По результатам петрографического анализа наполнитель с преобладающим диаметром волокон 5-8 мкм содержит 10-15% корольков. Снижение общего содержания волокон в матрице из-за корольков приводит к некоторому снижению значений ударной вязкости.

В таблице 1 приведены свойства композитов на основе поликристаллического корундового волокна промышленного производства (состав №3). Прочность при изгибе выше у композитов на основе корундового волокна. Однако, в связи с тем, что корундовые волокна хрупкие, ударная вязкость композита, содержащего такие волокна, ниже, чем у композитов на основе волокон, полученных по золь-гель технологии.

Таблица 1 - Физико-механические свойства композиционных материалов

Сравнивая результаты испытаний образцов композиционных материалов, можно утверждать, что наиболее эффективными наполнителями полимерных матриц являются порошки обломочного и волокнистого типа с “золь-гель” предысторией.

Используя наполнители оптимального состава (обломочного типа дисперсностью 0,5-1,5 мкм), повышали прочностные характеристики композита введением модифицирующих добавок, обеспечивающих сцепление зерен наполнителя с матрицей за счет образования ковалентных связей между функциональными группами модификатора, полимера и поверхностными силанольными группами наполнителя. Модификаторы ОКМ-2 и ГМА вводили при кратковременном шаровом помоле наполнителя (до 30 минут) и закрепляли на поверхности частиц термообработкой в сушильном шкафу при 140°С в течении 2 часов. Наполнитель вводили в полимерную матрицу в количестве 70 %. Испытание композиционных материалов проводили в условиях ООО научно-производственной фирмы "Кром Дентал" (г. Киев).

Свойства композитов определяли согласно стандартным методикам и сравнивали со свойствами композитов на основе уже известных наполнителей - белой сажи и модифицированного кварца. Использование модифицирующих добавок в составе композитов обеспечило повышение их физико-механических свойств примерно в три раза: прочность при изгибе - 125-128 МПа; ударная вязкость - 3,0-4,1 кДж/м2; твердость по Бринеллю - 110 МПа, что превышает значения композиционных материалов на основе широко используемых в стоматологической практике наполнителей, таких как белая сажа и модифицированный кварц.

Заключение