收縮應力

收縮應力是複合樹脂材料加工中必然存在的一種狀態。樹脂聚合時，單體分子間產生聚合反應，形成共價鍵連線的網狀大分子。分子間距離縮小導致體積收縮，多數樹脂材料體積收縮幅度在1.5%- 3%之間。影響收縮應力的因素主要有兩個方面：一是材料的性質，如彈性模量、樹脂基質、無機填料的量、直徑等；二是充填的過程，如洞形因素、修復技術、固化速度、黏結劑厚度等。

基本介紹

• 中文名：收縮應力
• 外文名：Shrinkage stress
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 收縮幅度：在1.5%- 3%之間
• 影響因素：材料的性質、充填的過程

收縮應力

複合樹脂是臨床套用非常廣泛的一種牙體修復材料，可以通過物理和化學方式與牙體組織結合，增加了固位力，降低了對洞形的要求，儘可能地保存了牙體組織。但複合樹脂固化時，由單體變為網狀大分子，由膠狀變為固體所產生的體積收縮以及由此引發的收縮應力，對臨床效果產生明顯的影響，主要包括以下3個方面：

1.牙齒變形。因收縮應力長期存在，變形恢復較慢，常可導致牙齒過敏或牙折。

2.黏結失敗，導致微裂隙、繼發齲等。

3.樹脂本身的損害。

所以許多學者針對樹脂收縮應力的產生、影響因素以及降低收縮應力的方法進行了大量研究。現就複合樹脂收縮應力的產生、影響因素、降低收縮應力的方法以及研究收縮應力常用方法作一綜述。

收縮應力產生

樹脂聚合時，單體分子間產生聚合反應，形成共價鍵連線的網狀大分子。分子間距離縮小導致體積收縮，多數樹脂材料體積收縮幅度在1.5%- 3%之間。當樹脂作為牙體修復材料時，因其與洞壁黏結，限制了樹脂體積收縮，導致在樹脂-牙體組織界面產生應力，僅非黏結面可以補償一部分體積收縮。在樹脂內部，由於洞壁黏結，樹脂固化時不能按需要收縮，必然在樹脂內部產生應力。也有報導樹脂的這種收縮應力還可使牙體組織產生應力及形變。對於收縮應力的研究，主要集中在黏結界面。有研究認為，樹脂修復後，其收縮應力主要集中在樹脂的邊緣及洞壁牙體組織的線角處。

影響因素

影響收縮應力的因素主要有兩個方面：一是材料的性質，如彈性模量、樹脂基質、無機填料的量、直徑等；二是充填的過程，如洞形因素、修復技術、固化速度、黏結劑厚度等。

材料性質

樹脂的彈性模量越大，收縮應力越大，反之較小。但樹脂的彈性模量過小，將會影響修復體的硬度和耐磨性。樹脂基質中雙酚A雙甲基丙烯酸縮水甘油酯（BIS-GMA）、稀釋單體雙甲基丙烯酸二縮三乙二醇酯（TEGDMA）的含量也影響到樹脂的收縮應力，隨TEGDMA / BIS-GMA比值的增高收縮應力增大。樹脂無機填料的種類和用量也會影響收縮應力。

c-factor是黏結面積與非黏結面積之比。比值越大，樹脂收縮時受到的約束越大，故有研究認為：c-factor越大，收縮應力越大，反之亦然。Logu-erdo等認為c-factor大時，黏結界面樹脂與牙體組織間隙大，黏結力小，收縮應力大。

c-factor大時，黏結力降低。但實驗研究為了增加對比性，往往採用牙合面洞、鄰牙合面洞黏結力與單個平面的黏結力對比，與臨床相比，可能過高估計了c-factor的作用。

收縮應力與牙體剩餘組織有關，剩餘牙體組織少，修復體體積大，可使樹脂-牙體組織界面的收縮應力降低，而牙體組織的受力增加，甚至產生變形。變形量近中牙合遠中面洞（MOD）> 鄰牙合面洞（MO，DO）>牙合面洞，牙體組織的形變也可以緩解收縮應力。牙合面洞基本不產生牙體組織變形，因此界面收縮應力大，這可能是因為剩餘牙體組織多，硬度大。c-factor相似時，剩餘牙體組織越少，黏結界面收縮應力越小。臨床上經常通過洞形設計來增加固位力，在某種程度上，不規則的黏結界面會增加收縮應力。

固化速度

大量的研究認為，化學固化收縮應力小於光固化，但臨床常用光固化。光固化的速度被認為與樹脂收縮應力大小相關。有研究認為：在樹脂玻璃化以前，樹脂流動性較好，彈性模量低，通過流動性、分子鬆弛來降低收縮應力，但玻璃化以前的時間非常短。假設在樹脂的固化過程中存在一個點—凝膠點，在此點以前，叫凝膠前點，樹脂具有較好的可塑性，並可藉助分子的重組來緩解收縮應力，故而此時產生的收縮應力小。在凝膠點以後，即凝膠後，樹脂的彈性模量增加，收縮應力也增加。總之，在光固化的前2-5s內，是緩解收縮應力的重要時期。可以通過弱光引導（先低強度、短時間照射，再高強度、長時間照射）來降低樹脂的固化速度和收縮應力。

黏結劑

黏結劑起到黏結樹脂和牙體組織的作用，其性質也會影響收縮應力。黏結劑的厚度、彈性模量、強度均可以影響樹脂的收縮應力。影響樹脂收縮應力的的因素有以下三個方面：

1.樹脂的體積收縮。

2.樹脂的黏彈性。

3.樹脂體積收縮的約束因素。

樹脂的體積收縮產生收縮應力，而樹脂的黏彈性則可以緩解收縮應力。

降低收縮應力

分層固化法

分層固化可以降低c-factor，降低收縮應力。而且後充填的樹脂可以補償前面充填的樹脂的收縮，但樹脂固化收縮應力不只發生在光照時，光照後還繼續產生。關於分層固化是否可以降低收縮應力，結論尚不統一。分層固化與整體固化並無顯著差異。他將牙尖缺損的前磨牙分為化學整體固化、光整體固化、從牙尖到中央、從中央到牙尖光固化，避免c-factor 的影響，認為三種光固化方式並無明顯差異，而光固化與化學固化存在差異。因此認為與分層固化相比，減緩固化速度可能更為重要。在c-factor 較大時，分層固化可以降低收縮應力，但在c-factor 較小時，則不顯著。也有研究表明分層固化會影響複合樹脂層間的結合強度。

減緩固化速度

許多研究認為在光固化的初始2-5s，是緩解收縮應力的一個重要時期。以450mW/cm²光強度照射樹脂，只照射2s-3s後的收縮應力與照射60s時相應時間的收縮應力相比，降低約40%。但6s後則無相應的下降。但2s時，樹脂的聚合轉化率僅40%左右，而收縮應力大部分在聚合轉化率50%以後產生，因此認為此方法並無臨床意義。用兩步法光固化樹脂，先弱光引導，間隔2min，再強光固化，認為初始光固化強度應<100 mW/cm²，初始光照射時間應< 5-7s，弱光與強光間隔至少2min，可以較有效的降低收縮應力。但減緩固化速度對於彈性模量低的微填料型樹脂、流動樹脂等，卻幾乎沒有效果。

黏結劑

有研究認為黏結劑越厚，彈性模量越小，樹脂-牙體組織界面收縮力越小。主要是通過黏結劑本身的變形來降低樹脂的收縮應力，但彈性模量小、強度低，也會影響黏結強度。黏結劑彈性模量低，可導致抗疲勞強度下降，但不會影響黏結強度。

研究方法

樹脂收縮應力的研究方法有：有限元法、光彈法、雷射衍射法等。比較常用的是有限元法、光彈法。

有限元法

有限元方法是將牙體組織分為有限個單元格，對各個單元格進行受力分析，反映整個牙的受力。因其可以根據需要設定材料的參數，結果也較直觀，在理論力學分析中常用。

在有限元模型上，根據需要制洞，設定牙體組織、材料的參數，設定樹脂與牙體組織的連線方式。但樹脂在窩洞內與洞壁黏結限制了樹脂體積收縮，所以體積收縮不能與完全沒有限制時一致。有研究認為：前磨牙MOD洞形中體積收縮約為自由收縮的20%，不同的約束程度，樹脂的體積收縮應不同。有的研究直接將樹脂與牙體組織剛性黏結在一起，有的將相應的樹脂與牙體組織單元格用彈簧相連，設定彈性模量及泊松比，來模擬黏結層。

FEM的缺點是不能反映樹脂收縮的動態過程，樹脂由單體聚合為網狀大分子，材料的性能是逐漸變化的而非固定的。

光彈法

光彈法採用的是環氧樹脂等各向同性的透明材料，因其受應力時折射率隨所受應力而改變，因此可以反映物體的受力情況。當物體的應力狀態與光互動作用，我們可以通過光彈條紋推知物體的應力狀態。該法是實驗力學常用的方法。它的主要優點是可以了解外力作用瞬間的應力分布。儘管關於降低收縮應力方法的研究較多，很多與臨床套用還有一定距離，有待進一步研究。