fiber ile güçlendirmenin akrilik esaslı protez kaide ... · kevlar 49, e-cam ve s-cam) pmma...

ARAŞTIRMA (Research)

KEYWORDSFiber reinforcement, Denture base resin, Fracture

toughness, PMMA, ANOVA

ABSTRACT

ANAHTAR KELİMELERFiber ile güçlendirme, Protez kaidesi rezini, Kırılma

tokluğu, PMMA, ANOVA

ÖZET

Objective: The study investigated the effects of fiber reinforcing on the flexural and fracture resistance of polymethylmethacrylate (PMMA) type, denture base acrylic resin.

Materials Methods: Carbon, kevlar49, e-glass, s-glass fibers were used for reinforcement. Discontinuous fibers 5 mm in length were added to PMMA. The variation of flexural strength, flexural modulus, plain strain fracture toughness (Kıc) against fiber type and fiber volume percentage (%0,5, %1, %1,5), were determined with the 3-point bending test. The values obtained were tested for statistical signifi-cance using one-way analysis of variance-ANOVA. Results: The fiber most effective for increasing the fracture resistance was the carbon, while the least effective was e-glass. The flexural strength was not improved by fiber additions because of the poor fiber-matrix interface strength. Fractographic analysis showed the retarding effect of fibers on the propagation of cracks.

Conclusion: It was concluded that fiber addition significantly improves the fracture toughness of PMMA. Fiber pull-out and fiber splitting were obser-ved to be effective energy absorption mechanisms.

Amaç: Bu çalışmanın amacı, fiber ile güçlendirmenin polimetilmetakrilat (PMMA) esaslı protez kaidesi akri-liğinin esneklik ve kırılma direnci üzerine etkisinin incelenmektedir.

Gereç ve Yöntem: Karbon, kevlar49, e-cam, s-cam fiberler 5mm boyutunda ve gelişigüzel olarak PMMA matrikse yerleştirilmiştir. Esneklik dayancı, esneklik modülüsü, kırılma tokluğunun (Kıc) fiber tipi ve hacim-sel yüzdesine (%0,5, %1, %1,5) göre değişimi 3-nokta eğme testi ile belirlenmiştir. Elde edilen değerler, ista-tistiksel olarak anlamlı farklılıkların belirlenebilmesi için tek yönlü varyans analizi (one-way analysis of variance-ANOVA) kullanılarak incelenmiştir.

Bulgular: Kırılma direncinin iyileştirilmesinde en etkin fiber karbon olup, en az etki gösteren e-cam fiberler olarak bulunmuştur. Eğilme dayancı fiber ilavesi ile artış göstermemiştir. Bunun nedeninin zayıf matriks fiber arayüz dayancının olduğu düşünül-mektedir. Kırılma sonucu çekilen SEM incelemeleri, fiberlerin çatlakların ilerlemesindeki geciktirici etkisini göstermektedir.

Sonuç: Fiber ilavesinin PMMA’ın kırılma tokluğu özelliklerinde artışa neden olduğu düşünülmektedir. Fiberlerin yapıdan kopması ve ayrılmasının etkin bir enerji absorbsiyon mekanizması olduğu düşünülmek-tedir.

Hacettepe Dişhekimliği Fakültesi DergisiCilt: 30, Sayı: 3, Sayfa: 3-14, 2006

Fiber ile Güçlendirmenin Akrilik Esaslı Protez Kaide Materyalinin Kırılma Tokluğu

Üzerine Etkisinin İncelenmesi

The Effect of Fiber Reinforcement on the Fracture Toughness of Denture Base Acrylic

Resin*Doç.Dr. Pervin İMİRZALIOĞLU, **Prof.Dr. Rıza GÜRBÜZ, **Ebru ATASAV,

*Yrd.Doç.Dr. Selim ERKUT, ***Yrd.Doç.Dr. İlknur ÖZMEN

*Başkent Üniversitesi, Dişhekimliği Fakültesi, Protetik Diş Tedavisi Anabilim Dalı**Ortadoğu Teknik Üniversitesi, Metalürji ve Materyal Mühendisliği Bölümü

*** Başkent Üniversitesi, İstatistik ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü

�

GİRİŞ

Akrilik rezinler (PMMA) sahip oldukları tat-minkar estetik, uygulama rahatlığı ve tamir ko-laylıkları gibi özelliklerden dolayı günümüzde en sıklıkla kullanılan protez kaidesi materyalidir1,2. Ancak, mekanik özellikler açısından idealden uzaktır3. PMMA ile ilgili en önemli dezavantaj düşük kırılma ve yorgunluk direncidir. Klinikte bu özellikler çatlak veya kırıklar ile kendini gös-termektedir4. Bu etkiler sonucu oluşan durumla-ra örnek olarak; düşürme sonucu oluşan çarpma kırıkları, süregelen çiğneme kuvveti nedeniyle tekrarlayan esneme sonucu çatlak oluşumları ve bu çatlakların ilerlemesi verilebilir. Kendiliğinden oluşan protez kırıkları genellikle uzun zamana yayılan ve sürekli tekrarlayan ve sonuç olarak kı-rılmaya neden olan ufak eğilme (flexural) stresleri sonucu oluşur5.

PMMA esaslı kaide materyallerinin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amacı ile farklı yön-temlerin (cam küreler, metal kafesler-plakalar ve farklı doldurucular) etkinliğinin incelendiği önceki çalışmalardan yola çıkarak en etkili yön-temlerden birinin fiber ile güçlendirme olduğu düşünülmektedir6-29. Konu ile ilgili çalışmaların çoğu fiber, matriks tipi ve akrilik rezinlerin po-limerizasyon teknikleri üzerine odaklanmıştır. PMMA esaslı dental rezinlerin yapısına birçok farklı tipte (kırpılmış, sürekli, örgü halinde) fiber-ler ilave edilmiştir. Bu çalışmaların hemen hep-sinde materyalin dayanç, sertlik, elastik modülüs ve kırılma direnci özellikleri açısından iyileşmeler gözlemlenmiştir. Bununla beraber rezin esas-lı materyallerde kırılma direnci ve yüzey çatlağı mevcudiyetinde kırılma yorgunluğu ilerlemesi davranışı konusunda nispeten kısıtlı sayıda çalış-ma mevcuttur 14,1,22,25,27.

Bu çalışmada farklı tipteki fiberlerin (karbon, kevlar 49, e-cam ve s-cam) PMMA esaslı protez kaidesi materyalinin eğilme ve kırılma dayancı özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi amaçlan-mıştır.

GEREÇ ve YÖNTEM

Fiber ilavesinin etkisinin incelenmesi amacı ile üç adet, farklı fiber tipleri ile güçlendirilmiş

akrilik grubu (n=30) ve fiber ile güçlendirilmemiş kontrol grubu (n=10) hazırlanmıştır. Çalışmada kullanılan toplam örnek sayısı 130’dur. Her bir grup, kontrol grubu hariç, ayrıca farklı konsan-trasyonların (%0,5, %1, %1,5) etkilerinin ince-lenmesi için 3 ayrı alt gruba (n=10) ayrılmıştır. Çalışmada matriks materyali olarak PMMA esas-lı (QC-20 De Trey, Dentsply, UK) bir protez kaide materyali kullanılmıştır. Güçlendirme amacı ile 5 mm boyutunda; karbon (Tenax HTA 5331, Te-nax Fibers GmbH&Co., Almanya), e-cam (PPG Industries Fiber Glass Products, Hollanda) ve s-cam (N.V. Owens Corning S.A., Belçika) lifler kullanılmıştır. Hacimsel yüzde olarak fiberlerin oranları yüzde olarak, 0,5, 1 ve 1,5 olarak be-lirlenmiştir.

Kontrol grubu dışındaki örneklere akrilik re-zinin polimerizasyonundan önce fiber monomer içine serpilmiştir. Polimer tozu fiber-monomer karışımına monomer tozu daha fazla ıslatama-yacak orana ulaşıncaya, diğer bir tanımlama ile doygunluk noktasına kadar ilave edilmiştir. Karı-şım daha sonra 1 dakika boyunca üretici firma önerileri doğrultusunda karıştırılmış ve 8 dakika boyunca hamur kıvamına erişinceye dek bekle-tilmiştir. Karışım daha sonra planlanan testlere uygun örneklerin hazırlanması için alüminyum bir kalıp içine yerleştirilmiştir. 4.5x1.5x1.8 cm boyutlarında bir alüminyum kalıp içine yerleşti-rilen materyale hidrolik bir pres yardımı ile 5 da-kika boyunca basınç uygulanmış, artık akrilikler temizlenmiş ve çalışma örnekleri 980 C’deki su içinde 25 dakika boyunca bekletilerek polimeri-zasyonları sağlanmıştır.

Kırılma dayancı ve eğilme dayancı değerleri-nin belirlenmesi amacı ile 3-nokta eğilme testi uygulanmıştır. Kırılma dayancı örnekleri ASTM D 5045 (Standard Test Methods for Plane Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release Rate of Plastic Material’s) protokolüne uygun olarak belirlenmiştir. Mekanik dayanç testleri de aynı standarda göre belirlenmiştir.

Eğilme dayancı (σF) ve modülüsü (EF) aşağıda-ki formüllere göre hesaplanmıştır:

�

σF = 3FL/2bw2

EF = kL3 /4bw3

(F: maksimum yük, L: örnek uzunluğu, k: yükün uygulandığı bölgedeki yük-yerdeğiştirme diagramının eğimi, b: örnek genişliği, w: örnek kalınlığı).

PMMA’ın çok kırılgan bir yapıya sahip olma-sından dolayı, yorgunluk yüklemesi ile stabil bir başlangıç çatlağı oluşturulması mümkün değildir. Bu nedenle standart bir başlangıç çatlağı oluştur-mak amacı ile örnekler üzerine mekanik testlerden önce aşındırılarak ince; (0.2 mm genişliğinde) bir çentik açılmıştır. Daha sonra keskin uçlu bir kama bu çentiklere yerleştirilerek suni çatlakların oluş-ması sağlanmıştır. Yapılan ölçümlerde bu çatlakla-rın uzunluğunun çentik sonlanma bölgesinden iti-baren ortalama 150 mikron uzunluğunda olduğu bulunmuştur.

KIC değerleri aşağıdaki formüle göre belirlen-miştir:

KIC= (FL/ bh3/2) f (a/w)

(a: çatlak boyutu, f(a/w): geometrik faktör).

Kırılma dayancı değerleri sonuçlarının nor-

malliği için Kolmogorov-Simirnov uyum iyiliği testi, varyansların eşitliği için Levene testi kul-lanılmıştır. Kırılma dayancı değerleri açısından gruplar arasında fark olup olmadığı araştırmak amacıyla ANOVA kullanılmıştır. ANOVA sonu-cunda, grup ortalamalarından en az biri diğerle-rinden farklı (p<0,05) bulunmuş ise hangi grup ortalamasının (ortalamalarının) diğerlerinden (diğerlerinden) farklı olduğunun belirlenmesi amacıyla Tukey HSD ve Tamhane T2 post-hoc testlerinden yararlanılmıştır. Tukey HSD testi, varyansların homojenliği varsayımı sağlandığın-da, Tamhane T2 testi bu varsayım sağlanmadığı durumda ortalamalar arası eşanlı karşılaştırmalar yapmak amacıyla kullanılmaktadır.30

BULGULAR

Çalışmaya ait farklı fiber konsantrasyonların-daki kırılma dayancı değerlerine ilişkin temel ista-tistikler t’de verilmiştir. Farklı fiber hacimlerinin KIC değerleri üzerindeki etkisinin incelenmesinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.

Tüm konsantrasyonlar (%0,5, %1, %1,5) için bütün grupların (karbon, kevlar, s-cam, e-cam)

TABLO I

Farklı fiber konsantrasyonlarındaki kırılma dayancı değerlerine ilişkin temel istatistikler (Ort., SS).

Fiber TipiKonsantrasyon

(%)Kırılma Dayancı Değerleri

(Ort ±SS)Örnek sayısı

Kontrol 1,1420±0,952 10

Karbon 0,5 1,6088±0,10312 10

Kevlar 0,5 1,3361±0,10667 10

S-cam 0,5 1,4402±0,11782 10

E-cam 0,5 1,2906±0,05667 10

Karbon 1 1,8307±0,09810 10

Kevlar 1 1,7401±0,6773 10

S-cam 1 1,4789±0,09779 10

E-cam 1 1,4540±0,04151 10

Karbon 1,5 2,2842±0,21084 10

Kevlar 1,5 2,0465±0,12618 10

S-cam 1,5 1,7436±0,7058 10

E-cam 1,5 1,6612±0,0104 10

p<0,05

�

kırılma dayancı değerleri kontrol grubu ile kar-

şılaştırıldığında, tüm gruplar arasındaki farklılık

istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0,05).

Farklı olan grupları belirlemek amacıyla post-hoc

testlerinden, Tukey HSD ve Tamhane T2 testle-rine ilişkin güven aralıkları Tablo-IIa, IIb ve IIc’de özetlenmiştir.

TABLO II c

%1,5 konsantrasyonu için tüm gruplara ve kontrol grubuna ilişkin Tamhane T2 karşılaştırmaları

Gruplar Ortalama Farkları%95 Güven Aralıkları

Alt sınır Üst sınır

Kontrol-Karbon%1,5 -1,142 -1,390 -0,895

Kontrol-Kevlar%1,5 -0,905 -1,065 -0,744

Kontrol-S-cam%1,5 -0,602 -0,722 -0,481

Kontrol-E-cam%1,5 -0,519 -0,631 -0,408

Karbon%1,5-S-cam%1,5 0,541 0,296 0,786

Karbon%1,5-E-cam%1,5 0,623 0,379 0,867

Kevlar%1,5-S-cam%1,5 0,303 0,152 0,454

Kevlar%1,5-E-cam%1,5 0,385 0,239 0,532

TABLO II a

%0,5 konsantrasyonu için tüm gruplara ve kontrol grubuna ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



Kontrol-Karbon%0,5 -0,467 -0,592 -0,342

Kontrol-Kevlar%0,5 -0,194 -0,319 -0,069

Kontrol-S-cam%0,5 -0,298 -0,423 -0,173

Kontrol-E-cam%0,5 -0,149 -0,273 -0,024

Karbon%0,5-Kevlar%0,5 0,273 0,148 0,397

Karbon%0,5-S-cam%0,5 0,169 0,044 0,293

Karbon%0,5-E-cam%0,5 0,318 0,193 0,443

S-cam%0,5-E-cam%0,5 0,150 0,025 0,274

TABLO II b

%1 konsantrasyonu için tüm gruplara ve kontrol grubuna ilişkin Tamhane T2 karşılaştırmaları



Kontrol-Karbon%1 -0,689 -0,826 -0,551

Kontrol-Kevlar%1 -0,598 -0,718 -0,479

Kontrol-S-cam%1 -0,337 -0,474 -0,199

Kontrol-E-cam%1 -0,312 -0,424 -0,200

Karbon%1-S-cam%1 0,352 0,212 0,491

Karbon%1-E-cam%1 0,377 0,262 0,492

Kevlar%1-S-cam%1 0,261 0,139 0,383

Kevlar%1-E-cam%1 0,286 0,204 0,368

�

Tüm konsantrasyonlar için ayrı ayrı bütün grupların kırılma dayancı değerleri kontrol gru-bu ile karşılaştırıldığında, tüm gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0,05). Tukey HSD ve Tamhane T2 testlerine ilişkin karşılaştırma sonuçlarına göre farklı olan gruplar Tablo-IIIa, IIIb, IIIc ve IIId’de özetlenmiştir.

Tüm konsantrasyonlar için kontrol grubu dı-şındaki bütün gruplar kırılma dayancı değerleri açısından karşılaştırıldığında, gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0,05). Tukey HSD ve Tamhane T2 testlerine ilişkin karşılaştırma sonuçlarına göre farklı olan gruplar Tablo-IVa, IVb ve IVc’de özetlenmiştir.

TABLO III a

Tüm konsantrasyonlar için Karbon gruplarına ve kontrol grubuna ilişkin Tamhane T2 karşılaştırmaları



Kontrol-Karbon%0,5 -0,467 -0,598 -0,336

Kontrol-Karbon%1 -0,689 -0,816 -0,561

Kontrol-Karbon%1,5 -1,142 -1,370 -0,914

Karbon%0,5-Karbon%1 -0,222 -0,355 -0,089

Karbon%0,5-arbon%1,5 -0,675 -0,905 -0,446

Karbon%1-Karbon%1,5 -0,454 -0,682 -0,225

TABLO III b

Tüm konsantrasyonlar için Kevlar gruplarına ve kontrol grubuna ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



Kontrol-Kevlar%0,5 -0,194 -0,316 -0,072

Kontrol-Kevlar%1 -0,598 -0,720 -0,476

Kontrol-Kevlar%1,5 -0,905 -1,026 -0,783

Kevlar%0,5-Kevlar%1 -0,404 -0,526 -0,282

Kevlar%0,5-Kevlar%1,5 -0,710 -0,832 -0,589

Kevlar%1-Kevlar%1,5 -0,306 -0,428 -0,185

TABLO III c

Tüm konsantrasyonlar için S-cam gruplarına ve kontrol grubuna ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



Kontrol-S-cam%0,5 -0,298 -0,415 -0,182

Kontrol-S-cam%1 -0,337 -0,454 -0,220

Kontrol-S-cam%1,5 -0,602 -0,718 -0,485

S-cam%0,5-S-cam%1,5 -0,303 -0,420 -0,187

S-cam%1-S-cam%1,5 -0,265 -0,381 -0,148

�

TABLO IV b

%1 konsantrasyonu için kontrol grubu dışındaki tüm gruplara ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



Karbon%1-S-cam%1 0,352 0,256 0,448

Karbon%1-E-cam%1 0,377 0,281 0,473

Kevlar%1-S-cam%1 0,261 0,165 0,357

Kevlar%1-E-cam%1 0,286 0,190 0,382

TABLO IV c

%1,5 konsantrasyonu için kontrol grubu dışındaki tüm gruplara ilişkin Tamhane T2 karşılaştırmaları



Karbon%1,5-Kevlar%1,5 0,238 0,002 0,473

Karbon%1,5-S-cam%1,5 0,541 0,316 0,765

Karbon%1,5-E-cam%1,5 0,623 0,400 0,846

Kevlar%1,5-S-cam%1,5 0,303 0,163 0,443

Kevlar%1,5-E-cam%1,5 0,385 0,251 0,520

S-cam%1,5-E-cam%1,5 0,082 0,004 0,161

TABLO III d

Tüm konsantrasyonlar için E-cam gruplarına ve kontrol grubuna ilişkin Tamhane T2 karşılaştırmaları



Kontrol-E-cam%0,5 -0,149 -0,255 -0,042

Kontrol-E-cam%1 -0,312 -0,415 -0,209

Kontrol-E-cam%1,5 -0,519 -0,622 -0,417

E-cam%0,5-E-cam%1 -0,163 -0,230 -0,097

E-cam%0,5-E-cam%1,5 -0,371 -0,437 -0,304

E-cam%1-E-cam%1,5 -0,207 -0,262 -0,153

TABLO IV a

%0,5 konsantrasyonu için kontrol grubu dışındaki tüm gruplara ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



Karbon%0,5-Kevlar%0,5 0,273 0,154 0,392

Karbon%0,5-S-cam%0,5 0,169 0,050 0,288

Karbon%0,5-E-cam%0,5 0,318 0,199 0,437

S-cam%0,5-E-cam%0,5 0,150 0,031 0,269

�

Tüm konsantrasyonlar için bütün gruplar kendi içerisinde kırılma dayancı değerleri açısın-dan karşılaştırıldığında, tüm gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0,05). Her bir gruba ilişkin Tukey HSD ve Tamhane T2 testleri karşılaştırma sonuçları Tab-lo-Va, Vb, Vc ve Vd’de özetlenmiştir.

%0,5 konsantrasyonu için bütün grupların kı-rılma dayancı değerleri kontrol gruplarına göre istatistiksel olarak anlamlı derecede artmıştır (p<0.05). Bu konsantrasyonda kevlar ile s-cam, ve kevlar ile e-cam grupları arasında istatistiksel ola-rak anlamlı fark yok iken (p>0.05); diğer gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır.

TABLO V a

Tüm konsantrasyonlar için Karbon gruplarına ilişkin Tamhane T2 karşılaştırmaları



Karbon%0,5-Karbon%1 -0,222 -0,340 -0,103

Karbon%0,5-Karbon%1,5 -0,675 -0,878 -0,472

Karbon%1-Karbon%1,5 -0,454 -0,655 -0,252

TABLO V b

Tüm konsantrasyonlar için Kevlar gruplarına ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



Kevlar%0,5-Kevlar%1 -0,404 -0,518 -0,290

Kevlar%0,5-Kevlar%1,5 -0,710 -0,825 -0,596

Kevlar%1-Kevlar%1,5 -0,306 -0,421 -0,192

TABLO V c

Tüm konsantrasyonlar için S-cam gruplarına ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



S-cam%0,5-S-cam%1,5 -0,303 -0,411 -0,195

S-cam%1-S-cam%1,5 -0,265 -0,373 -0,157

TABLO V d

Tüm konsantrasyonlar için E-cam gruplarına ilişkin Tukey HSD karşılaştırmaları



E-cam%0,5-E-cam%1 -0,163 -0,215 -0,111

E-cam%0,5-E-cam%1,5 -0,371 -0,423 -0,319

E-cam%1-E-cam%1,5 -0,207 -0,259 -0,155

10

%1 konsantrasyonu için de bütün grupların kırılma dayancı değerleri kontrol gruplarına göre anlamlı derecede artmıştır (p<0.05). Bu konsan-trasyonda karbon ile kevlar ve s-cam ile e-cam grupları arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farklılık gözlenmemiş iken (p>0.05), diğer grup-lar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlam-lıdır.

Diğer konsantrasyonlarda olduğu gibi %1,5 oranında fiber ilavesi tüm grupların kırılma da-yancı değerleri kontrol gruplarına göre anlamlı bir artışa neden olmuştur (p<0.05). Bu konsan-trasyonda da karbon ile kevlar ve s-cam ile e-cam grupları arasında istatistiksel olarak anlamlı bir farklılık gözlenmemiş iken (p>0.05), diğer gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır.

Karbon grubunun kendi içindeki tüm kon-santrasyonları ve kontrol grubu arasındaki farklılıklar, kevlar grubunun kendi içindeki tüm konsantrasyonları ve kontrol grubu arasındaki farklılıklar, e-cam grubunun kendi içindeki tüm konsantrasyonları ve kontrol grubu arasındaki farklılıklar ve s-cam%0,5 ile s-cam%1,5 grupları dışındaki diğer s-cam grupları ile kontrol grubu arasındaki farklılıklar istatistiksel olarak anlamlı-dır (p<0,05).

%0,5 konsantrasyonu için kontrol grubu dı-şındaki tüm grupların karşılaştırıldığında, kevlar ile s-cam, kevlar ile e-cam grupları arasında ista-tistiksel olarak anlamlı fark yok iken (p>0.05); di-ğer gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır.

%1 konsantrasyonu için kontrol grubu dışın-daki tüm grupların karşılaştırıldığında, karbon ile kevlar ve s-cam ile e-cam grupları arasında istatistiksel olarak anlamlı fark yok iken, diğer gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak an-lamlıdır (p<0,05).

%1,5 konsantrasyonu için kontrol grubu dı-şındaki tüm grupların karşılaştırıldığında, gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır (p<0,05).

Kontrol grubu dışında karbon grubunun kendi içindeki tüm konsantrasyonları karşılaştırıldığın-

da, gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır (p<0,05).

Kontrol grubu dışında kevlar grubunun kendi içindeki tüm konsantrasyonları karşılaştırıldığın-da, gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır (p<0,05).

Kontrol grubu dışında e-cam grubunun kendi içindeki tüm konsantrasyonları karşılaştırıldığın-da, gruplar arasındaki farklılık istatistiksel olarak anlamlıdır (p<0,05).

Kontrol grubu dışında s-cam grubunun kendi içindeki tüm konsantrasyonları karşılaştırıldığın-da, s-cam %0,5 ile s-cam %1 grupları dışındaki diğer s-cam grupları arasındaki farklılıklar istatis-tiksel olarak anlamlıdır (p<0,05).

Farklı fiberler ve fiber hacimlerinin KIC değer-leri üzerine etkisi Grafik 1’de görülebilir. Fiber ile güçlendirmenin kırılma dayancı üzerine etkisi ise Grafik 2.’de görülebilir. Kırılmış yüzeylerin ince-lenmesi amacı ile çekilen SEM fotoğrafları Resim 1’de görülebilir.

TARTIŞMA

Çalışmada elde edilen her bir kırılma dayancı değeri Tablo I’de verilmiştir. Tablo I’de görüldü-ğü gibi fiber ilavesi elde edilen değerleri yükselt-miştir. Bu artış karbon fiberli örnekler için %1,5 oranından itibaren eğilme modülüsü değerleri üzerinde ortalama %15 düzeyinde artışa neden olmuştur. Başlangıç fiber ilavesi konsantrasyo-nunun (%0,5) dayanç değerleri üzerindeki kısıt-lı etkisinin; fiber-matkriks arasındaki boşluklar, yetersiz ıslanma ve yetersiz fiber dağılımından etkilendiği düşünülmektedir. Bütün bu olasıklık-lara ilave olarak, kritik fiber hacim oranının tüm fiberler için 0.015’ten daha büyük olduğu düşünü-lebilir. Bu sonuçlar önceki benzer birçok çalışma ile paralellik göstermektedir6-11,13,14,21,22,28.

Daha önceki bazı çalışmalarda PMMA ve fiber-ler arasındaki bağlantının iyileştirilmesi ve sonuç olarak mekanik dayancın arttırılması için farklı bağlantı ajanlarının etkisinin incelenmesi amaç-lanmıştır13,24. Solnit24 tarafınan gerçekleştirilen araştırmada, silanlanmış ve silanlanmamış cam fiberlerin PMMA’ın mekanik direnci üzerine etkisi

11

GRAFİK 1

Grafik 1. Fiber-hacim yüzdesindeki farklılıklara gore KIC değerleri. (a) karbon, (b) kevlar, (c) s-cam and (d) e-cam.

GRAFİK 2

Fiber konsantrasyonu etkinliğinin KIC ve JIC değerleri üzerine etkisi.

% hacim, karbon fiber % hacim, kevlar fiber

% hacim, s-cam fiber % hacim, e-cam fiber

12

incelenmiştir. Sonuç olarak silanmış cam fiberler, silanmamış ve fiber ile güçlendirilmemiş akrilikle-re gore daha iyi mekanik direnç göstermiştir. Bu çalışmada da kullanılan lifler üreticiler tarafından daha iyi bir bağlanma sağlanması amacı ile ön-ceden yüzey şartlandırılmasına tabii tutulmuştur. E-cam ve s-cam fiberler silanlanmış, karbon fi-berler ise bisfenol-A yapıda epoksi rezin ile mua-mele edilmiştir.

PMMA’ın güçlendirilmesi için fiber uygulaması-nın sonuç materyalinin dayanç modülüsü 16,18,19,23, kırılma direnci12 ve çarpma direnci11 üzerine etkisi-nin incelendiği birçok çalışma mevcuttur.

Yüke bağlı eğilme diagramlarında incelenen örneklerin genelde lineer bir esneklik özelliği, do-layısı ile lineer bir esneklik kırılma mekanizması gösterdiği görülmektedir (Grafik 1). Bu çalışmada PMMA örnekleri ile elde edilen kırılma tokluğu değerleri, benzer çalışmadakiler ile benzerlik gös-termektedir14,16.

Farklı fiber tipleri ve konsantrasyonlarının KIC

değerleri üzerine etkisi Grafik 1’de görülebilir. Bu grafikte görüldüğü üzere kırılma tokluğu değerleri fiber ilavesi ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Bununla beraber fiber ile güçlendirmenin kırılma tokluğu üzerine etkisi fiber tipleri ile birlikte değiş-mektedir. Grafik 2 lineer regresyon analizi ile fiber hacminin kırılma tokluğu (KIC)üzerine etkisini gös-termektedir. Grafik 2’de açıkça görüldüğü üzere, en iyi sonuçlar karbon fiber ile güçlendirilen ör-neklerde elde edilmiştir. Karbon fiberleri kevlar 49 lifler, s-cam ve e-cam lifler takip etmektedir. KIC değerlerine göre kırılma tokluğunda elde edilen iyileşme, karbon/PMMA>kevlar 49/PMMA>s-cam/PMMA>e-cam/PMMA biçiminde sıralana-bilir.

Pourdeyhimi ve arkadaşları14,22 kevlar 29 ve kevlar 49 kullanarak yaptıkları çalışmalarda KIC

ve JIC değerleri için artış gözlemlemişlerdir. Aynı zamanda araştırıcılar kevlar/PMMA sisteminin karbon/PMMA sistemine kırılma tokluğu açısın-dan daha üstün olduğunu belirtmişlerdir.

Agarwal ve arkadaşları25 gelişigüzel olarak yapı içinde dağıtılmış kısa cam fiberlerin epoksi rezinin

RESİM 1

a) e-cam fiberlerin uzaklaşmasını, b) karbon fiberlerin uzaklaşmasını, c) Kevlar fiberlerin uzaklaşmasını ve kopmasını

gösteren SEM fotoğrafları.

A

B

C

13

kırılma dayancı üzerine etkisini J-intregral yakla-şımı ile incelemişlerdir. J-integral yaklaşımını seç-melerinin nedeni, bu yöntemde ölçümlerin direkt olarak çatlağın uç bölümüne odaklanmadan çatlak ucu alanının hesaplanabileceği bir parametreye sahip olunmasıdır.

Kırılma yüzeylerine ait SEM incelemeleri (Resim 1) enerji emiliminin farklı mikromekanik mekanizmalarla gerçekleştiğini ortaya koymak-tadır. Tüm örneklerde fiberlerin çatlak geciktirici etkisi açıkça gözlenmiştir. Çatlak ilerleyip bir fi-ber ile karşılaştığında genellikle yolundan sapar ve fiber matriks arayüzünde kopma oluşur. Daha sonra ise fiber kırılma sırasında matriksten dışa-rıya uzaklaşır. Resim 1a ve 1b sıra ile cam ve karbon fiberlerin kırılmadan sonraki matriksten ayrılmalarını göstermektedir. Fiber uzaklaşması tüm örnekler için ortak bir görünüm sergilemek-le birlikte Resim 1c’de görüldüğü gibi fiberlerin kopması ve matriksten ayrılması kevlar grubuna ait bir özellik olarak kendini göstermektedir. Fi-berlerin ayrılması matriks ve fiberler arasındaki zayıf bir bağlantıyı göstermektedir. Bu kompozit bir malzemenin dayancında yetersiz yük iletimi nedeni ile azalmaya neden olsa da, kırık ilerle-me dayancı dolayısı ile kırılma tokluğu açısından avantajlıdır. Kevlar ile güçlendirilmiş PMMA’da fiberlerde kopma şeklindeki bozulma daha önce-ki çalışmalarda da gözlemlenmiştir14.

Kırılma öncesi örneklerin yüzeyi aynı zaman-da SEM ve stereo-mikroskop ile de incelenmiş ve fiberlerin hepsinin PMMA matriks içinde yüzey-de çıkıntı oluşturmadan gömülü olarak kaldıkları görülmüştür.

İdeal bir protez kaidesi materyali aynı zamanda ağızdaki yumuşak dokuları taklit etmek zorunda-dır3,4. Diş hekimliğine ait uygulamalarda karbon fiberlerin kullanımı, materyalin siyah renginden dolayı estetik problemler yaratmaktadır. Benzer şekilde kevlar ile güçlendirilmiş örneklerde, sonuç materyalinde kevlardan kaynaklanan sarımsı bir görünüm oluşmaktadır Bununla beraber cam fiber ile güçlendirme herhangi bir estetik probleme se-bep olmamaktadır.

SONUÇLAR

Fiber ile güçlendirmenin akrilik esaslı protez kaide materyalinin kırılma tokluğu üzerine etki-sinin incelendiği çalışmada aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır.

1. Fiber ile güçlendirme PMMA esaslı protez kaidesi materyallerinin kırılma dayancında art-maya neden olmaktadır. KIC değerleri fiber hac-mindeki artışa bağlı olarak artmaktadır.

2. Fiber ilavesi ile kırılma tokluğu değerlerin-deki artış sırasıyla karbon, kevlar 49, s-cam, e-cam biçimindedir.

3. Kırılma tokluğunda sağladıkları artış nede-ni ile cam ile güçlendirilmiş PMMA’lar özellikle kırıkların başlayıp ilerleme eğilimi gösterdikleri protezlerin üst palatal bölgesindeki kırıkların en-gellenmesinde avantaj sağlayabilirler.

4. Karbon ve kevlar fiberler kırılmaya karşı daha yüksek direnç göstermekle beraber; yarat-tıkları estetik problemlerden dolayı, kullanımları sınırlanır. Stetiğin önemli olduğu bölgelerde cam ile güçlendirme avantaj sağlamaktadır.

5. Eğilme dayancında ilk konsantrasyondaki fiber ilavesinden sonra önemli bir artış gözlen-memiştir.

6. Fratoktografik analizler fiberlerin çatlak ilerleme üzerinde durdurucu etkilerinin olduğunu göstermektedir. Fiberlerin matriksten uzaklaşma-sının ise diğer bir enerji absorbsiyon mekanizması olarak görev yaptığı düşünülmektedir.

KAYNAKLAR

1. Giddings VL, Kurz SM, Jewett CW, Foulds JR, Edidin AA. Small punch test technique for characterizing the elastic modulus and fracture behaviour of PMMA bone cement used in total joint replacement. Biomaterials 2001; 22:1875-1881. 2. Schröder J, Wassman H. Polymethylmethacrylate(PMMA) in anterior cervical spine surgery-current situation in Germany. Zentralbl Neurochir 2001;62:33-36.

3. Phillips RW. Science of Dental Materials. Philadelphia: WB Saunders Company, 1991:179.

1�

İLETİŞİM ADRESİ

Doç.Dr. Pervin İMİRZALIOĞLUBaşkent Üniversitesi Dişhekimliği Fakültesi 11. sok. No: 26 06490 Bahçelievler-Ankara

Telefon:0 312 215 13 36 Faks:0 312 215 29 62 e-mail: [email protected]

18. Donna LD, Larry CB. The transverse strengths of three denture base resins reinforced with polyethylene fibers. J Prosthet Dent 1992;67:417-419.

19. Behr M, Rosentritt M, Latzel D, Kreisler T. Comparison of three types of fiber reinforced composite molar crowns on their fracture resistance and marginal adaptation. J Dent 2001;29:187-197.

20. Valittu PK, Lassila VP. Reinforcement of acrylic resin denture base material with metal or fiber strengheners. J Oral Rehabilitation 1992;19:225-230.

21. Sehajbal SB, Sood VK. Effect of metal fillers on some physical properties of acrylic resin. Dental Technology 1989;61:746-751.

22. Pourdeyhimi B, Wagner HD, Schwartz P. A comparison of mechanical properties of discontinuous kevlar 29 fiber reinforced dental and bone cements. Journal of Materials Science 1986;21:4468-4474.

23. Saha S, Pal S. Mechanical characterisation of commercially made carbon - fiber - reinforced polymethylmethacrylate. Journal of Biomed Mats Res 1986;20:817-826.

24. Solnit GS. The effect of methylmethacrylate reinforcement with silane treated and untreated glass fibers. J Prosthet Dent 1991;66:310-314.

25. Agarwal BD, Patro BS, Kumar P. J Integral as a fracture criterion for short fiber composites: an experimental approach. Eng Fracture Mechanics 1984;19:675-684.

26. Gutteridge L. The effect of including ultra high modulus polyethylene fiber on the impact strength of acrylic resin. British Dental Journal 1988;164:177-179.

27. Deboer J, Vermilyea SG, Brady RE. The effect of carbon fiber orientation on the fatigue resistance and bending properties of two denture resins. J Prosthet Dent 1984;51:119-121.

28. Knoell A, Maxwell H, Bechtol C. Graphite fiber reinforced bone cement. Annual of Biomedical Engineering 1975;3:325-329.

29. Modern Plastics Ancyclopedia. New York; Mc Graw Hill, 1983: 592.

30. Özdamar, K. SPSS İle Biyoistatistik, 3. baskı, Kaan Kitabevi, Eskişehir, 1999: 317-333.

4. Narva K, Vallittu PK and Urpo A. Clinical survey of acrylic resin removable denture repairs with glass fibre reinforcement. International Journal Prosthodonitcs 2001;14:219-221.

5. Mc Cabe JF, Walls AWG. London: Applied Dental Materials. Blackwell Science, 1998:97.

6. Valittu PK, Comparison of the in vitro fatique resistance of acrylic resin removable partial denture reinforced with continuous glass fiber or metal wires. J Prosthodontics 1996;5:115-21

7. Jagger DC, Harrison A, Marzoug A. Effect of the addition of poly(methyl methacrylate) beads on some properties of acrylic resin. Int J Prosthodont 2000;13:378-382.

8. Jagger DC, Harrison A. The effect of chopped poly(methyl methacrylate) fibers on some properties of acrylic resin denture base material. Int J Prosthodont 1999;12:542-546.

9. Vallittu PK. Effect of 180-week water storage on the flexural properties of e-glass and silica fiber acrylic resin composite. Int J Prosthodont 2000;13:334-339.

10. Gutteridge DL. Reinforcement of poly (methyl methacrylate) with ultra-high-modulus polyethylene fiber. J Dent 1992;20:50-54.

11. Uzun G, Hersek N, Dinçer T. Effect of five woven fiber reinforcement on the impact and transverse strenght of a denture base resin. J Prosthet Dent 1999;81:616-620.

12. Vallittu PK. The effect of glass fiber reinforcement on the fracture resistance of a provisional fixed partial denture. J Prosthet Dent 1999;79:125-130.

13. Andreopulos G, Papspyrides CD, Tsilibounnidis S. Surface treated polyethylene fibers as reinforcement for acrylic resins. Biomaterials 1991;12:83-87.

14. Pourdeyhimi B, Robinson HH, Schwarts P, Wagner HD. Fracture toughness of kevlar 29/ poly(methyl methacrylate) composite materials for surgical implantation. Ann of Biomed Eng 1986;14:277-294.

15. Vallittu PK. Flexural properties of acrylic resin polymers reinforced with unidirectional and woven glass fibers. J Prosthet Dent 1999;81:318-326.

16. Scherrer SS, Botsis J, Studer M, Pini M, Wiscott HW, Belser UC. Fracture toughness of aged dental composites in combined mode I and mode II loading. J Biomed Mater Res 2000;53:362-370.

17. Xu HH. Whisker-reinforced heat cured dental resin composites; effect of filler level and heat-cure temperature and time. J Dent Res 2000;79:1392-1397.

fiber ile güçlendirmenin akrilik esaslı protez kaide ... · kevlar 49, e-cam ve s-cam) pmma...

Documents