Eigenschappen en toepassingen van glasvezelversterkt composiet

Sigrid de Jong
Composietvullingen sterker met glasvezelsIn de industrie bestaat het al: kunststof versterkt met glasvezels. Deze glasvezelversterkte kunststoffen zijn licht en sterk en in allerlei vormen te maken. Dankzij deze materialen hebben we vliegtuigen, plezierboten, silo’s, kano’s, ski’s enz. Er worden zelfs bruggen van gemaakt. Nu wordt er onderzoek gedaan in de tandheelkunde naar het versterken van composietvullingen met glasvezels.Composiet is tandkleurig en kan aan tandweefsel geplakt worden. Het is sterk, slijtvast en polijstbaar.

Eigenschappen en toepassingen van glasvezelversterkt composiet

Composietvullingen sterker met glasvezels

In de industrie bestaat het al: kunststof versterkt met glasvezels. Deze glasvezelversterkte kunststoffen zijn licht en sterk en in allerlei vormen te maken. Dankzij deze materialen hebben we vliegtuigen, plezierboten, silo’s, kano’s, ski’s enz. Er worden zelfs bruggen van gemaakt. Nu wordt er onderzoek gedaan in de tandheelkunde naar het versterken van composietvullingen met glasvezels.Composiet is tandkleurig en kan aan tandweefsel geplakt worden. Het is sterk, slijtvast en polijstbaar. In sommige situaties is het alleen niet sterk genoeg, zoals grote vullingen waar hard op wordt gebeten.Voor mijn afstudeerscriptie heb ik een literatuuronderzoek gedaan naar de eigenschappen en toepassingen van glasvezelversterkt composiet. De meeste onderzoeken gedaan zijn door één onderzoeksteam in Finland dat verbonden is met de fabrikant van glasvezelversterkt composiet.Glasvezelversterkte composiet is sterker omdat glasvezels sterker zijn dan glas in bulkvorm. De versterking van van glasvezelversterkt composiet is afhankelijk van de oriëntatie, de lengte en de volumefractie van de vezels.Wat betreft de oriëntatie kunnen de vezels in één richting liggen, dan is het materiaal zeer sterk in de lengte richting van de vezels en veel minder sterk in de richting dwars op de vezels. De vezels kunnen ook in twee richtingen loodrecht op elkaar liggen, in de vorm van een matje, dan is het materiaal versterkt in die twee richtingen. De sterkte in elke richting is 0,38 van de sterkte van de vezels die in één richting liggen. De vezels kunnen ook random verdeeld zijn en dan is de versterking 0,2 en in alle richtingen even sterk.Hoe langer de vezels zijn hoe sterker het materiaal is. Tot de vezels zo lang zijn dat ze niet meer in alle richtingen kunnen liggen en zich oriënteren naar de afmetingen van de vulling.   Als de vezels kort zijn worden ze tijdens belasting van het materiaal uit het composiet losgetrokken. Als de vezels uit de composiet matrix worden getrokken dan versterken ze niet meer. De lengte waarbij de vezels niet meer losgetrokken worden is de kritische vezellengte. Deze lengte is afhankelijk van de doorsnede van de vezels, het materiaal van de vezels en het materiaal van de matrix waar de vezels in zitten en van hoe goed de vezels met het materiaal verbonden zijn. De vezels van onderzochte glasvezelversterkt composiet zijn langer dan de kritische vezellengte.Hoe meer vezels, dat wil zeggen hoe hoger het volumepercentage van de vezels in het composiet, hoe sterker het materiaal is.Glasvezelversterkt composiet is in de onderzoeken vergeleken met composiet zonder vezelversterking. Het heeft een hogere draagkracht, dat wil zeggen het breekt bij een hogere kracht dan gewoon composiet. De manier waarop glasvezelversterkt composiet breekt is ook anders. De vezels vertragen of stoppen de scheurgroei waardoor het pas bij hogere belasting breekt en anders breekt. Het breekt gecompliceerd of via delaminatie in plaats van bros. Deze breukwijze is gunstig voor kronen met wortelstiften. Een kroon met stift van glasvezelversterkt composiet breek boven de wortel en zo’n breuk is te herstellen. Als de wortel breekt dan moet de tand getrokken worden.Omdat glasvezelversterkt composiet sterker is kan het gebruikt worden voor grotere vullingen die zwaar belast worden, voor inlay’s onlay’s en kronen. Al is het niet zo sterk als een kroon van goud of porselein.Glasvezelversterkt composiet heeft een grotere uithardingsdiepte waardoor het gat in keer gevuld en uitgehard kan worden inplaats van in laagjes van maximaal 2 mm. Het is dus een bulk vullingsmateriaal.Composiet krimpt tijdens het uitharden. Door de krimp van composiet tijdens het uitharden kan de vulling loskomen van de wand en ontstaat er een smalle ruimte tussen de tanden en de vulling; de randspleet. In deze randspleet kan secundaire cariës ontstaan. De glasvezels krimpen niet tijdens het uitharden en daardoor krimpt glasvezelversterkt composiet minder.Door de glasvezels is glasvezelversterkt composiet ruw en kan het niet glad gepolijst worden. Ondanks deze verhoogde ruwheid hechten er niet meer bacteriën aan dan aan andere vullingsmaterialen. Omdat het ruw is moet het afgedekt worden met een laagje gewoon composiet van één millimeter.In het laboratorium is glasvezelversterkt composiet dus een verbetering van composiet, maar werkt dat ook goed in de kliniek? dat wil zeggen gaan de vullingen die van glasvezelversterkt zijn gemaakt ook langer mee dan vullingen van composiet zonder glasvezels? Om daar achter te komen moeten klinische studies gedaan worden. Ik heb in de literatuur slechts twee klinische studies gevonden.De eerste is een iets ouder onderzoek waarin twee soorten glasvezelversterkt composiet met vezels veel korter dan de kritische vezellengte worden gebruikt. De ene gaat net zo lang mee als gewoon composiet, de andere si duidelijk slechter. Bij de slechte bleken de vezels in clusters te liggen en niet random verdeeld in het composiet. Vanwege de slechte prestaties is dit materiaal van de markt gehaald.De andere klinische studie was een kortlopende studie van een jaar en gaf goede resultaten. Na een jaar waren de glasvezelversterkte vullingen even goed als de controle. Om dus te bepalen of glasvezelversterkt composiet de nieuwe revolutie in vullingsmaterialen is moeten er nog meer klinische onderzoeken worden gedaan en vooral onderzoeken die minstens meer dan 3 jaar duren. En de onderzoeken moeten niet door een onderzoeksteam worden gedaan maar door meerdere teams die onafhankelijk van elkaar zijn. Momenteel wordt en in Leuven een langdurige klinische onderzoek naar de overleving van vullingen van glasvezelversterkt gedaan. 

Bibliografie

[1] E Asmussen and A Peutzfeldt. Influence of uedma bisgma and tegdma on selected mechanical properties of experimental resin composites. Dent Mater, 14(1):51–56, Jan 1998.[2] Emine Goncu Basaran, Emrah Ayna, Pekka K Vallittu, and Lippo V J Lassila. Load bearing capacity of fiber-reinforced and unreinforced composite resin cad/cam- fabricated fixed dental prostheses. J Prosthet Dent, 109(2):88–94, Feb 2013.[3] Mario Bernardo, Henrique Luis, Michael D Martin, Brian G Leroux, Tessa Rue, Jorge Leitao, and Timothy A DeRouen. Survival and reasons for failure of amalgam versus composite posterior restorations placed in a randomized clinical trial. J Am Dent Assoc, 138(6):775–783, Jun 2007.[4] Jasmina Bijelic, Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Frac- ture load of tooth restored with fiber post and experimental short fiber composite. The Open Dentistry Journal, 5:58–65, 2011.[5] Jasmina Bijelic, Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Short fiber reinforced composite in restoring severely damaged incisors. Acta Odontologica Scandinavica, 71:1221–1231, 2013.[6] R L BOWEN. Properties of a silica-reinforced polymer for dental restorations. J Am Dent Assoc, 66:57–64, Jan 1963.[7] M S Cenci, T Pereira-Cenci, J A Cury, and J M Ten Cate. Relationship between gap size and dentine secondary caries formation assessed in a microcosm biofilm model. Caries Res, 43(2):97–102, 2009.[8] William M Chirdon, William J O’Brien, and Richard E Robertson. Diffuse reflec- tance of short-fiber-reinforced composites aligned by an electric field. Dent Mater, 22(1):57–62, Jan 2006.[9] William M Chirdon, William J O’Brien, and Richard E Robertson. Fraunhofer diffraction of short-fiber-reinforced composites aligned by an electric field. Dent Mater, 22(2):107–111, Feb 2006.[10] C L Davidson and A J Feilzer. Polymerization shrinkage and polymerization shrin- kage stress in polymer-based restoratives. J Dent, 25(6):435–440, Nov 1997.[11] A.J. de Gee, J.R. Bausch, and C. de Lange. Proefschriften 25 jaar na dato 17 tandheelkundige composieten. Ned Tijdschr Tandheelkd, 114:504–509, 2007.55[12] Flavio F Demarco, Marcos B Correa, Maximiliano S Cenci, Rafael R Moraes, and Niek J M Opdam. Longevity of posterior composite restorations: not only a matter of materials. Dent Mater, 28(1):87–101, Jan 2012.[13] J L Ferracane. Current trends in dental composites. Crit Rev Oral Biol Med, 6(4):302–318, 1995.[14] Jack L Ferracane. Developing a more complete understanding of stresses produced in dental composites during polymerization. Dent Mater, 21(1):36–42, Jan 2005.[15] Jack L Ferracane. Resin composite–state of the art. Dent Mater, 27(1):29–38, Jan 2011.[16] S.-Y. Fu, B. Lauke, E. Ma der, C.-Y. Yue, and X. Hu. Tensile properties of short- glass-fiber- and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composites. Composites: Part A, 31:1117–1125, 2000.[17] Shao-Yun Fu and Bernd Lauke. Effects of fiber length and fiber orientation distri- butions on the tensile strength of short-fiber-reinforcedpolymers. CompositeSscience and Technology, 56:1179–1190, Mei 1996.[18] S.Y. Fu, B. Lauke, E. Ma ̈der, X. Hu, and C.Y. Yu. Fracture resistance of short- glass-fiber-reinforced and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene under charpy impact load and its dependence on processing. Journal of Materials Processing Technology, 89-90:501–507, 1999.[19] S. Garoushi, J. Tanner, PK. Vallittu, and L. Lassila. Preliminary clinical evaluation of short fiber-reinforced composite resin in posterior teeth: 12-months report. The Open Dentistry Journal, 6:41–45, 2012.[20] Sufyan Garoushi, Muhammad Kaleem, Akikazu Shinya, Pekka K Vallittu, Julian D Satterthwaite, David C Watts, and Lippo V J Lassila. Creep of experimental short fiber-reinforced composite resin. Dent Mater J, 31(5):737–741, 2012.[21] Sufyan Garoushi, Pekka K.Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Effect of particulate nanofillers on the surface microhardness of glass-fibre-reinforced filling composite resin. The Chinese Journal of Dental Research, 11(1):20–24, 2008.[22] Sufyan Garoushi, Lippo V. J. Lassila, and Pekka K. Vallittu. The effect of span length of flexural testing on properties of short fiber reinforced composite. J Mater Sci: Mater Med, 23:325–328, November 2012.[23] Sufyan Garoushi, Lippo V.J. Lassila, Arzu Tezvergil, and Pekka K. Vallittu. Load bearing capacity of fibre-reinforced and particulate filler composite resin combina- tion. Journal of Dentistry, 34:179–184, 2006.[24] Sufyan Garoushi, Lippo V.J. Lassila, Arzu Tezvergil, and Pekka K. Vallittu. Sta- tic and fatigue compression test for particulate filler composite resin with fiber- reinforced composite substructure. dental materials, 23:17–23, November 2007.[25] Sufyan Garoushi, Enas Mangoush, Pekka Vallittu, and Lippo Lassila. Short fiber reinforced composite: a new alternative for direct onlay restorations. The Open Dentistry Journal, 7:181–185, 2013.56[26] Sufyan Garoushi, Eija Sa ̈ilynoja, Pekka K. Vallittu, and Lippo Lassila. Physical pro- perties and depth of cure of a new short fiber reinforced composite. dental materials, 29:835–841, April 2013.[27] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V. J. Lassila. Depth of cure and surface microhardness of experimental short fiber-reinforced composite. Acta Odon- tologica Scandinavica,, 66:38–42, 2008.[28] Sufyan Garoushi, Pekka K Vallittu, and Lippo V J Lassila. Continuous and short fiber reinforced composite in root post-core system of severely damaged incisors. Open Dent J, 3:36–41, 2009.[29] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V. J. Lassila. Fracture toughness, compressive strength and load-bearing capacity of short glass fibre-reinforced com- posite resin. The Chinese Journal of Dental Research, 14(1):15–19, 2011.[30] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Direct restoration of severely damaged incisors using short fiber-reinforced composite resin. journal of dentistry, 35:731–736, Mei 2007.[31] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Fracture resistance of short, randomly oriented, glass fiber-reinforced composite premolar crowns. Acta Materialia Inc, pages 779–784, Februari 2007.[32] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Short glass fiber reinfor- ced restorative composite resin with semi-inter penetrating polymer network matrix. dental materials, 23:1356–1362, November 2007.[33] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, and Lippo V.J. Lassila. Use of short fiber- reinforced composite with semi-interpenetrating polymer network matrix in fixed partial dentures. journal of dentistry, 35:403–408, 2007.[34] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, David C. Wattsb, and Lippo V.J. Lassila. Effect of nanofiller fractions and temperature on polymerization shrinkage on glass fiber reinforced filling material. dental materials, 24:606–610, December 2008.[35] Sufyan Garoushi, Pekka K. Vallittu, David C. Wattsb, and Lippo V.J. Lassila. Po- lymerization shrinkage of experimental short glass fiber-reinforced composite with semi-inter penetrating polymer network matrix. dental materials, 24:211–215, April 2008.[36] Sufyan K Garoushi, Lippo V J Lassila, Arzu Tezvergil, and Pekka K Vallittu. Fiber- reinforced composite substructure: load-bearing capacity of an onlay restoration and flexural properties of the material. J Contemp Dent Pract, 7(4):1–8, Sep 2006.[37] Sufyan K. Garoushi, Lippo V. J. Lassila, and Pekka K. Vallittu. Fiber-reinforced composite substructure: Load-bearing capacity of an onlay restoration. Acta Odon- tologica Scandinavica, 64:281–285, 2006.[38] Sufyan K Garoushi, Lippo V J Lassila, and Pekka K Vallittu. Short fiber reinforced composite: the effect of fiber length and volume fraction. J Contemp Dent Pract, 7(5):10–17, Nov 2006.57[39] Sufyan K Garoushi, Lippo V J Lassila, and Pekka K Vallittu. Fatigue strength of fragmented incisal edges restored with a fiber reinforced restorative material. J Contemp Dent Pract, 8(2):9–16, 2007.[40] Sufyan K. Garoushi, Lippo V.J. Lassila, Lippo V.J. Lassila, and Pekka K. Vallittu. Direct composite resin restoration of an anterior tooth: Effect of fiber-reinforced composite substructure. Eur. J. Prosthodont. Rest. Dent, 15, 2007.[41] Sufyan K Garoushi, Pekka K Vallittu, and Lippo V J Lassila. Short glass fiber- reinforced composite with a semi-interpenetrating polymer network matrix for tem- porary crowns and bridges. J Contemp Dent Pract, 9(1):14–21, 2008.[42] Ronald F. Gibson. Principles of Composite Material Mechanics. McGraw-Hill, Inc., third edition edition, 1994.[43] Francis A. Jenkins and Harvey E. White. Fundamentals of Optics. McGraw-Hill, Inc., fourth edition edition, 1976.[44] Filip Keulemansa, Prem Palava, Moustafa M.N. Abousheliba, Andy van Dalena, Cornelis J. Kleverlaana, and Albert J. Feilzera. Fracture strength and fatigue resis- tance of dental resin-based composites. dental materials, 25:1433–1441, juni 2009.[45] L V J Lassila, T Nohrstrom, and P K Vallittu. The influence of short-term water storage on the flexural properties of unidirectional glass fiber-reinforced composites. Biomaterials, 23(10):2221–2229, May 2002.[46] Lippo V.J. Lassila, Sufyan Garoushi, Johanna Tanner, Pekka K. Vallittu, and Eva So ̈derling. Adherence of streptococcus mutans to fiber-reinforced filling composite and conventional restorative materials. The Open Dentistry Journal, 3:227–232, 2009.[47] Luciene Goncalves Palmeira Moraes, Renata Sanches Ferreira Rocha, Livia Maluf Menegazzo, Eudes Borges de Araujo, Keizo Yukimito, and Joao Carlos Silos Moraes. Infrared spectroscopy: a tool for determination of the degree of conversion in dental composites. J Appl Oral Sci, 16(2):145–149, Mar-Apr 2008.[48] David C. Sarrett. Clinical challenges and the relevance of materials testing for posterior composite restorations. Dental Materials, 21:9–20, 2005.[49] A. Tezvergil, L.V.J. Lassila, and P.K. Vallittu. The effect of fiber orientation on the polymerization shrinkage strain of fiber-reinforced composites. Dental Materials, 22:610–616, 2006.[50] C P Turssi, J L Ferracane, and K Vogel. Filler features and their effects on wear and degree of conversion of particulate dental resin composites. Biomateri- als, 26(24):4932–4937, Aug 2005.[51] Pekka K. Vallittu. Interpenetrating polymer networks (ipns) in dental polymers and composites. Journal of Adhesion Science and Technology, 23:961–972, 2009.[52] Jan W.V. van Dijkena and Karin Sunneg ̊ardh-Gro ̈nberg. Fiber-reinforced packable resin composites in class ii cavities. journal of dentistry, 34:763–769, februari 2006.58[53] J-P Van Nieuwenhuysen, W D’Hoore, J Carvalho, and V Qvist. Long-term evaluation of extensive restorations in permanent teeth. J Dent, 31(6):395–405, Aug 2003.[54] Meng Zhang, Jukka Pekka, and Matinlinna. E-glass fiber reinforced composites in dental applications. Silicon, 4:73–78, 2012.

Universiteit of Hogeschool
Tandheelkunde
Publicatiejaar
2014
Kernwoorden
Share this on: