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.
