Исследование вязкоупругих свойств акриловых базисных пластмасс под влиянием факторов внешней среды

ФИЗИКА

УДК 539.4 © А.Д. Насонов, Е.А. Языкова, Л.Н. Тупикова,

Т.В. Терещенко, П.Д. Голубь, Ф.М. Бетеньков

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ АКРИЛОВЫХ БАЗИСНЫХ ПЛАСТМАСС ПОД ВЛИЯНИЕМ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Низкочастотным акустическим методом на частоте v ~ 1Гц было проведено исследование вязкоупругих свойств базисных акриловых материалов «СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65». Исследования проводились в интервале температур 250^450 К. Было показано влияние влаги на механические характеристики полимерных материалов.

Ключевые слова: динамический модуль сдвига, температура стеклования, тангенс угла механических потерь.

A.D. Nasonov, E.A. Yazykova, L.N. Tupikova, T.V. Tereschenko, P.D. Golub, F.M. Betenkov

A STUDY OF VISCOELASTIC PROPERTIES OF ACRYLIC BASIC PLASTICS UNDER THE INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL FACTORS

A study of viscoelastic properties of basic acrylic materials "StomAkril", "Plastic colorless", "Paladon 65" was carried out by low-frequency acoustic method at a frequency v ~ 1Hz. The studies were carried out in the temperature range 250^450 K. The effect of moisture on the mechanical properties ofpolymeric materials was revealed.

Keywords: dynamic shear modulus, glass transition temperature, tangent of mechanical losses angle.

В настоящее время является актуальным широкое использование съемных пластиночных протезов из акриловых пластмасс при лечении частичного или полного отсутствия зубов [1]. Однако до сих пор остаются недостаточно изученными вопросы об изменении физико-механических свойств базисных акриловых материалов под влиянием условий внешней среды, а также оценки качества съемных пластиночных протезов при увеличении их срока службы [3].

Материал и методы исследования

Чтобы получить представление об изменении прочностных свойств базисных пластмасс в зависимости от длительности и режима пользования нами был проведен сравнительный анализ вязкоупругих характеристик образцов базисных материалов, широко применяемых в ортопедической стоматологии. Пластмассы на акриловой основе: «СтомАкрил» (ТУ 939-009-40151387-99), «Пластмасса бесцветная» (ТУУ 24.4-00481318-033-2003) и «Паладон 65» ISO 1567 подвергались увлажнению и высушиванию по методике описанной ниже [4, 5].

Образцы для испытаний прошли все технологические стадии изготовления, что и базисы съемных пластиночных протезов. Использовались пластинчатые образцы прямоугольного сечения (60*20*1,5 мм) по 30 из каждого вида исследуемой пластмассы. Изготовление образцов проводилось в строгом соответствии с инструкциями фирм производителей по технологическому режиму - прессование в кювете под давлением с полимеризацией в воде. Высушивание материала проводилось в суховоздушном термостате при температуре 37±1°С в течение 23±1 ч, увлажнение - путем погружения в дистиллированную воду (ГОСТ 6709) с температурой 37±1 °С на 168±2 ч. Исследовались образцы при температуре окружающей среды 23±1 °С и относительной влажности воздуха не менее 30% (ГОСТ Р 51889-2002).

Вязкоупругие параметры измерялись низкочастотным акустическим методом на частоте v ~ 1Гц, в интервале температур 250^450 К. Система термостатирования позволяла поддерживать температуру образца с точностью 0,5 К. В процессе измерений были определены динамический модуль сдвига G и тангенс угла механических потерь tgS. Погрешность в определении G не превышала 3%, а tgS - 7%.

А.Д. Насонов, Е.А. Языкова, Л.Н. Тупикова и др. Исследование вязкоупругих свойств акриловых базисных пластмасс под влиянием факторов внешней среды

В результате изучения изменений вязкоупругих свойств образцов базисных акриловых материалов «СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65» получены следующие данные.

Таблица 1

Изменение вязкоупругих свойств материала «СтомАкрил»

Образец № ад н Т1, К Т2, К ДТ, К 1я5тах 10-2 в, ГПа

№1 (высушенный) 382 374 391 17 1,41±0,1 1,18±0,04

№2 (высушенный и увлажненный) 376 367 386 19 1,35±0,1 1,17±0,04

Таблица 2

Изменение вязкоупругих свойств материала «Пластмасса бесцветная»

Образец Т» К Ті, К Т2, К ДТ, К гябтахЮ'2 в, ГПа

№3 (высушенный) 376 366 391 25 1,46±0,1 1,35±0,04

№4 (высушенный и увлажненный) 376 361 388 27 2,00±0,1 1,15±0,03

Таблица 3

Изменение вязкоупругих свойств материала «Паладон 65»

Образец Т» К Т1, К Т2, К ДТ, К ІЯбтах 10-2 в, ГПа

№5 (высушенный) 381 372 392 20 1,24±0,1 1,28±0,04

№6 (высушенный и увлажненный) 373 359 385 26 1,12±0,1 1,23±0,04

Здесь Т - температура стеклования полимера, определенная по методике описанной ранее [2], Т и Т2 - температуры начала и конца процесса стеклования, ДТ= Т2 -Т^ tg5m - величина пика тангенса угла механических потерь в области стеклования, G - динамический модуль сдвига в стеклообразном состоянии. Следует отметить, что значение модуля сдвига практически одинаково в образце №1 и №2 (табл. 1), что - свидетельствует об одинаковой устойчивости физико-механических свойств базисной пластмассы «СтомАкрил» к увлажнению и высушиванию. В то же время температура стеклования увлажненных образцов (367 °К) ниже, чем высушенных (374 °К), на 6°. Это означает, что теплостойкость базисной пластмассы «СтомАкрил» во влажном виде уменьшается.

Для «Пластмассы бесцветной» характерно следующее (табл. 2): при температуре стеклования в высушенных образцах (№3) пластмассы динамический модуль сдвига оставался доверительно больше (15%), чем в образцах, подвергшихся воздействию влаги (№4). Это говорит о том, что увлажнение съемных пластиночных протезов, изготовленных из данного вида пластмассы, приводит к снижению их физико-механических свойств на 15%.

Базисная пластмасса «Паладон 65» в сухом виде при температуре стеклования обладает более высокими физико-механическими свойствами, чем та же базисная пластмасса в увлажненном состоянии (на 4%), так как динамический модуль сдвига материала во влажном виде меньше (табл. 3). Более того, в увлажненном виде уменьшается и теплостойкость пластмассы «Паладон 65» на 8К, что будет влиять на рекомендации по пользованию ортопедическими конструкциями из данного вида базисного материала.

Из вышеизложенного следует:

- образцы материалов «СтомАкрил» и «Паладон 65» под воздействием влаги становятся менее теплостойкими, «Пластмасса бесцветная» при увлажнении теплостойкость не изменяется;

- при сравнении динамического модуля сдвига G всех исследованных образцов базисных пластмасс видим, что наибольший показатель этого параметра у «Пластмассы бесцветной» в высушенном виде (1,35 ГПа). В то же время у данного материала во влажном состоянии динамический модуль сдвига G минимальный (1,15 ГПа) и наиболее выражено уменьшение G (на 15%) под действием влаги;

- при влиянии влажной среды на материалы «Пластмасса бесцветная» и «Паладон 65» уменьшается динамический модуль сдвига в стеклообразном состоянии, поэтому хранение съемных пластиноч-

ных протезов из этих базисных пластмасс в ночное время в воде будет ухудшать их физикомеханические свойства;

- переход из стеклообразного в высокоэластическое состояние у исследованных базисных материалов начинается при температурах от 359 до 374 К (или от 86 до 101 °С), следовательно, при пользовании съемными пластиночными протезами из данных материалов не рекомендовано употребление чрезмерно горячей пищи и напитков, промывание под горячей водой и кипячение, так как это может привести к деформации ортопедической конструкции;

- съемные протезы, изготовленные из материалов «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65» желательно хранить в ночное время в сухом виде, так как влага ухудшает их вязкоупругие свойства. Ортопедические конструкции из пластмассы «СтомАкрил» можно хранить в сухом или влажном виде, потому что данный материал показал устойчивость к влаге.

Выводы

1. Физико-механические свойства съемных пластиночных зубных протезов из базисных акриловых пластмасс («СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65») зависят как от условий пользования, так и от условий хранения. При увлажнении таких образцов как «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65» снижаются вязкоупругие характеристики, базисная пластмасса «СтомАкрил» остается устойчивой к воздействию влаги.

2. Съемные ортопедические конструкции, изготовленные из материалов «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65» рекомендовано хранить в ночное время в сухом виде, а из «СтомАкрила» - в сухом или влажном виде. При пользовании съемными пластиночными протезами из данных материалов не рекомендовано употребление чрезмерно горячей пищи и напитков, промывание под горячей водой и кипячение, так как это может привести к деформации ортопедических конструкций.

Литература

1. Алимский А.В. Обеспечение ортопедической стоматологической помощью лиц преклонного возраста с полным отсутствием зубов // Стоматология для всех. - 2001. - №1. - С. 31.

2. Бетеньков Ф.М., Насонов А.Д., Голубь П.Д. Исследование криогенной деструкции высоконаполненных эластомерных полимерных материалов // Вестник Бурятского госуниверситета. - 2012. - Вып 3. - С. 160-164.

3. Динамический анализ вязкоупругих свойств стоматологических базисных пластмасс / Л.Н. Тупикова и др. // Наука, культура, образование. - 2003. - №13-14. - С. 91-92.

4. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1973. - 295 с.

5. Composite Materials. - Riga: Institute of Polymer Mechanics, University of Latvia, 2002. - 194 р.

Насонов Алексей Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, профессор, кафедра физики и методики обучения физике, Алтайская государственная педагогическая академия, 656031, Барнаул, ул. Ядринце-ва, 130-52.

Языкова Елена Александровна, кандидат медицинских наук, ассистент, кафедра ортопедической стоматологии, Алтайский государственный медицинский университет, 656907, Барнаул, ул. Школьная, 16-2.

Тупикова Людмила Николаевна, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой ортопедической стоматологии, Алтайский государственный медицинский университет, 656031, Барнаул, ул. Молодежная, 33.

Терещенко Татьяна Васильевна, магистрант, Алтайская государственная педагогическая академия, 656050, Барнаул, ул. Гущина, 153а -104.

Голубь Павел Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, профессор, кафедра физики и методики обучения физике, Алтайская государственная педагогическая академия, 656056, Барнаул, ул. Чернышевского, 28-41.

Бетеньков Федор Михайлович, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологических дисциплин, Алтайская государственная педагогическая академия, 656066, Барнаул, ул. Малахова, 158-90, e-mail:bfinl982@yandex.ru

Nasonov Alexey Dmitrievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, Department of Physics and Methodology of Teaching Physics, Altay State Pedagogical Academy, 656031, Barnaul, Yadrintseva Str., 130-52.

Yazykova Elena Alexandrovna, candidate of medical sciences, assistant, Department of Prosthodontics, Altai State Medical University, 656907, Barnaul, Shkolnaya Str., 16-2.

Tupikova Ludmila Nikolaevna, doctor of medical sciences, professor, Head of the Department of Prosthodontics, Altai State Medical University, 656031, Barnaul, Molodezhnaya Str., 33.

Tereschenko Tatyana Vasilievna, graduate student, Altai State Pedagogical Academy, 656050, Barnaul, Guschina Str., 153a-104.

Golub Pavel Dmitrievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, Department of Physics and Methodology of Teaching Physics, Altay State Pedagogical Academy, 656056, Barnaul, Chernyshevsky Str., 28-41.

Betenkov Fyodor Mikhailovich, candidate of technical sciences, associate professor, Department of Technological Disciplines, Altay State Pedagogical Academy, Barnaul, Malakhova Str., 158-90, e-mail:bfinl982@yandex.ru

УДК 537.534 Антонов, ^э()Д* Цыдыпов

КВАЗИОДНОМЕРНЫЙ РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ КАТОДОВ ПЛАЗМОТРОНОВ

Разработан квазиодномерный метод расчета термического состояния тугоплавких катодов генераторов низкотемпературной плазмы.

Ключевые слова: квазиодномерный метод, энергообмен, низкотемпературная плазма.

D.V. Antonov, B.D. Tsydypov

QUASI-ONE-DIMENSIONAL CALCULATION OF TEMPERATURE FIELD OF PLASMATRON SOLID CATHODES

A quasi-one-dimensional method of calculation a thermal state of infusible cathodes of low-temperature plasma generators has been developed.

Keywords: quasi-one-dimensional method, energy exchange, low-temperature plasma.

В работе рассмотрена обобщенная задача теплофизического состояния составных катодных узлов сильноточных плазменных систем [1]. Она основана на решении нелинейного уравнения нестационарной теплопроводности:

—T

ср—— = div

—t

с учетом основных видов теплообмена электродного узла с внешней средой, где T - температура, c -удельная теплоемкость, р - плотность материала, X - коэффициент теплопроводности, qV - объемная плотность внутренних источников и стоков, обусловленных различного рода физико-химическими процессами выделения и поглощения энергии.

На рис. 1 показана модель типичного катодного узла плазменных устройств. Для плазмотронов наиболее работоспособными являются конструкции, состоящие из центрального стержневого электрода - вставки I из тугоплавкого металла (например, чистый или активированный вольфрам), запрессованного в медный цилиндрический корпус катодного узла - обойму II.

Длина вылета катода варьируется от Lc = 0 (заделка заподлицо) до Lc / dx >>1 (длинный катод).

Рис. 1. Схема составного катодного узла плазменных устройств.

I - катод