Vergleichende werkstoffkundliche Untersuchungen der Verbundfestigkeit zwischen experimentellen Metall-Kunststoff-Verbundsystemen unter verschiedenen Lagerungsbedingungen

Abstract

Die vorliegende Studie untersucht Abscherkraft und Abscherspannung von zwei Metall-Kunststoff-Verbundsystemen (Silicoater-MD-Verfahren, VITA ZETA HLC- Bond). Die beiden Systeme unterscheiden sich dadurch, dass das letztgenannte Verfahren den Haftvermittler im Opaker integriert hat. Es wurden rechteckige Prüfkörper von (20 x 10 x 2) mm aus Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung verwendet, die für 30 s mit Korund und Korox (Strahlungskörnung 250 µm, Strahldruck 4 bar) gestrahlt wurden sowie bei konstanter Raumtemperatur (23 oC) und relativer Luftfeuchtigkeit (50 %) weiterverarbeitet wurden. Die Verblendung der Prüfkörper wurde zweimal polymerisiert. Es entstanden ca. 2.0 mm hohe leicht konische Zylinder mit ca. 5 mm Durchmesser (gem. ISO 10447). Die Proben wurden vor dem Abscherversuch verschiedenen Belastungsfaktoren ausgesetzt: Trockenlagerung bei 35 oC über 3 Monate; Lagerung in destilliertem Wasser bzw. in 50 % Ethanol bzw. in Natriumchlorid-Milchsäure-Lösung bei 35 oC über jeweils 6 Monate; 24stündiges Kochen; Thermo-Wechselbad (5.000, 10.000 und 20.000 Zyklen, Temperaturbereich 5 oC - 55 oC, Intervalldauer pro Wärmebelastung 30 s). Pro Prüfserie wurden 7 Prüfkörper hergestellt und untersucht. Der Aufbau des Abscherversuchs entsprach den Vorgaben der ISO 10477 (Vorschubgeschwindigkeit 1 mm/min). Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Überlegenheit des Silicoater-MD-Verfahrens hinsichtlich Abscherkraft (N) und Scherspannung (MPa) gegenüber dem VITA ZETA HLC-Bond-Verfahren, obwohl in den meisten Prüfserien die von der ISO 10477 geforderte Mindestscherspannung von 5 MPa auch von diesem System eingehalten wurde. Die Scherspannung sank im Silicoater-MD-Verfahren bei Trockenlagerung (24 h bzw. 3 Mo.) von 19,2 MPa auf 15,8 MPa (VITA ZETA: jeweils 13,7 MPa). Die Abscherkraft blieb im Silicoater-MD-Verfahren nach 1 Woche und 1 Monat konstant (je 17,9 MPa) und stieg dann leicht auf 21,5 MPa (6 Monate) an. Die korrespondierenden Werte im VITA ZETA- Verfahren betrugen dagegen nur 15,7 MPa, 11,3 MPa und 10,2 MPa. Die Scherspannung nach Lagerung in 50 %igem Ethanol betrug im Silicoater- MD-Verfahren nach 1 Woche 25 MPa, nach 1 Monat 24,5 MPa und nach 6 Monaten 12,1 MPa, während das VITA ZETA-Verfahren (10 MPa, 4 MPa, 0,5 MPa) hier erheblich ungünstiger abschnitt und zusätzlich nach 6 Monaten 5 der 7 Kunststoffzylinder bereits abgefallen waren. Die Lagerung in Natriumchlorid- Milchsäure-Lösung führte zu einer Reduktion der Scherspannung im Silicoater- MD-Verfahren von 24,0 MPa (1 Wo.), auf 19,2 MPa (1 Mo.) bis auf 20,0 MPa (6 Mo.). Die korrespondierenden Zahlen des VITA ZETA-Verfahrens betrugen 14,0 MPa, 13,8 MPa und 8,5 MPa. Nach 24stündigem Kochen betrug die Scherspannung im Silicoater-MD-Verfahren 12,8 MPa, im VITA ZETA-Verfahren nur 8,8 MPa. Nach 20.000 Zyklen im Thermowechselbad lag die Scherspannung im Silicoater-MD- Verfahren bei 14,9 MPa und im VITA ZETA-Verbundsystem bei nur 4,4 MPa. Zwar produziert das VITA ZETA-Verfahren Haftwerte, die überwiegend den in der ISO 10477 geforderten Mindestdaten entsprechen und das System ist einfacher in der Anwendung als das Silicoater-MD-Verfahren, jedoch lässt sich aus den Ergebnissen dieser Studie ableiten, dass das VITA ZETA HCL-Bond-Verbundsystem dem Silicoater-MD-Verfahren bei allen durchgeführten Belastungstests eindeutig und in der Regel statistisch signifikant unterlegen ist und ihm somit nicht der Vorzug gegeben werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass das Silanisierungsverfahren dem adhäsiven System überlegen ist, da letztgenanntes deutlich anfälliger gegenüber den gewählten Lagerungsbedingungen war. In der klinischen Praxis wird sich daraus die Frage stellen, ob man das Gewicht auf die Arbeitszeitersparnis zu Lasten der Haltbarkeit legt. Mittelfristig wird sich dies als Nachteil auswirken. Ob die Firma Vita inzwischen die Haltbarkeit verbessert hat, kann nicht beurteilt werden. Es wurden aber inzwischen von der Firma ergänzende Verfahren entwickelt wie z. B. das VITA VM-Verfahren. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das Produkt ausschließlich lichtgehärtet wird und damit einfach handhabbar ist. In der vergleichenden Referenzstudie von RZANNY et al.[75] wird auch die Scherfestigkeit des VITA VM-Verfahrens unter z. T. dieser Arbeit vergleichbaren Bedingungen durchgeführt. Bei Lagerung für 24 h bei 37 °C ist in dieser Studie die Scherfestigkeit etwas größer als 20 MPa und so vermutlich in diesem Teilversuch dem VITA ZETA- Verfahren überlegen (siehe Abbildung 12). Genauere Aussagen sind hier aber sicher einer eigenen Studie vorbehalten.

This study examined shear force and shear stress of two metal-composite bonds (Silicoater MD, VITA ZETA-HLC-Bond). Both systems differ in the bonding agent that is only integrated in the opaque of the VITA ZETA HLC-Bond. Rectangular solid prisms (20 x 10 x 2 mm) made of a cobalt-chrome-molybdenum alloy were used as specimens. These specimens were blasted for 30 s using corundum and korox (blast pressure 4 bar) and were manufactured at a constant temperature of 23 oC and a relative humidity of 50 %. The veneering of the figures were polymerized twice using a metal ring (h = 2 mm; Ø 5 mm). Before the solid figures were used for the shearing experiments, they were stored under several conditions: dry storage (35 oC for 3 months); storage in distilled water, in 50 % ethanol or Sodiumchloride-lactic acid-solution respectively at 35 oC for six month; in boiling water for 24 hours; thermo contrast bath (5.000, 10.000 und 20.000 cycles, temperature range 5 - 55 oC, 30 s interval per heat charging). Seven specimens were manufactured and investigated for each testing series. The composition of the shearing tests corresponded to the guidelines of the appendix draft of the ISO 10477 (automatic feed 1 mm/minute). The results showed a remarkable advantage of the Silicoater-MD procedure with regard to shear force (in N) and shearing stress (in MPa) compared to the VITA ZETA HLC-Bond-procedure although the minimum shearing stress demanded by ISO 10477 (5 MPa) was also guaranteed by the VITA ZETA HCL-Bond system. Shear stress was reduced in the Silicoater-MD-procedure during dry storage (24 hours and 3 months) from 19,2 to 15,8 MPa (VITA ZETA: 13,7 MPa each time). The shear force remained unchanged in the Silicoater MD-procedure after one week and one month (17,9 MPa each time) and increased to 21,5 MPa after six months. The corresponding data from the VITA ZETA procedure only reached 15,7 MPa, 11,3 MPa and 10,2 MPa respectively. The shear stress after storage in 50 % ethanol using the Silicoater-MD procedure was 25 MPa after one week, 24,5 MPa after one month and 12,1 MPa after six months. In the same period the VITA ZETA procedure (10 MPa, 4 MPa and 0,5 MPa respectively) showed weaker results. Additionally, five of seven composite specimens fell off after six months. Storage in NaCl-lactic acid-solution showed a decrease of the shear force in the Silicoater-MD procedure from 24,0 MPa (one week) to 19,2 MPa (one month) and 20,0 MPa (six months). The corresponding data from the VITA ZETA procedure were 14,0 MPa, 13,8 MPa and 8,5 MPa respectively. After 24 hours of boiling the shear forces of the Silicoater MD procedure was 12,8 MPa. VITA ZETA only reached 8,8 MPa. After 20.000 cycles of the thermo contrast bath the shear force of the Silicoater-MD procedure was 14,9 MPa. The VITA ZETA system only reached 4,4 MPa. Although the VITA ZETA system produced adherence values corresponding to the minimal standards of ISO 10477 and was much easier in its application compared to the Silicoater-MD procedure, our results shows that the VITA ZETA-HCL-Bond-compound system is significantly inferior in all load tests; therefore the Silicoater MD procedure should be preferred.