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摘要无托槽隐形矫治技术自1998年Align公司推出了Invisalign隐形矫治系统以来，逐渐成为正畸领域一项较成熟的矫治技术。由于这种技术相比于传统的固定矫治技术，具有较美观、可摘、舒适、方便清洁，可预估疗效等优势，满足了广大成年正畸患者的要求。但在实际应用中隐形矫治对于严重拥挤、深覆合、开合等复杂错合畸形的疗效尚不十分理想，有时甚至需要更换为固定矫治技术。<br>　　隐形矫治用的热压膜材料是一类种类多样，性能各异的高分子材料。现在市场上存在各种品牌的热压膜材料如Erkodur、Biolon、Scheu等，多用于正畸保持器的制作，而常用的隐形矫治材料主要为Invisalign SmartTrack材料。这些材料性能各不相同，在加工使用的过程中也受到很多因素的影响。本课题组力求自主研发国产化的隐形矫治材料，在之前的研究中，我们发现常见的热压膜材料中Erkodur和Biolon综合性能较佳，且主要分子基团为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯(PETG);通过高分子材料的共混改性，我们又发现以PETG为主要基团，加入聚碳酸酯(PC)和聚氨酯(TPU)后的PETG/PC/TPU三元共混物虽然弹性及韧性较好，但因TPU的加入材料透明度不足80％，强度稍差，且加工温度范围很窄，不宜作为隐形矫治用膜片。在众多二元共混物中，PETG与牌号为2858的PC共混后，材料相容性很好，在二者比例为PETG∶PC2858=70∶30时共混物的光学性能、加工性能、耐溶剂性等综合性能相对最好，满足隐形矫治用材料的基本条件。<br>　　21世纪以来随着纳米技术的出现，不仅可以从传统的宏观角度研究材料的力学性能，如单纯拉伸、三点抗弯、断裂破坏等得到材料各种性能的应力应变曲线，也可以从微观角度，更精确地研究材料微纳米尺度的力学性能，如纳米硬度、蠕变效应等，探寻宏观效应的微观机制。在此基础之上，本研究以PETG/PC2858为原料，通过特定模具加工出新型热压膜膜片，进一步探究其宏、微观力学性能，并与Erkodur、Biolon两种常用材料对比，发现优势与不足，提出对材料进一步改性的空间。<br>　　本实验分两个研究部分：<br>　　研究一 三种热压膜材料宏观力学性能的比较研究<br>　　选用1.0mm厚的PETG/PC2858、Erkodur、Biolon三种膜片制成哑铃型试样，在室温下利用材料试验机比较三种材料的单纯拉伸和应力松弛性能。通过探索Erkodur、Biolon的二次加工温度，寻找到合适的加工条件对两种膜片进行改形，按国家标准将三种材料加工成4.0mm厚的弯曲测试样条，在室温下进行简支梁三点弯曲实验，比较抗弯性能的差异。得到如下结果与结论:<br>　　1、三种热压膜膜片中新材料PETG/PC2858的拉伸强度最高为63.42±1.67MPa，与其他两种材料相比抵抗拉伸变形能力最强;且应力松弛速率最慢，为0.0080±0.0005N/s，能够提供相对持续的矫治力，已符合隐形矫治器的基本力学性能要求，但弹性模量最高，为834.31±10.12MPa，其弹性稍差，且加工温度和压力尚不十分稳定，仍有增弹改性及优化加工条件的空间。<br>　　2、在四种不同加工温度条件下，Erkodur和Biolon材料均在210-240℃的温度梯度加工时，注塑出的膜片与原膜片对比后，拉伸强度接近，加工过程对力学性能影响最小，加工出的矩形试样外观透明，满足其他力学性能测试对试样的要求。<br>　　3、由于聚碳酸酯的加入，二元共混材料PETG/PC2858的刚性得到明显提升。在室温条件下，其弯曲强度74.12±1.90MPa和弯曲模量2365.2±34.0MPa均高于Erkodur和Biolon，在三种材料中抵抗弯曲变形的能力最强。<br>　　研究二 三种热压膜材料纳米力学性能的比较研究<br>　　选用上述三种1.0mm膜片，制成10mm×10 mm正方形试样，利用NanoIndenter XP仪器进行纳米压痕实验，对比三种材料在室温下的纳米硬度和压入弹性模量，并利用连续刚度法测试三种材料在恒定载荷下10min内的蠕变效应，比较三种材料的蠕变位移量和应力指数，得到以下结果及结论:<br>　　1、三种材料中PETG/PC2858的纳米硬度及弹性模量最大，分别为0.153±0.004GPa及2.895±0.061GPa，Erkodur次之，Biolon最小，新材料与其他两种材料相比表现为抵抗表面压入变形的能力最强，但弹性稍差，且纳米压痕法得到的弹性模量与宏观单纯拉伸得到的弹性模量趋势基本一致。<br>　　2、在三种材料室温蠕变效应的实验中，当压头以0.01s-1速率逐渐压入加载至5mN时，新材料PETG/PC2858的压入深度为1218.22±4.92nm，保载10min后，深度达到1421.62±6.43nm，蠕变变形为203.40±3.05nm。Erkodur和Biolon的蠕变变形分别为228.80±1.71nm和297.98±3.78nm，均高于新材料。新材料的蠕变应力指数为6.95±0.04，亦大于其他两种材料，表明新材料在相同条件下蠕变效应最不明显，材料抵抗持续应力疲劳的能力最强。<br>　　综上所述，本实验提示新型热压膜材料PETG/PC2858的力学性能中，从宏观角度分析，材料的刚性、抗拉及抗弯强度较好，提供的应力较持久，但弹性稍差;从微观角度分析，新材料硬度较大，表面抵抗外力变形、以及持久应力疲劳变形的能力较强。新材料已基本满足隐形矫治用热压膜材料力学性能的要求，但在增弹改性及优化加工条件方面尚有提升空间。