义齿材料摩擦磨损试验机及控制系统设计

    0　引言

    由于科学技术的飞速发展,使各学科之间的交叉渗透越来越容易实现,尤其是生物医学工程,如人造关节、人造心脏、人造牙齿等都是材料化学、机械制造、生物医学等工程结合的产物。这些高科技生产的产品性能质量好坏要经过科学测试比较才能应用。在测试工作中需要有相应的试验设备,这些试验设备要考虑到人体的实际生活状态,即要模拟人体的工作环境。应用于生物医学材料的摩擦磨损试验机就是在这种发展趋势下产生的试验设备。

    生物摩擦磨损试验分为体内试验和体外试验。体内试验试验周期长,受试年龄、个人行为不同,试验结果无可比性,重复率低,控制难度大,不容易获得统一结论和标准数据。体外试验则是在模拟人体环境的摩擦磨损试验机上进行的试验,该试验可改变试验条件来测定其对摩擦磨损的影响,测试数据重现性和规律性较好,便于进行对比分析,这种试验可缩短试验周期,减少试验费用,可重复地对大量的试件进行实验,对实际应用能起到非常重要的指导作用。

    义齿材料的磨损机理和使用寿命在牙齿的替代和修复中是非常受关注的问题,需要模拟人体环境对义齿材料进行摩擦磨损研究。目前国内外科学研究采用的义齿材料摩擦磨损试验机大多在材料接触方式和摩擦介质、温度控制等方面尽量模拟天然牙咀嚼的磨损环境。而且磨损量可在线测试、磨损斑痕可在线观测或监控。国外的制造成本高,国内的试验机对摩擦副接触方式、试验考虑因素(如温度、湿度、摩擦介质等)不是很全面。根据课题要求需要设计一台义齿材料摩擦磨损试验机,按照中华人民共和国医药行业标准YY/T0113—93《牙科复合树脂耐磨耗性能测试方法》规定,试验应在23±2℃,相对湿度为30%~80%环境中进行,根据标准规定试验机设计为往复式、球—面接触、速度、温度、湿度可控的小型摩擦磨损试验机。通过试验测试完全可以胜任义齿材料或类似其他材料的摩擦磨损试验

    1　研究现状

    国内用于专门牙科磨损的试验机很少,多数为工学磨损试验机改装,模拟效果简单。比较代表性的是姚月玲等[1]自制的牙刷磨耗试验机。该试验机可以进行义齿材料磨耗量的测试,试验中以唾液为介质,恒定载荷,恒定温度,利用电子天平称重,计算磨耗量。

    国外学者虽然尽可能的努力模拟口腔环境下的咀嚼情况,但磨损试验机的机制尚未完全弄清,试验方法在不断地摸索,试验机还存在技术上和性能上的不足[2]。国外设计比较典型的ACTA磨损试验机能够在磨损试验过程中加入食物介质,较好的模拟了咀嚼食物对牙齿表面的三体磨损[3]。