علوم و فناوری کامپوزیت

تخمین عمرکاری کامپوزیت‌های دندانی پایه‌پلیمری ناچ‌دار تقویت‌شده با نانوذرات

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران

2 مهندسی مکانیک، پردیس دانشکده های فنی، دانشگاه تهران

3 مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

چکیده

نانوکامپوزیت‌ها کاربرد گسترده در مواد ترمیمی دندانی و تجهیزات پزشکی دارند که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نانوکامپوزیت‌های پایه پلیمری اشاره نمود. از کاربردی‌ترین پلیمرهای زیست‌سازگار در این زمینه‌، پلی متیل متاکریلات می‌باشد. در پژوهش حاضر، به تحلیل عددی رفتار خستگی نانوکامپوزیت زمینه پلی متیل متاکریلات تقویت‌شده با نانوذرات هیدروکسی آپاتیت پرداخته شده است. بدین منظور نمونه‌های استاندارد نانوکامپوزیت بر مبنای درصدهای مختلف نانوذره ساخته شد و خواص مکانیکی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی رفتار خستگی و سیکل کاری، مدل ناچ‌داری در نرم‌افزار آباکوس و نرم‌افزار تحلیل خستگی شبیه‌سازی شد و از داده‌های بدست آمده از آزمایش کشش ساده، به عنوان خواص مکانیکی ماده استفاده شد. با افزودن نانوذرات به پلیمر خالص، خواص مکانیکی شامل مدول یانگ و استحکام کششی قطعه و نیز سیکل کاری بهبود پیدا کرد؛ با این حال مشاهده شد با افزودن بیشتر نانوذره، خواص مکانیکی و نیز سیکل کاری کمی با کاهش همراه بود که علت آن تجمع نانوذرات در سطح نانوکامپوزیت بود و منجر به کاهش استحکام نمونه‌ها می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Life cycle estimation of notched polymer base dental composites reinforced with nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mohammad Beygzade 1
  • Majid Safarabadi 2
  • Morteza Ataei-Aazam 1
  • Nabi Mehri Khansari 3

1 School of Mechanical Engineering, college of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.

2 University of Tehran

3 Department of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran.

چکیده [English]

Nanocomposites are widely used in dental restorative materials and medical equipment, among the most important of which, polymer-based nanocomposites can be mentioned. One of the most useful biocompatible polymers in this field is polymethylmethacrylate (PMMA). In the present study, the numerical analysis of the fatigue behavior of polymethyl methacrylate nanocomposite reinforced with hydroxyapatite nanoparticles has been investigated. For this purpose, standard samples of nanocomposite were made and their mechanical properties were investigated. To study the fatigue behavior and life cycle, a notched model was simulated in Abaqus and Fe-Safe software, and the data obtained from the tensile test were used as the mechanical properties of the material. By adding nanoparticles to the pure polymer, Young's modulus and tensile strength of the part, as well as the life cycle, were improved; However, it was observed that with the addition of more nanoparticles, the mechanical properties and the life cycle decreased slightly, which was caused by the accumulation of nanoparticles on the surface of the nanocomposite, which leads to a decrease in the strength of the samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposites
  • Dental Composites
  • Polymethylmethacrylate
  • Hydroxyapatite
  • Life Cycle
مراجع
[1]  Safarabadi, M., Khansari, N. and  Rezaei, A., “An Experimental Investigation of Ha/Al2o3 Nanoparticles on Mechanical Properties of Restoration Materials“ Engineering Solid Mechanics, Vol. 2, No. 3, pp. 173-182, 2014.
[2]  Parva Hosseini, A. C., “Experimental and Numerical Fracture Analysis of Polymethylmethacrylate under Mixed-Mode“ Amirkabir Mechanical Engineering Journal, Vol. 51, No. 5, pp. 1077-1088, 2019.
[3]  Mousavi, A., Aliha, M. and  Imani, D., “Effects of Biocompatible Nanofillers on Mixed-Mode I and Ii Fracture Toughness of Pmma Base Dentures“ Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, Vol. 103, pp. 103566, 2020.
[4]  Aliha, M. R., Mousavi, A., Mehri Khansari, N. and  Safarabadi, M., “Effects of Alumina and Hydroxyapatite Nanoparticles on Fracture Toughness of Pmma Based Dental Composite“ Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 2, No. 2, pp. 9-16, 2015.
[5]  Ayatollahi, M., Aliha, M. and  Hassani, M., “Mixed Mode Brittle Fracture in Pmma—an Experimental Study Using Scb Specimens“ Materials Science and Engineering: A, Vol. 417, No. 1-2, pp. 348-356, 2006.
[6]  Fathi, M., “Fabrication, Characterization and Comparative Evaluation of Nanostructured Hydroxyapatite Bioactivity“ Advanced materials in engineering, No. 2, pp. 1-0, 1390.
[7]  ES, B. S. P. A. T., “Bioceramics: Past, Present and for the Future J Eur Ceram Soc 281319 2008. 3. Best, Sm, Porter, Ae, Thian, Es, and Huang, J. Bioceramics: Past, Present and for the Future“ J Eur Ceram Soc, Vol. 28, pp. 1319, 2008.
[8]  SM, Zebardast, S., “A Study on Mechanical Properties of Pmma/Hydroxyapatite Nanocomposite“ Engineering, Vol. 2011, 2011.
[9]  Chow, W., Tay, H., Azlan, A. and  Ishak, Z. M., “Mechanical and Thermal Properties of Hydroxyapatite Filled Poly (Methyl Methacrylate) Composites“ in Proceeding of.
[10] Tham, W., Chow, W. and  Ishak, Z. M., “Simulated Body Fluid and Water Absorption Effects on PMMA/HA Denture Base Composites“ Express polymer letters, Vol. 4, No. 9, 2010.
[11] Díez-Pascual, A. M., “Pmma-Based Nanocomposites for Odontology Applications: A State-of-the-Art“ International Journal of Molecular Sciences, Vol. 23, No. 18, pp. 10288, 2022.
[12] Liu, W., Yao, X. and  Chen, X., “A Local Stress Approach to Predict the Fatigue Life of the U-Notched Pmma Plate at Different Temperatures“ International Journal of Fatigue, Vol. 103, pp. 436-443, 2017.
[13] Liu, W., Yao, X., Ma, Y., Chen, X., Guo, G. and  Ma, L., “Prediction on Fatigue Life of U‐Notched Pmma Plate“ Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, Vol. 40, No. 2, pp. 300-312, 2017.
[14] Abbod, E. A., Al-Waily, M., Al-Hadrayi, Z. M., Resan, K. K. and  Abbas, S. M., “Numerical and Experimental Analysis to Predict Life of Removable Partial Denture“ in Proceeding of  IOP Publishing, pp. 012149.
[15] Al-Waily, M., Al Saffar, I. Q., Hussein, S. G. and  Al-Shammari, M. A., “Life Enhancement of Partial Removable Denture Made by Biomaterials Reinforced by Graphene Nanoplates and Hydroxyapatite with the Aid of Artificial Neural Network“ Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, Vol. 43, No. 6, pp. 269-285, 2020.
[16] Paz, E., Ballesteros, Y., Abenojar, J., Del Real, J. and  Dunne, N. J., “Graphene Oxide and Graphene Reinforced Pmma Bone Cements: Evaluation of Thermal Properties and Biocompatibility“ Materials, Vol. 12, No. 19, pp. 3146, 2019.
[17] Ali, U., Karim, K. J. B. A. and  Buang, N. A., “A Review of the Properties and Applications of Poly (Methyl Methacrylate)(Pmma). Polymer Rev“ Polymer Reviews, Vol. 55, pp. 678-705, 2015.
[18] Kattimani, V. S., Kondaka, S. and  Lingamaneni, K. P., “Hydroxyapatite–-Past, Present, and Future in Bone Regeneration“ Bone and Tissue Regeneration Insights, Vol. 7, pp. BTRI. S36138, 2016.
[19] Hadizadeh, E., “The Effect of the Amount of Benzoyl Peroxide on the Physical and Mechanical Properties of Two-Component Traffic Coating Based on Pmma Resin.“ Polymer science and technology, Vol. 30, No. 6, pp. 547-555, 1396.
[20] Harper, E., Behiri, J. and  Bonfield, W., “Flexural and Fatigue Properties of a Bone Cement Based Upon Polyethylmethacrylate and Hydroxyapatite“ Journal of Materials Science: Materials in Medicine, Vol. 6, No. 12, pp. 799-803, 1995.
[21] Ayatollahi, M. R., Mirmohammadi, S. A. and  Shirazi, H. A., “The Tension-Shear Fracture Behavior of Polymeric Bone Cement Modified with Hydroxyapatite Nano-Particles“ Archives of Civil and Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 1, pp. 50-59, 2018.
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 9، شماره 2
شهریور 1401
صفحه 1983-1989
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار