CN115027073A - 一种可数字化切削的纤维增强树脂复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可数字化切削的纤维增强树脂复合材料及其制备方法和应用，其解决了现有复合材料弹性模量不可控、空隙率和透明度不能满足要求、纤维排布不可控且可加工坯材直径较小的技术问题，其含有中低温固化环氧树脂基体和单向纤维；所述单向纤维具有铺层设计，所述铺层设计为单向、双向或多向；所述可切削纤维增强树脂复合材料的截面直径为98mm～120mm；所述铺层设计受力方向上的弯曲强度≥400MPa，弯曲弹性模量为15～45GPa。本发明可用于可数字化加工的口腔修复材料的制备领域。

Description

一种可数字化切削的纤维增强树脂复合材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种可数字化切削的纤维增强树脂复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
口腔修复主要利用人工材料对缺失的牙齿进行修复，在传统口腔修复领域，由于技术条件落后，在修复材料的制备环节，传统修复材料基本依赖于牙科技师的个人技能和经验完成。随着医学水平的不断发展和人们对健康的要求越来越高，传统口腔修复技术的的弊端日益凸显，表现出生产效率低，交货周期长，人力投入大，人工成本高等突出问题。
伴随着现代计算机技术的不断发展和进步，数字化技术已经逐步应用于口腔治疗领域，通过将传统口腔医疗与数字化工业革命这两个不同专业领域进行整合，发展为近几年广泛推广应用的数字化口腔修复技术，受到临床医师的充分认可。数字化口腔修复技术是指将数字化设备用于口腔治疗，替代传统的治疗手段以提高治疗的效果的先进技术。其主要包括口扫、CBCT、计算机辅助设计与计算机辅助制作(CAD/CAM)等软硬件设施，通过对患者口腔进行CT及口腔扫描获取口腔数据模型，再通过CAD/CAM对种植体、嵌体、高嵌体、贴面和牙冠等修复体进行精确的加工，进而实现安全、高效、精准的口腔修复。近年来，基于数字化修复技术在口腔治疗中的不断推广，利用CAD/CAM对桩核、牙周夹板等进行个性化加工也引起了关注。
在利用数字化口腔修复技术进行口腔修复体的制备过程，用于修复体制备的切削材料需配合牙科铣削设备的夹具限制而满足特定尺寸需求，在市面上众多的铣削设备中，不同设备厂商通常会针对自己的材料开发出不同条件的铣削设备，其所能加工的切削材料也具有不同的形貌特征。但值得注意的是，目前多数主流的国内外设备厂商，如登士柏西诺德、威兰德、艾默斯艾柯尔、阿曼吉尔巴赫、济南精雕、爱尔创等均形成了对直径98mm或95mm的切削圆盘或98mm×72mm马蹄状圆盘进行加工的共识，这也使得同一块圆盘可应用不同设备进行口腔修复体制备。
目前，可配合上述通用设备用于口腔修复体制备的切削材料主要包括金属类材料如镍铬合金、陶瓷类材料如氧化锆、高分子类材料如甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。金属类修复材料由于其不具有透光性，颜色与牙齿差异较大，因此其修复后美观性较差，同时对核磁检查有影响。陶瓷类修复材料的高弹性模量使其难与口腔中的牙齿相匹配，虽然是CAD/CAM制作牙冠和嵌体等的主要材料，但其作为桩核材料用于根管修复时，容易造成根折。PMMA等高分子类材料则受力学性能的限制，多应用于临时修复中。
针对这样的现状，近年来，弹性模量与牙体相近的纤维增强树脂复合材料开始被应用于口腔数字化修复中，理论上可同时满足口腔修复对美学性能和力学性能的要求。但是，一些短切纤维增强树脂复合材料实际上是难以满足CAD/CAM切削和口腔治疗对力学性能特别是弯曲强度和弹性模量的需求的。例如，公布号为CN110028333A专利申请中，利用短切玻璃纤维及玻璃粉与树脂基质混合固化后得到的复合材料，切削成型样品的弯曲强度最高仅有190.5MPa，远低于YY/T0517-2009中对于桩核材料大于400MPa的最低标准要求；而公布号为CN112494341A的专利申请中将短切纤维增强树脂复合材料的弯曲强度提高至313MPa，但仍然满足不了上述标准要求。
相比于短切纤维增强树脂复合材料，采用拉挤成型的连续纤维增强树脂复合材料更适合口腔修复对力学性能的需求。例如，公布号为CN101803958A的专利申请中，利用拉挤成型和光固化成型制备出纤维增强复合材料，其挠曲强度为600～1150MPa；公布号为CN113230458A的专利申请中，利用拉挤成型制备的纤维增强复合材料，其弯曲强度为1400～1500MPa。
但是，CN101803958A专利申请中制备的杆材仅能加工成10mm圆柱体或10mm×10mm×30mm的长方体，必须通过定制特殊的98mm直径圆盘夹具固定后，才能满足大部分CAD/CAM设备的切削要求。虽然CN113230458A专利申请记载可以用拉挤成型制备出10～100mm的纤维增强复合材料，通过加工100mm的杆材得到满足通用CAD/CAM切削机使用的98mm的圆盘材料，但制备100mm直径的连续纤维杆材至少需要7000束连续纤维同时排列拉挤，根据拉挤工艺常识，可以想见这种工艺需要超大牵引力的拉挤设备支持，不仅设备和纤维需要占用大面积的生产空间，而且由于巨大的纤维数量，造成纤维与树脂间的界面连接性能难以完全保障，工艺稳定性和材料均匀性的控制都存在巨大挑战。
公布号为CN108366847A的专利申请提出了将直径为3～20mm的拉挤成型杆材，截断为厚度为10～24mm的圆片，再通过丙烯酸树脂将它们粘固为98mm直径的圆盘，用于CAD/CAM切削。显然，这份专利申请虽然采用变通的方式避开了大直径拉挤杆材的工艺和设备挑战，也省略了小直径拉挤杆材的特制夹具固定问题，但是这种由一定数量的小圆柱排列并由丙烯酸树脂固化形成的圆盘，存在圆柱位置随机性、不同圆盘间圆柱排布有差异，在CAD/CAM操作中难以精准地将设计的修复体置于圆盘中的纤维增强树脂圆柱材料上，给医生或技师的工作带来困难。而且，拉挤工艺主要用于成型单向玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，虽然因为在单向纤维增强方向具有良好的弯曲强度和弹性模量，在桩核修复这一领域的应用得到了认可，然而在其他口腔数字化治疗领域如牙冠、冠桥、牙周夹板等还属空白，原因是牙齿在咀嚼时的受力是多方向的，其将会对牙冠部位或牙周夹板固定产生更大的切向应力，而单向纤维增强树脂复合材料难以满足多方向受力均匀的需求。因此，无论是从98mm可切削纤维树脂复合材料圆盘的制备，还是从拓宽可切削纤维树脂复合材料在口腔治疗中的应用范围，都急需一种新的方法来制备纤维排布可控的大直径可切削纤维树脂复合材料。
发明内容
本发明就是为了解决现有复合材料弹性模量不可控、空隙率和透明度不能满足要求、纤维排布不可控且直径较小的技术问题，提供一种材料力学性能较好、空隙率和透明度能满足要求、纤维排布可控且直径较大的可切削纤维增强树脂复合材料及其制备方法和应用。
为此，本发明提供一种可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其含有中低温固化环氧树脂基体和单向连续纤维增强体；所述单向纤维具有铺层设计，所述铺层设计为单向、双向或多向；所述可切削纤维增强树脂复合材料的截面直径为98～120mm；所述铺层设计受力方向上的弯曲强度≥400MPa，弯曲弹性模量为15～45GPa；所述中低温固化环氧树脂基体，是指固化温度为70～120℃的环氧树脂基体；所述铺层设计为单向，是指不同铺层的单向纤维朝向相同；所述铺层设计为双向，是指不同铺层的单向纤维朝向两个方向，其两个方向的夹角为0°或90°～；所述铺层设计为多向，是指不同铺层的单向纤维朝向多个方向，例如，0°、45°、90°或0°～180°范围内的任一角度。
优选的，所述中低温固化环氧树脂基体由液体环氧树脂、无色透明室温固化剂、潜伏性固化剂混合而成，所述液体环氧树脂、无色透明室温固化剂、潜伏性固化剂的质量份数比为100:(1～5):(10～20)。
优选的，所述液体环氧树脂为双酚A缩水甘油醚、双酚F缩水甘油醚的一种或两种。
优选的，所述无色透明室温固化剂为聚醚胺、脂环胺之一种或两种。
优选的，所述潜伏性固化剂为双氰胺和脲类固化剂之一种或两种。
优选的，所述单向纤维为玻璃纤维、石英纤维之一种或两种。
本发明同时提供一种可切削纤维增强树脂复合材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)预浸料制备：首先制备无色透明的中低温固化环氧树脂基体，然后采用胶膜机制备胶膜，经由预浸复合设备与单向排布的纤维复合，制备预浸料；
(2)预浸料铺层：将所述步骤(1)中制得的裁切后的预浸料铺层，以连续纤维方向铺层装入模具；
(3)真空热压成型：将所述步骤(2)中填充有预浸料的模具置于真空热压机中，使预浸料成型，脱模，得到复合材料坯体；(4)机械加工：将所述步骤(3)中得到的复合材料坯体进行机械加工，得到可切削纤维增强树脂复合材料。
优选的，所述步骤(3)中，模具放入真空热压机中，设置真空热压机温度60～80℃并恒温1～2h，对模具进行预热；对预浸料进行真空排气处理，之后设定1～3MPa合模，中间开模，最后合模；维持1～3MPa的压力，温度升高至70～90℃并保温，之后提高压力至2～10MPa，继续保温，使预浸料凝胶成型；升温至70～120℃并恒温2～7h，使预浸料充分固化成型，之后停止加热，经自然冷却后脱模，得到复合材料坯体。
本发明还提供一种可数字化切削加工的纤维增强树脂复合材料在制备口腔修复材料中的应用。
优选的，本发明提供一种可数字化切削加工的纤维增强树脂复合材料作为制备个性化桩核修复体或牙周夹板中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用将单向连续纤维与特定配方的树脂制备出浸渍特性优良的预浸料。中低温固化环氧树脂基体由液体环氧树脂、无色透明室温固化剂、潜伏性固化剂混合而成，其比例为100:(1～5):(10～20)，可以保证纤维与树脂浸渍特性优良。潜伏性固化剂与室温固化剂配合可以防止预浸料在使用前固化，同时可以保证预浸料在热压工艺中固化的均匀稳定。制备成预浸料保持的单向连续纤维的高强度的同时，预浸料的设计铺层时带来更便利的可设计性。
本发明中模具的腔体截面直径应不小于98mm，可以满足目前适用于任何牙科铣削设备的材料产品的尺寸要求，一般材料圆盘厚度10～30mm。同时可以通过模具的长度来提高生产效率。根据目前市面上通用牙科铣削设备的加工要求，其所铣削的材料可以是小尺寸圆柱体、带有卡托的小尺寸长方体和需具有肩台直径98mm的大尺寸圆盘夹具配合，一块只能制作一个修复体，之后需反复装卸夹具。相比而言，大尺寸圆盘结构的材料利用率要明显高于小尺寸材料，就桩核材料而言，一个大尺寸圆盘可一次性连续切削出40多个形状各异的一体化桩核材料(如图1所示)。
本发明通过不同的预浸料铺层设计，可以拓宽纤维树脂复合材料在口腔修复领域的应用范围。临床使用主要为单向受力时的修复体如纤维桩、一体化纤维桩等，铺层设计为单向铺层，最大程度提高其单向弯曲强度和弹性模量；临床使用主要为双向受力时的修复体如牙周夹板等，铺层设计为0°、90°双向交替铺层，满足双向受力要求；临床使用主要为多向受力时的修复体如冠桥等，铺层设计为多向交替铺层设计，满足多向受力要求。这样可以改变传统的不同部位修复体采用不同的材料制作的的繁琐，用同种材料制备不同修复体给医生和患者带来便利。同时，不同种材料的配合适用在粘接和相互间力的相互作用带来材料的破坏。用与牙体弹性模量最接近的纤维树脂复合材料来制备修复体更符合临床需求。本发明选择的连续单向纤维为玻璃纤维和石英纤维，具有良好的生物相容性和生物安全性。通过对热压成型工艺中温度和固化时间等的调试，使环氧树脂基体能够固化完全，不残存未发生化学反应的小分子物质，所得复合材料均一稳定，生物相容性好，根据标准GB16886.5-2017《医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验》检测中的浸提液试验。通过激光共聚焦观察染色后细胞的增殖情况，可知材料具有优良的生物相容性，临床试验具有生物安全的特点。(如图2A、图2B所示)
简要地说，本发明的有益效果是：
第一、本发明选用真空热压成型工艺进行制备代替传统的拉挤成型工艺，实施起来简单易得，方便用于大尺寸结构复合材料的制备。该工艺有效解决了拉挤工艺在制备大截面尺寸型材的困难，操作简单，易于实施，具有生产效率高，生产的产品性能优异，可进行大批量生产的优点。真空成型的优势：空隙率低，透明度高满足美学修复，材料体系的选择可保证其生物相容性好，同时满足临床使用生物安全性。
第二、本发明的口腔数字化修复技术用可切削纤维增强树脂复合材料，直径大于98mm，可以加工出可满足市面上任何牙科铣削设备加工要求的产品。提高了材料的使用率，同时也提高的临床医师或技工的制作效率，降低了材料成本。
第三、根据纤维增强树脂复合材料圆盘的应用情况，可通过设计复合材料中预浸料的铺层方向，来改变材料的性能特征，拓宽的材料的适用范围。使不同修复体用同种材料制作，减少的患者的就诊实际和次数。
第四、纤维增强树脂复合材料在具有铺层设计方向上的力学强度的同时，各受力方向上仍具有比金属或陶瓷材料更接近于牙齿的弹性模量，使其与牙齿具有更好的匹配性，可极大防止过高的应力造成对牙齿的伤害。
附图说明
图1为本发明中完全加工的可切削纤维增强树脂复合材料实物图；
图2A和图2B为本发明中可切削纤维增强树脂复合材料浸提液细胞培养的增殖情况,其中图2A为细胞培养1、4、7天的增殖情况与空白对照的统计图；图2B为细胞培养7天livedead染色的激光共聚焦观察图；
图3A和图3B为本发明中成型方法所使用的模具示意图,其中图2A为模具外观示意图；图2B为模具截面示意图；
图4为本发明成型方法中冷却脱模后得到的柱状坯体示意图；
图5为本发明中直径98mm的可切削纤维增强树脂复合材料圆盘的示意图；
图6为本发明中直径98mm的可切削纤维增强树脂复合材料圆盘的实物图；
图7为本发明实施例7中经牙科铣削设备制备得到的一体化桩核修复体示意图；
图8A和图8B为本发明实施例7中经牙科铣削设备制备得到的一体化桩核修复体临床使用示意图；
图9为本发明实施例7中经牙科铣削设备制备得到的牙周夹板示意图；
图10A和图10B为本发明实施例7中经牙科铣削设备制备得到的牙周夹板临床使用示意图；
图11为实施例1的材料内部空隙和纤维浸润效果图；
图12为实施例4的材料内部空隙和纤维浸润效果图；
图13为实施例5的材料内部空隙和纤维浸润效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
一种可切削纤维增强树脂复合材料及其制备方法，具体步骤如下：
(1)预浸料制备：中低温固化环氧树脂基体由双酚A缩水甘油醚、聚醚胺、双氰胺和脲类固化剂的组合，其中比例为100:3:15。然后采用胶膜机制备胶膜，经由预浸复合机与单向连续玻璃纤维复合，制备浸渍特性优良的预浸料；
(2)预浸料裁切：将步骤1中制备的预浸料根据模具容积大小，裁切出适当尺寸和满足模具容积的预浸料；
(3)模具填充：将步骤2中裁切的预浸料单向铺层于模具中，其中纤维沿圆柱轴向分布，之后将圆柱形预浸料填充到直径100mm、长度500mm的圆柱形腔体模具内(如图2A和图2B所示)；每层预浸料的厚度1～2mm左右，预浸料总的层数为60～100层左右(下同)；
(4)真空热压成型：模具放入热压机中，设置热压机温度为80℃并恒温0.5h对模具进行预热，然后在模具内壁涂刷一层脱模剂，之后将上模锁定在热压机上板，取出下模。将步骤3中填满预浸料的模具放入真空热压机中，将热压机真空罩罩下，维持热压机上下板温度为70℃对预浸料进行恒温1.5h预热。在0.1MPa的真空度下维持20min，对预浸料进行真空排气处理，之后设定2MPa合模，并每隔1min开模一次进一步真空排气，开模2min后再次合模，共开模3次，最后合模。维持2MPa的压力，停止抽真空，以1℃/min的升温速率上下板温度升高至80℃并保温2h，之后提高压力至2MPa，继续保温1h使预浸料凝胶成型。以1℃/min的速率将上下板温度升至90℃并恒温5h使预浸料充分固化成型，之后停止加热，经自然冷却后脱模，得到复合材料坯体。(如图4所示)；
(5)机械加工：将步骤4中的柱状坯体进行切割及机械加工，得到口腔数字化修复技术用可切削纤维增强树脂复合材料圆盘(如图5、图6所示)。
实施例2
与实施例1的差别在于，预浸料制备：中低温固化环氧树脂基体由双酚F缩水甘油醚、聚醚胺、双氰胺和脲类固化剂的组合，其中比例为100:1:10。
实施例3
与实施例1的差别在于，预浸料制备：中低温固化环氧树脂基体由双酚A缩水甘油醚、聚醚胺、双氰胺和脲类固化剂的组合，其中比例为100:5:20。
实施例4
一种可切削纤维增强树脂复合材料及其制备方法，具体步骤如下：
(1)预浸料制备：中低温固化环氧树脂基体由双酚F缩水甘油醚、脂环胺、双氰胺和脲类固化剂的组合，其中比例为100:3:15。然后采用胶膜机制备胶膜，经由复合机与单向玻璃纤维复合，制备浸渍特性优良的预浸料；
(2)预浸料裁切：将步骤1中制备的预浸料根据模具容积大小，裁切出适当尺寸和满足模具容积的预浸料；
(3)模具填充：将步骤2中裁切的预浸料单向铺层于模具中，其中纤维沿圆柱轴向分布，之后将圆柱形预浸料填充到直径100mm、长度500mm的圆柱形腔体模具内；
(4)空热压成型：模具放入热压机中，设置热压机温度为60℃并恒温1h对模具进行预热，然后在模具内壁涂刷一层脱模剂，之后将上模锁定在热压机上板，取出下模。将步骤3中填满预浸料的模具放入真空热压机中，将热压机真空罩罩下，维持热压机上下板温度为60℃对预浸料进行恒温2h预热。在0.1MPa的真空度下维持20min，对预浸料进行真空排气处理，之后设定1MPa合模，并每隔1min开模一次进一步真空排气，开模2min后再次合模，共开模3次，最后合模。维持3MPa的压力，停止抽真空，以1℃/min的升温速率上下板温度升高至70℃并保温2h，之后提高压力至2MPa，继续保温1h使预浸料凝胶成型。以1℃/min的速率将上下板温度升至70℃并恒温7h使预浸料充分固化成型，之后停止加热，经自然冷却后脱模，得到复合材料坯体；
(5)机械加工：将步骤4中的柱状坯体进行切割及机械加工，得到口腔数字化修复技术用可切削纤维增强树脂复合材料圆盘。
实施例5
一种可切削纤维增强树脂复合材料及其制备方法，具体步骤如下：
(1)预浸料制备：中低温固化环氧树脂基体由双酚A缩水甘油醚、脂环胺、双氰胺和脲类固化剂的组合，其中比例为100:3:15。然后采用胶膜机制备胶膜，经由复合机与单向玻璃纤维复合，制备浸渍特性优良的预浸料；
(2)预浸料裁切：将步骤1中制备的预浸料根据模具容积大小，裁切出适当尺寸和满足模具容积的预浸料；
(3)模具填充：将步骤2中裁切的预浸料单向铺层于模具中，其中纤维沿圆柱轴向分布，之后将圆柱形预浸料填充到直径100mm、长度500mm的圆柱形腔体模具内；
(4)真空热压成型：模具放入热压机中，设置热压机温度为70℃并恒温1h对模具进行预热，然后在模具内壁涂刷一层脱模剂，之后将上模锁定在热压机上板，取出下模。将步骤3中填满预浸料的模具放入真空热压机中，将热压机真空罩罩下，维持热压机上下板温度为80℃对预浸料进行恒温2h预热。在0.1MPa的真空度下维持20min，对预浸料进行真空排气处理，之后设定1MPa合模，并每隔1min开模一次进一步真空排气，开模2min后再次合模，共开模3次，最后合模。维持1MPa的压力，停止抽真空，以1℃/min的升温速率上下板温度升高至90℃并保温2h，之后提高压力至10MPa，继续保温1h使预浸料凝胶成型。以1℃/min的速率将上下板温度升至120℃并恒温2h使预浸料充分固化成型，之后停止加热，经自然冷却后脱模，得到复合材料坯体；
(5)机械加工：将步骤4中的柱状坯体进行切割及机械加工，得到口腔数字化修复技术用可切削纤维增强树脂复合材料圆盘。
实施例6
与实施例1的差别在于，将玻璃纤维替换为石英纤维。
实施例7
与实施例1的差别在于，预浸料双向0°、90°交替铺层于模具中。
实施例8
与实施例1的差别在于，预浸料多向0°、45°、90°交替铺层于模具中。
实施例9
将实施例3中制备的口腔数字化修复技术用可切削纤维增强树脂复合材料用牙科铣削设备分别制备出个性化桩核修复体(如图7所示)，并应用于临床病例中(如图8A和图8B所示)。
实施例10
将实施例3中制备的口腔数字化修复技术用可切削纤维增强树脂复合材料用牙科铣削设备制备出牙周夹板(如图9所示)，并应用于临床病例中(如图10A和图10B所示)。
对比例1
通过拉挤成型工艺制备纤维增强树脂复合材料，步骤如下。
设备设施：纱架需摆放7000抽玻璃纤维占地400m2，拉挤设备长度60m，占地400m2，总需厂房约1000m2。
纤维梳理：将7000根纤维束按顺序通过放线区的梳理架，纤维有序的排列成束，然后在90℃进行烘干，以去除纤维表面的水分；
上胶：烘干后的纤维经过装有胶水的第一浸胶槽，然后在100℃下烘干，去除纤维表面的有机溶剂；
纤维浸润：将上胶后的纤维在装有树脂基体(制备例3所制得的树脂基质)的第二浸胶槽内浸渍，所述第二浸胶槽内的温度为100℃，浸渍时，纤维完全浸渍在树脂基质中；
拉挤成型：浸润后的纤维进入前固化区进行前固化，分别在145℃、165℃和170℃下加热固化；随后从牵引设备(牵引设备的牵引速率为0.01m/min)的出料口出去，牵引设备最先拉挤出来6m长的棒材为废料棒材，之后将连续出来的棒材按所需长度截断；
将截断后的棒材在温度为70℃的后固化区加热固化39h，即可制得直径为100mm的高透光性纤维树脂复合材料。
对比例2
引用CN113105232A实施例1作为本对比例提供了一种氧化锆陶瓷材料，其制备方法具体包括如下步骤：
(1)分别提供粉料A、粉料B、粉料C和粉料D；
粉料A：ZrO2的含量为91.4％、Y2O3的含量为3.6％、Eu2O3的含量为1％，Er2O3的含量为1.5％，Tm2O3的含量为1.5％，Sm2O3的含量为1％；
粉料B：ZrO2的含量为95.8％、Y2O3的含量为3.6％、CeO2的含量为0.5％，Tb4O7的含量为0.1％；
粉料C：ZrO2的含量为94.4％、Y2O3的含量为3.6％、Er2O3的含量为2％；
粉料D：ZrO2的含量为95.4％、Y2O3的含量为3.6％、Nd2O3的含量为1％；
(2)分别称取粉料A 23.84g、粉料B 3.24g、粉料C 2.5g和粉料D 0.42g混合均匀，放入模具中干压成型，干压成型的压力为220MPa，然后在1030℃进行一次烧结，依次烧结后得到的瓷块。
表1实施例1-8及对比例1-2的材料性能参数
Figure BDA0003605251010000121
Figure BDA0003605251010000131
Figure BDA0003605251010000141
参照表1，采用《GB/T2410-2008透明塑料透光率和雾度的测定》的测定方法，选择550nm波长的透光率作为对比透明度，采用《YY/T0517-2009牙科预成根管桩》的方法来测试弹性模量和弯曲强度。树脂基体的比例和选择影响树脂基体对纤维的浸润性，浸润性不好直接影响成型后材料的力学性能，同时树脂与固化剂的配比影响树脂的固化程度从而影响材料的力学性能，一个优良的配比可以提高材料的力学性能。
工艺温度的选择影响固化工艺，固化温度过低，树脂流动性不足，会造成内部缺陷。固化温度过高，内部受热不均造成内部中心和边缘色差严重，且透明度下降。过程中的压力影响纤维的排布，压力过大会使铺层纤维发生滑移，压力过低造成内部微孔。-----
应当指出的是，铺层角度与材料力学性能紧密相关，具体如下：如实施例7，当预浸料双向0°、90°交替铺层于模具中使，平行截面的弯曲强度有了大幅度的提升，实施例8预浸料多向0°、45°、90°交替铺层于模具中时，平行截面和45°截面的力学强度都有大幅的提高。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (10)

1.一种可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其特征是，其含有中低温固化环氧树脂基体和单向连续纤维增强体；所述单向纤维具有铺层设计，所述铺层设计为单向、双向或多向；所述可切削纤维增强树脂复合材料的截面直径为98～120mm；所述铺层设计受力方向上的弯曲强度≥400MPa，弯曲弹性模量为15～45GPa。
2.根据权利要求1所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述中低温固化环氧树脂基体由液体环氧树脂、无色透明室温固化剂、潜伏性固化剂混合而成，所述液体环氧树脂、无色透明室温固化剂、潜伏性固化剂的质量份数比为100:(1～5):(10～20)。
3.根据权利要求2所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述液体环氧树脂为双酚A缩水甘油醚、双酚F缩水甘油醚的一种或两种。
4.根据权利要求2所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述无色透明室温固化剂为聚醚胺、脂环胺之一种或两种。
5.根据权利要求2所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述潜伏性固化剂为双氰胺和脲类固化剂之一种或两种。
6.根据权利要求1所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述单向纤维为玻璃纤维、石英纤维之一种或两种连续纤维。
7.如权利要求1所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)预浸料制备：首先制备无色透明的中低温固化环氧树脂基体，然后采用胶膜机制备胶膜，经由预浸复合设备与单向排布的纤维复合，制备预浸料；
(2)预浸料铺层：将所述步骤(1)中制得的裁切后的预浸料铺层，以连续纤维方向铺层装入模具；
(3)真空热压成型：将所述步骤(2)中填充有预浸料的模具置于真空热压机中，使预浸料成型，脱模，得到复合材料坯体；
(4)机械加工：将所述步骤(3)中得到的复合材料坯体进行机械加工，得到可切削纤维增强树脂复合材料。
8.根据权利要求7所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，模具放入真空热压机中，设置真空热压机温度60～80℃并恒温1～2h，对模具进行预热；对预浸料进行真空排气处理，之后设定1～3MPa合模，中间开模，最后合模；维持1～3MPa的压力，温度升高至70～90℃并保温，之后提高压力至2～10MPa，继续保温，使预浸料凝胶成型；升温至70～120℃并恒温2～7h，使预浸料充分固化成型，之后停止加热，经自然冷却后脱模，得到复合材料坯体。
9.如权利要求1所述的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料在制备口腔修复材料中的应用。
10.根据权利要求9中的可数字化切削的纤维增强树脂复合材料在制备口腔修复材料中的应用，其特征在于，所述可数字化切削的纤维增强树脂复合材料作为制备个性化桩核修复体或牙周夹板中的应用。
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