DE102007013415A1

DE102007013415A1 - Verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102007013415A1
Application number: DE102007013415A
Authority: DE
Inventors: Franz Vekoerrer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-09-25
Also published as: WO2008113607A3; US20110039974A1; EP2139443A2; CA2683798A1; RU2009138365A; WO2008113607A2

Abstract

Ein Verbundwerkstoff mit einer Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff enthält einen Verstärkungsstoff und wenigstens einen Füllstoff. Der Füllstoff weist eine Mohshärte auf, die höchstens so groß wie die Mohshärte des Verstärkungsstoffs ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf einen daraus hergestellten Zahnersatz.
Derartige Verstärkungsfasern oder dergleichen Verstärkungsstoffe sowie Farbpigmente oder dergleichen Füllstoffe enthaltende Verbundwerkstoffe, beispielsweise zur Herstellung von Zahnersatz sind bekannt. Trotz der Verstärkungsfasern lassen die Festigkeitseigenschaften dieser Verbundwerkstoffe jedoch häufig zu wünschen übrig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Festigkeitseigenschaften von Verbundwerkstoffen, die Verstärkungsstoffe und Füllstoffe enthalten, wesentlich zu verbessern.
Überraschenderweise werden die Festigkeitseigenschaften eines solchen Verbundwerkstoffs wesentlich verbessert, wenn, wie im Anspruch 1 angegeben, erfindungsgemäß der Füllstoff eine Mohshärte aufweist, die höchstens so groß wie die Mohshärte des Verstärkungsstoffs ist.
Vorzugsweise weist der Füllstoff eine Mohshärte auf, die nach der Mohs'schen Härteskala um wenigstens eine, vorzugsweise zwei Härtestufen kleiner ist als die Härte des Verstärkungsstoffs.
Wie sich herausgestellt hat, braucht der Verstärkungsstoff nur außen eine höhere Mohshärte aufweisen. Das heißt, es können auch Verstärkungsfasern eingesetzt werden, die eine Beschichtung mit einer Mohshärte von mindestens der Mohshärte des Füllstoffs aufweisen, jedoch einen Kern geringerer Mohshärte besitzen. In gleicher Weise kann der Füllstoff, beispielsweise ein Pigment, nur außen eine geringere Mohshärte besitzen als der Verstärkungsstoff, sodass auch Pigmente eingesetzt werden können, die zwar einen Kern mit höherer Mohshärte besitzen, jedoch mit einer Beschichtung mit einer Mohshärte versehen sind, die geringer ist als die Mohshärte des Verstärkungsstoffs bzw. dessen Beschichtung.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist insbesondere für thermoplastische Hochtemperaturkunststoffe mit einer Schmelz- oder Verarbeitungstemperatur von wenigstens 300°C, insbesondere über 330°C geeignet. Bei amorphen Thermoplasten liegt die Verarbeitungstemperatur über der Glasübergangstemperatur (Tg) und bei teilkristallinen Thermoplasten oberhalb der Schmelztemperatur.
Als thermoplastische Kunststoffe werden insbesondere teilkristalline Thermoplasten mit Arylgruppen in der Hauptkette eingesetzt. Als aromatische Thermoplast mit Arylgruppen in der Hauptkette sind insbesondere Hochtemperaturthermoplaste, wie Polyarylate, Polyarylensulfide, Polysulfone, flüssigkristalliner Polymer (Liquid Cristal Polymer), insbesondere flüssigkristalline Polyester, Polyimide, Polyetherimide, Polyamidimide oder Polyaryletherketone geeignet, desgleichen Copolymerisate aus wenigstens zwei der vorstehend genannten Polymere oder ein Blend aus wenigstens zwei der vorstehend genannten aromatischen Thermoplaste.
Besonders bevorzugt werden dabei Polyaryletherketone (PAEK) wie beispielsweise Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketonketon (PEKK), Polyetheretherketonketon (PEEKK) oder Polyetherketonetherketonketon (PEKEKK) oder dergleichen Verknüpfungen aus Ether und Ketoneinheiten eingesetzt, ferner Copolymerisate aus wenigstens zwei dieser Polyaryletherketone oder ein Blend aus wenigstens zwei dieser Polyaryletherketone.
Der Füllstoff kann vorzugsweise ein Pigmentfüllstoff sein, aber z. B. auch ein Röntgenkontrastmittel. Der Pigmentfüllstoff ist vorzugsweise ein Weißpigment und/oder ein Farbpigment. Der optische Brechungsindex des Pigmentfüllstoffs, also des Weißpigments bzw. Farbpigments beträgt vorzugsweise mehr als 2.
Falls als Verstärkungsstoff Verstärkungsfasern verwendet werden, ist der mittlere Teilchendurchmesser des Pigmentfüllstoff vorzugsweise kleiner als der Durchmesser der Verstärkungsfasern.
Falls Glasfasern als Verstärkungsfasern verwendet werden, werden vorzugsweise Zinksulfid, Zinkoxid und Bariumsulfat als Weißpigmente eingesetzt, und zwar als Nanopartikel mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 1 μm. Wie sich gezeigt hat, lagern sich diese Pigmentpartikel zwischen den Verstärkungsfasern an, wodurch verhindert wird, dass die Verstärkungsfasern einander kontaktieren können. Glasfasern werden vorzugsweise in einer Menge von mindestens 10, insbesondere mindestens 25 und besonders bevorzugt mindestens 35 Gew.% eingesetzt, bezogen auf das Gewicht des Verbundwerkstoffs.
Falls keramische Verstärkungsfasern verwendet werden, beispielsweise Verstärkungsfasern aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃) kann als Weißpigment beispielsweise Titanoxid (TiO₂) verwendet werden.
Wenn als Pigmente Nanopartikel mit einer Teilchengröße von 0,1 bis 1 μm eingesetzt werden, beträgt ihr Gehalt vorzugsweise mindestens 2 Gew.%, insbesondere mindestens 5 Gew.% und ganz besonders bevorzugt mindestens 8 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Verbundwerkstoffs.
Der Verbundwerkstoff kann durch ein Halbzeug gebildet sein, beispielsweise Pellets, ein Granulat, ein Profil oder ein Prepreg.
Das Halbzeug kann dabei eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise zylindrisch, prismenförmig, ringförmig oder hohlzylindrisch ausgebildet sein. Das Halbzeug kann beispielsweise durch Extrusion, Spritzpressen oder Pressen gebildet sein.
Das Halbzeug kann ein Langfaser-Halbzeug sein, d. h. ein Halbzeug, bei dem sich unidirektionale Fasern über die ganze Länge des Granulats, Extrudats oder Pultrudats oder des sonstigen Halbzeugs erstrecken.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist insbesondere zur Herstellung von Zahnersatz geeignet. Zu können beispielsweise Dentalformteile und Zahnimplantate hoher Festigkeit aus dem Halbzeug durch Spritzguss hergestellt werden. Die so hergestellten Dentalformteile halten auch den beim Kauen in den verschiedenen Richtungen auftretenden hohen Torsionskräften stand, die durch den Aufhängungsapparat des natürlichen Zahnes bedingt werden. Die hohe Torsionsfestigkeit kommt jeglichem künstlichen Zahnersatz zugute, somit nicht nur festsitzendem Zahnersatz, wie Kronen, Brücken, Implantataufbauten usw., sondern auch einem abnehmbaren Zahnersatz.
Aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff können insbesondere Dentalformteile hergestellt werden, die derzeit in der Modellgusstechnik aus Metall gebildet werden, beispielsweise Gaumenplatten oder Gaumenbügel, insbesondere Klammern zur Befestigung an Restzähnen. Generell ist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff insbesondere zur Herstellung von abnehmbarem Zahnersatz für Ober- und Unterkiefer geeignet. Es können daraus auch Verstärkungselemente, insbesondere für Vollprothesen, wie Basisplatten, hergestellt werden.
Im besonderen sind aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff Kronen, Brücken und Implantataufbauten sowie Teile für die Geschiebetechnik mit grazilen Ausgestaltungen und hohen Festigkeiten herstellbar. Zudem ist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff zur Herstellung von Dentalformteilen für dauerhaften, permanenten festsitzenden Zahnersatz, wie Kronen, Brücken, Implantataufbauten geeignet. Dabei zeichnet sich aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff hergestellter Zahnersatz durch seine hohe statische Festigkeit, Biegefestigkeit und Zugfestigkeit aus, insbesondere eine hohe Biegewechselfestigkeit. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff ist als Halbzeug sowohl spanend wie thermisch zu Zahnersatz verarbeitbar.

Claims

Verbundwerkstoff mit einer Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff, die einen Verstärkungsstoff und wenigstens einen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine Mohshärte aufweist, die höchstens so groß wie die Mohshärte des Verstärkungsstoffs ist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff eine Mohshärte aufweist, die nach der Mohsschen Härteskala um wenigstens eine, vorzugsweise zwei Härtestufen kleiner ist als die Härte des Verstärkungsstoffs.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ein Hochtemperaturkunststoff mit einer Schmelz- oder Verarbeitungstemperatur von wenigstens 300°C ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ein aromatischer Thermoplast mit Arylgruppen in der Hauptkette ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff ein Polyaryletherketon ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des Verstärkungsstoffs 5 bis 65, insbesondere 15 bis 45 Vol.% beträgt.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsstoff aus Fasern und/oder Plättchen besteht.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen Durchmesser von 50 nm bis 100 μm aufweisen.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von mindestens 50:1 besitzen.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern Glas-, keramische und/oder Kohlenstofffasern sind.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die keramischen Fasern Fasern aus Zirkoniumdioxid und/oder Aluminiumoxid bestehen.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des wengistens einen Füllstoffs mindestens 0,1 Vol.% beträgt.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein Pigmentfüllstoff ist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Pigmentfüllstoff ein Weißpigment oder Farbpigment ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weißpigment durch Zinksulfid, Zinkoxid und/oder Bariumsulfat gebildet wird.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er durch ein Halbzeug gebildet wird.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug durch Pellets, ein Granulat, ein Profil oder ein Prepreg gebildet wird.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug ein Langfaser-Halbzeug ist.
Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Zahnersatz-Verbundwerkstoff ist.
Zahnersatz, hergestellt aus einem Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Zahnersatz nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Spritzguss hergestellt ist.
Zahnersatz nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Halbzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 19 hergestellt ist.