一種新型正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置

張玉華，梁甲興，林 立，李 多，林 斌

一種新型正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置

張玉華，梁甲興，林 立，李 多，林 斌

力學(xué)；結(jié)扎術(shù)；牙科設(shè)備；牙；牙移動(dòng)；正畸矯正器；正畸學(xué)，矯正

托槽與弓絲間的相對(duì)滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦阻力是眾多正畸學(xué)者所關(guān)注的問題。矯治力必須先克服摩擦力，才能作用于牙齒，使牙周組織發(fā)生反應(yīng)直至牙齒移動(dòng)［1］。如何控制摩擦力一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)所在［2］。

既往有關(guān)正畸摩擦力的實(shí)驗(yàn)多在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，托槽固定在底座或底盤上，彈力結(jié)扎圈或結(jié)扎絲將弓絲結(jié)扎入托槽，然后牽引弓絲進(jìn)行勻速滑動(dòng)［3－7］。由于摩擦力的大小直接受結(jié)扎壓力的影響，結(jié)扎力增大，摩擦力隨之增大［8］，而直接使用結(jié)扎絲或結(jié)扎圈使結(jié)扎壓力難以準(zhǔn)確控制和測量，導(dǎo)致摩擦力研究結(jié)果差異較大甚至相互矛盾，因此，如何控制結(jié)扎因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響成為正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在。

為克服以往實(shí)驗(yàn)裝置難以調(diào)控結(jié)扎壓力的問題，筆者設(shè)計(jì)一種新型的正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置，以符合摩擦力規(guī)律，滿足正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)需要［9－11］，現(xiàn)介紹如下。

1 臨床資料

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置 由托槽標(biāo)尺板、托槽標(biāo)尺板基座及雙導(dǎo)軌等效結(jié)扎力加載裝置組成（圖1，2）。

1.1.1 托槽標(biāo)尺板 由普通灰鑄鐵定制而成，外形尺寸為4mm×4mm×65mm，可定制多個(gè)托槽標(biāo)尺板以便實(shí)驗(yàn)中快速更換托槽樣本。

1.1.2 托槽標(biāo)尺板基座與砝碼懸掛裝置 托槽標(biāo)尺板基座由普通灰鑄鐵定制成，外形尺寸30mm×12mm×130mm，基座正面正中有一縱向凹槽，凹槽寬4mm，深2mm。基座上端兩側(cè)各有一孔，直徑2mm，兩孔左右對(duì)稱，基座背面與砝碼懸掛裝置相連，砝碼懸掛裝置由白色合成樹脂板加不銹鋼絲定制而成，上端可通過滑輪懸掛砝碼，下端固定于托槽標(biāo)尺板基座背面。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置正、側(cè)面圖Fig 1 The front and profile view of the experimental device

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig 2 The diagram of the experimental device

1.1.3 雙導(dǎo)軌等效結(jié)扎力加載裝置 由白色合成樹脂板加不銹鋼絲定制而成，是摩擦力的加載結(jié)構(gòu)，承載結(jié)扎絲并與砝碼相連，并由此施加結(jié)扎壓力，雙導(dǎo)軌間距與托槽標(biāo)尺板基座的孔距一致。雙導(dǎo)軌等效結(jié)扎力加載裝置保證結(jié)扎壓力的穩(wěn)定性，砝碼的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)結(jié)扎壓力的可控性。

1.1.4 拉力實(shí)驗(yàn)機(jī) 萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)（HT-9102型，臺(tái)灣宏達(dá)公司）。

1.2 工作原理 托槽用釉質(zhì)粘結(jié)劑粘結(jié)于托槽標(biāo)尺板將托槽標(biāo)尺板卡入托槽標(biāo)尺板基座，基座固定于實(shí)驗(yàn)機(jī)下部夾具。弓絲上端固定于實(shí)驗(yàn)機(jī)上夾具，下端位于托槽槽溝內(nèi)。將雙導(dǎo)軌等效結(jié)扎力加載裝置的導(dǎo)軌安放于托槽標(biāo)尺板基座相應(yīng)的孔內(nèi)，結(jié)扎力加載裝置的結(jié)扎絲就位于托槽兩側(cè)的弓絲上，后根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需的結(jié)扎壓力加載砝碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.3 拉力實(shí)驗(yàn) 將萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)置為定速模式，測試開始前實(shí)驗(yàn)機(jī)自動(dòng)歸零，實(shí)驗(yàn)裝置就位后測試開始，以10mm／min的速度拉弓絲沿托槽槽溝勻速滑動(dòng)，位移10mm后測試結(jié)束。記錄托槽弓絲間滑動(dòng)時(shí)的摩擦力和位移。全部實(shí)驗(yàn)均在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室完成。

1.4 結(jié)果 電腦軟件記錄的典型摩擦力—位移波形圖：弓絲開始滑動(dòng)時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值，該值為最大靜摩擦力值；弓絲勻速運(yùn)動(dòng)后，摩擦力呈略小于第1個(gè)峰值的波浪形，滑動(dòng)開始后，每隔2mm讀取1次摩擦力值，共5次，取5次的平均值作為平均滑動(dòng)摩擦力值（圖3）。

圖3 弓絲沿托槽槽溝滑動(dòng)過程中的摩擦力數(shù)值記錄圖Fig 3 The frictional force recording when the wire slided along the bracket slot

2 討 論

當(dāng)兩物體間有相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)的趨勢時(shí)，物體表面之間存在阻礙物體相對(duì)滑動(dòng)的相對(duì)作用力稱為滑動(dòng)摩擦力，其大小與正壓力成正比，并受接觸物體的材料性質(zhì)及接觸表面的狀況所影響［12］。托槽與弓絲發(fā)生相互滑動(dòng)時(shí)，結(jié)扎方式和結(jié)扎的松緊度直接影響兩者間的壓力，結(jié)扎壓力越大，摩擦力越大，兩者成線性關(guān)系［8］。

在既往有關(guān)正畸摩擦力的研究中，較多學(xué)者使用彈力結(jié)扎圈將弓絲結(jié)扎入托槽內(nèi)［3－5］，由于不同廠家的結(jié)扎圈的材質(zhì)、彈性和大小有差異，且不同托槽弓絲組合的外形尺寸不同導(dǎo)致結(jié)扎圈的牽拉程度不同，實(shí)驗(yàn)中結(jié)扎壓力難以定量和調(diào)節(jié)；也有學(xué)者使用不銹鋼絲結(jié)扎［13－14］，結(jié)扎力度完全由實(shí)驗(yàn)者手感控制，不能精確定量，如何控制結(jié)扎因素的影響成為正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。

本研究設(shè)計(jì)的新型正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置是在總結(jié)以往正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)完成的，主要由托槽標(biāo)尺板基座和等效結(jié)扎力加載裝置組成，等效結(jié)扎力加載結(jié)構(gòu)承載結(jié)扎絲并與砝碼相連，對(duì)弓絲施加正壓力，調(diào)節(jié)砝碼即可調(diào)節(jié)對(duì)弓絲的壓力，避免正畸摩擦力實(shí)驗(yàn)直接使用結(jié)扎圈或結(jié)扎絲導(dǎo)致結(jié)扎壓力難以準(zhǔn)確控制和調(diào)節(jié)。

采用本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行的摩擦力實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，弓絲開始滑動(dòng)時(shí)出現(xiàn)第一個(gè)峰值為最大靜摩擦力值；弓絲勻速運(yùn)動(dòng)后，摩擦力呈略小于第一個(gè)峰值的波浪形，該值為平均動(dòng)摩擦力數(shù)值。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)并多次運(yùn)用于正畸摩擦力的實(shí)驗(yàn)研究，本實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合摩擦力規(guī)律，并對(duì)Free-edge矯治技術(shù)的評(píng)價(jià)起關(guān)鍵作用［9－11］。

［1］Reicheneder CA，Baumert U，Gedrange T，etal.Frictional properties of aesthetic brackets［J］.EurJOrthod，2007，29（4）：359-365.

［2］Kojima Y，F(xiàn)ukui H，Numerical.Simulation of canine retraction by sliding mechanics［J］.AmJOrthodDentofacialOrthop，2005，127（5）：542-551.

［3］Bandeira A M，dos Santos MP，Pulitini G，etal.Influence of thermal or chemical degradation on the frictional force of an experimental coated NiTi wire［J］.AngleOrthod，2011，81（3）：484-489.

［4］Doshi U H，Bhad-Patil WA.Static frictional force and surface roughness of various bracket and wire combinations［J］.AmJ OrthodDentofacialOrthop，2011，139（1）：74-79.

［5］Muguruma T，Iijima M，Brantley WA，etal.Effects of a diamond-like carbon coating on the frictional properties of orthodontic wires［J］.AngleOrthod，2011，81（1）：141-148.

［6］侯 錄，張令波，朱雙玉，等.脫落托槽熱處理后對(duì)摩擦力影響的實(shí)驗(yàn)研究［J］.口腔正畸學(xué)，2006，13（4）：162-165.

［7］楊 力，封平平，白玉興，等.國產(chǎn)陶瓷托槽與金屬弓絲間滑動(dòng)摩擦力的研究［J］.北京口腔醫(yī)學(xué)，2012，20（1）：25-28.

［8］Edwards G D，Davies E H，Jones S P.Theexvivoeffect of ligation technique on the static frictional resistance of stainless steel brackets and archwires［J］.BrJOrthod，1995，22（2）：145-153.

［9］張玉華，梁甲興，林 立，等.唾液對(duì)托槽－弓絲－結(jié)扎絲結(jié)構(gòu)摩擦力的影響［J］.福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（2）：147-149.

［10］潘盛波，梁甲興，林 立，等.Free-edge托槽與傳統(tǒng)托槽摩擦力的比較研究［J］.福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42（3）：243-247.

［11］李 多，梁甲興，林 立，等.Free-edge托槽結(jié)扎中間翼優(yōu)勢分析［J］.福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，45（2）：146-148.

［12］蕭龍翔.理論力學(xué)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，1995：77.

［13］仇玲玲，楊 力，白玉興，等.陶瓷托槽槽溝形貌及滑動(dòng)摩擦現(xiàn)象的觀察［J］.中華口腔正畸學(xué)雜志，2012，19（4）：201-205.

［14］項(xiàng) 華，吳建勇，劉 琴，等.濕潤狀態(tài)下托槽與弓絲間動(dòng)摩擦力的實(shí)驗(yàn)研究［J］.實(shí)用口腔醫(yī)學(xué)雜志，2009，25（1）：120-123.

（編輯：張慧茹）

R783.5；R197.39；R322.41

B

1672-4194（2014）01-0063-02

2013-12-19

福建省教育廳基金（JA01068）

福建醫(yī)科大學(xué) 附屬協(xié)和醫(yī)院口腔科，福州 350001

張玉華（1971－），女，副主任醫(yī)師，醫(yī)學(xué)碩士

梁甲興.Email：liangjxaa＠m(xù)e.com