跨尺度增强体对聚对苯撑苯并二噁唑纤维增强树脂基复合材料的界面调控机制

The comprehensive properties of the common used fiber posts are limited by the fiber reinforcement with low strength （glass fiber or quartz fiber). Through the introduction of high performance fiber reinforcement, it is possible to provide the opportunity to improve the comprehensive properties of fiber reinforced polymer matrix composites (FRMMC) in the field of dental post materials. High strength and high modulus fiber Poly-p-phenylene benzobisoxazole (PBO) was introduced into this field successfully in our preliminary study, and we found that the PBO-FRMMC was superior in fatigue resistance than quartz fiber-FRMMC. However, the performance of its interface was still not ideal, while the PBO-FRMMC had not yet achieved the expected performance. On the basis of existing advantages, how to further optimize the performance of PBO-FRMMC through the interface control? Inspired by the theory of " Scale-span reinforcement ", a new interface model is proposed in our study: we propose to achieve the improvement of the interface between PBO and resin matrix through polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS). Besides, the regulatory mechanism of the interface will be studied intensively by different means in our research. Furthermore, with the combination of micro interface failure mode and macro performance, the changing trend of the interface during the dynamic loading process will be analysed, with a view to further enrich the interface control theory and provide new ideas and theoretical basis for the improvement of FRMMC in the field of dental post materials.

临床常用纤维桩普遍使用强度较低的玻璃或石英纤维增强，故综合性能受到制约。通过引入高性能纤维，有望突破局限，提高纤维增强树脂基复合材料（FRMMC）的综合性能，其中界面性能是关键。本课题组前期将高强高模聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO）引入本领域，发现所得FRMMC在抗疲劳性能方面优于石英纤维-FRMMC。但界面性能仍不理想，尚未获得预期优良表现。如何在已有优势基础上，进一步通过界面调控，对PBO-FRMMC性能进一步优化？本课题受“跨尺度增强体”理论启发，通过构建一种新的界面模式：即利用笼型倍半硅氧烷（POSS）改性界面，实现界面与基体的双向改良，并通过不同观测手段，深入研究界面调控机制，将界面失效模式与宏观性能结合，揭示动静态负载过程中界面变化趋势，探索不同界面状态对POSS-PBO-FRMMC动静态力学性能的影响规律，以期进一步丰富界面调控理论，为齿科纤维桩的改良提供新思路及数据参考。

齿科纤维桩用树脂基复合材料（FRMMC）普遍使用强度较低的玻璃或石英纤维增强，故挠曲性能受到制约，一定程度上限制了其在临床的适用范围。通过引入高性能纤维增强相，有望突破局限，提高FRMMC的综合性能。本课题组前期将高强高模聚对苯撑苯并二噁唑纤维（PBO）引入齿科FRMMC，发现PBO-FRMMC在抗疲劳性能方面优于石英纤维增强FRMMC。但因其界面性能仍不理想，所得复合材料挠曲强度未获得预期优良表现。因此，改良界面性能，是在将高性能PBO纤维引入齿科领域前必须解决的首要关键问题。如何在已有优势基础上，进一步通过界面调控，对PBO-FRMMC性能进一步优化，是目前研究的重点所在。.本研究通过“跨尺度增强体”构建一种新的界面结合模式：即利用“PBO纤维-纳米氧化锌-笼型倍半硅氧烷（POSS）”构建跨尺度增强结构，对增强纤维与Bis-GMA基体进行双向纳米改性，从而优化界面结合并改良复合材料宏观性能。首先，本研究对跨尺度增强体改性工艺进行了确定，发现：经氧化预处理工艺后接枝ZnO NPs与经羧基化预处理后接枝ZnO NWs的效果较优，适于构建跨尺度增强体结构；ZnO NPs添加比为1.0 wt%的Bis-GMA树脂基体，挠曲强度最高（120.05±10.69MPa）。.在此基础上，本研究发现构建的“PBO-ZnO NWs-POSS”跨尺度增强体对PBO单丝纤维-树脂间界面结合的改良效果最佳，可形成类界面横晶样形貌； 上述增强体与Bis-GMA-（1.0wt% ZnO NPs）复合所得FRMMC在静态负载下挠曲强度最高（1334.59±44.94MPa），挠曲模量与人牙本质相当。纳米改性纤维与纳米改性树脂两种处理间存在协同作用。优选出的跨尺度增强FRMMC体外细胞毒性分级为0级。.同时，本研究通过不同观测手段，深入研究界面调控机制，探索不同跨尺度结构对FRMMC性能的影响规律。通过对比不同跨尺度增强体对界面的改良作用，发现微界面结合较好的跨尺度增强结构，宏观性能亦较佳。界面改良可能是以下多因素作用的结果：包括机械扣锁、化学键、氢键及分子间作用力等。 .总之，通过构建跨尺度增强结构，本课题成功实现对PBO纤维与Bis-GMA树脂间界面优化及FRMMC挠曲性能的改良，获得了一种具潜力的齿科复合材料。