《Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials》：Fracture resistance of a short fiber-reinforced flowable resin composite compared with different types of flowable resin composites
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本研究评估了短纤维增强流动树脂复合材料（EFB）的抗裂性能，并与10种商业化流动树脂复合材料进行对比。通过三点弯曲测试、疲劳弯曲强度测试和断裂韧性测试，发现EFB在静态和重复载荷下均表现最优，且热循环后仍保持较高抗裂性。疲劳测试（FFS）与其它参数高度相关，提示其为有效评估方法。
渡边修平|高见泽敏树|武藤礼|津田修一|石井亮|马克·A·拉塔|韦恩·W·巴克迈尔|宫崎正志
日本东京日本大学牙科学院口腔修复学系
摘要
目的
本研究旨在评估一种短纤维增强型流动树脂复合材料的抗断裂性能，并将其与其他类型的流动树脂复合材料进行比较。
方法
本研究共使用了10种市售流动树脂复合材料，包括一种短纤维增强型流动树脂复合材料（SFRC）、五种填充型流动树脂复合材料、两种注射型树脂复合材料以及两种单色流动树脂复合材料。通过三点弯曲试验测量了它们的抗弯强度（σ_F）、抗弯模量（FE）和韧性（R）。此外，还进行了疲劳抗弯强度（FFS）试验，试验条件为20 Hz的频率下重复进行50,000次次临界载荷。抗断裂韧性（K_IC）通过单边缺口梁三点弯曲试验进行测量。所有试验均在材料储存24小时或经过10,000次热循环后进行。
结果
与其它流动树脂复合材料相比，短纤维增强型流动树脂复合材料（SFRC）的抗弯强度（σ_F）、疲劳抗弯强度（FFS）和抗断裂韧性（K_IC）显著更高。然而，所有流动树脂复合材料在经过热循环后，其抗弯强度（σ_F）、韧性（R）、疲劳抗弯强度（FFS）和抗断裂韧性（K_IC）均出现统计学上的显著下降。
意义
短纤维增强型流动树脂复合材料在承受外部力量时表现出更强的抗断裂性能，无论是在单调静态载荷下还是在重复次临界载荷下。研究结果表明，由于其在疲劳抗弯强度（FFS）测试及其他抗断裂性能测试中的优异表现，这种材料具有较大的应用潜力。
引言
在现代牙科实践中，通常使用不同类型的树脂复合材料来修复牙齿结构。由于牙釉质和牙本质的成分和结构差异较大，使用同一种树脂复合材料来修复这两种组织是困难的（Arola等人，2017年）。低弹性模量的流动树脂复合材料或填充型树脂复合材料通常用于替代牙本质（Palin等人，2018年；Kunz等人，2022年），而具有更高机械性能和耐磨性的树脂复合材料则用于替代牙釉质（Imai等人，2019年；Francois等人，2024年）。
在过去三十年中，通过引入尖端技术，流动树脂复合材料得到了不断发展（Ilie和Hickel，2011年；Ferracane，2024年）。流动树脂复合材料的主要发展方向是通过改变粘度来改善其操作性能（Imai等人，2019年；Hirokane等人，2021年；Lassila等人，2019年）。由于其低粘度，流动树脂复合材料可以使用小口径分配器进行涂抹，并可作为窝洞底部的衬垫材料，从而因其流动性而实现良好的适应性和减少气泡的产生（Takamizawa等人，2008年）。早期的流动树脂复合材料适用于作为基底或衬垫材料，或用于非常小的窝洞。然而，由于其优异的操作性能，其应用范围已扩展到深窝洞、美学区域和受力区域（Imai等人，2019年）。因此，制造商提高了流动树脂复合材料的机械性能、美观性、聚合动力学、耐磨性和操作性能。根据临床情况，临床医生可以从多种类型的流动树脂复合材料中选择最合适的材料，如填充型、短纤维增强型、单色型和注射型流动树脂复合材料（Lassila等人，2019年；Arai等人，2021年；Ypei等人，2021年；Basheer等人，2024年；ElAziz等人，2024年）。
许多因素可能威胁树脂复合材料的修复效果，包括生物膜侵蚀、水解降解、磨损以及咀嚼过程中的外部应力（Lohbauer等人，2013年；Zhou等人，2025年），其中树脂复合材料的碎裂或整体断裂尤为令人担忧（Da Rosa等人，2022年；Schoilew等人，2023年）。因此，过去几十年中开发出了含有短玻璃纤维的树脂复合材料以解决这些问题（Aram等人，2023年；Wayakanon等人，2025年）。纤维可以抑制裂纹的产生和扩展，通过调整纤维长度、方向和载荷可以进一步增强这一效果（Lassila等人，2019年；Basheer等人，2024年；Aram等人，2023年；Wayakanon等人，2025年）。早期的短纤维增强型树脂复合材料（SFRC）产品流动性较低且粘度较高。近年来，已经出现了流动型的SFRC产品。然而，关于流动型SFRC的抗断裂性能的数据仍然有限（Lassila等人，2018年）。此外，关于不同类型流动树脂复合材料之间抗断裂性能比较的信息也很少。
树脂复合材料的抗断裂性能通常通过抗弯强度、压缩强度或抗断裂韧性测试来研究，这些测试是在载荷逐渐增加直至材料失效的情况下进行的（Ilie等人，2017年）。然而，在口腔环境中，材料失效通常是由于数月或数年内反复受到较低水平的外部应力所致（Baran等人，2001年）。虽然重复应力不足以导致材料断裂，但可能会引发裂纹。这些微裂纹会随时间逐渐扩展，最终导致树脂复合材料修复体的损坏，表现为边缘失效或在严重情况下的整体断裂（Takamizawa等人，2015年）。因此，进行模拟咀嚼和吞咽过程中对修复体施加的外部力的体外测试对于阐明树脂复合材料的抗断裂性能非常有益。
本研究旨在通过静态载荷应力测试和人工老化条件下的重复次临界载荷疲劳测试来研究流动型SFRC的抗断裂性能，并将其抗断裂性能与其他类型的流动树脂复合材料进行比较。研究假设为：（i）流动型SFRC的抗断裂性能与其他类型的流动树脂复合材料没有差异；（ii）测试材料的抗断裂性能在单调递增载荷或重复次临界载荷应力下没有差异；（iii）人工老化不会影响测试材料的抗断裂性能。
研究材料
本研究共使用了10种市售流动树脂复合材料（表1）。其中，EverX Flow（EFB，GC，日本东京）作为短纤维增强型流动树脂复合材料（SFRC）；Beautifil-Bulk Flowable（BBF，Shofu，日本京都）、Bulk Base Hard II高流动性（BHH；Sun Medical，Moriyama，日本）、Bulk Base Hard II低流动性（BHL，Sun Medical）、Omnichroma Flow Bulk（OFB，Tokuyama Dental，日本东京）和SDR flow + Bulk-Fill Flowable（SDR，Dentsply Sirona，美国北卡罗来纳州夏洛特）作为填充型树脂复合材料。
抗弯性能
表2、表3和表4显示了基线组和热循环组中流动树脂复合材料的抗弯性能（σ_F、FE和R）。基线组的平均抗弯强度（σ_F）范围为115.8至168.4 MPa。EFB的抗弯强度（σ_F）最高，其次是GZ、BHL、VF、BHH、SDR、OFB、OU和BBF。EFB的抗弯强度（σ_F）显著高于其他流动树脂复合材料。除了短纤维增强型流动树脂复合材料（EFB）外，注射型流动树脂复合材料（GZ和VF）也表现出较高的抗弯强度。
讨论
本研究通过抗断裂性能相关测试评估了短纤维增强型流动树脂复合材料的抗断裂性能，并将其结果与其他流动树脂复合材料进行了比较。尽管已有许多研究报道了SFRC的抗断裂性能（Lassila等人，2019年；Aram等人，2023年；Wayakanon等人，2025年），但只有少数研究使用次临界载荷下的疲劳测试来评估SFRC的抗断裂性能。此外，目前还没有研究对比不同类型流动树脂复合材料的抗断裂性能。
结论
在本体外研究的限制条件下，短纤维增强型流动树脂复合材料（EFB）的抗弯强度（σ_F）、疲劳抗弯强度（FFS）和抗断裂韧性（K_IC）显著高于其他流动树脂复合材料。这一结果表明，该材料不仅在单调静态载荷下，而且在重复次临界载荷下也表现出更强的抗断裂性能。此外，疲劳抗弯强度（FFS）与其他常用于评估抗断裂性能的测试参数高度相关。因此，疲劳抗弯强度（FFS）测试可能是一种有价值的评估方法。
作者贡献声明
渡边修平：研究工作。高见泽敏树：撰写初稿、项目管理、研究实施、资金筹集、数据分析、概念构思。武藤礼：研究工作、数据分析。津田修一：研究工作、数据分析。石井亮：研究工作、数据分析、数据整理。马克·A·拉塔：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、概念构思。韦恩·W·巴克迈尔：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调。宫崎正志：撰写、审稿
资金来源
本研究部分得到了Sato基金（SATO-2025-12）以及日本日本大学牙科学院牙科研究中心（DRC(B)-2025-12）的资助。
利益冲突声明
作者声明没有其他专利权、财务利益或其他个人利益。
