Torque Stability of Plastic Brackets Following Multiple Loading and Artificial Material Aging – an In-Vitro Comparison

Abstract

Objective:

The objective of this study was to compare the loaddeflection behavior of plastic brackets made of various materials in response to repeated torque loads with each other and with steel brackets. Material fatigue during wire’s play in the bracket slot, the brackets’ elasticity and the torsional forces applied were analyzed.

Material and Methods:

Groups of ten brackets, each made of pure polycarbonate or variously reinforced polycarbonate or polyurethane, with and without a metal slot, were artificially aged and then torqued with a testing machine five times consecutively in a torque- measuring apparatus. The control group consisted of ten steel brackets. The resulting forces were recorded with the testing machine, and the wire’s deflection recorded with a digital goniometer on a PC and submitted to one-way variance analysis at p < 0.05.

Results:

There were strong fluctuations among the bracket types in both the play of the wire in the bracket slot as well as the brackets’ elasticity. The slot of all the polycarbonate-based brackets was bent open after a single load, except for those with a metal slot. After a single load of up to 20° torque, all the brackets exhibited a significant loss of torque stability ranging between 5% for pure polyurethane and 28.5% for ceramic-reinforced polycarbonate. The loss of torque stability was roughly 17% on average. This loss did not increase significantly when additional loads were applied.

Conclusions:

Each bracket material requires its own torque value to transfer identical torque values onto the tooth in clinical practice. Comparison with steel brackets revealed that only plastic brackets with a metal slot are suitable for clinical use. Adding ceramic and glass fibers to polycarbonate, or using polyurethane has no benefit in terms of torque stability. In addition, after a single application of torque, all brackets lose torque stability in response to a renewed load.

Zusammenfassung

Ziel:

Ziel dieser Untersuchung war es, das Last-Verformungs-Verhalten von Kunststoffbrackets unterschiedlichen Materials bei mehrmaliger Torquebelastung untereinander und mit Stahlbrackets hinsichtlich einer Materialermüdung beim Spiel des Drahtes im Bracketslot, der Elastizität und der applizierbaren Torquekräfte zu vergleichen.

Material und Methodik:

Jeweils zehn Brackets aus reinem und verschieden verstärktem Polycarbonat und Polyurethan mit und ohne Metallslot wurden nach künstlicher Alterung in einer Torquemessapparatur fünfmal hintereinander kontinuierlich mit einer Prüfmaschine belastet. Als Kontrollgruppe dienten zehn Stahlbrackets. Die dabei auftretenden Kräfte wurden mit der Prüfmaschine und die Deflektion des Drahtes mit einem digitalen Winkelmesser auf einem PC registriert und der einfaktoriellen Varianzanalyse bei p < 0,05 unterzogen.

Ergebnisse:

Unter den Brackettypen zeigten sich starke Schwankungen sowohl hinsichtlich des Spiels des Drahtes im Bracketslot als auch der Elastizität der Brackets. Bei allen polycarbonatbasierten Brackets, mit Ausnahme derer mit Metallslot, wurde der Slot nach einmaliger Belastung aufgebogen. Alle Brackets hatten einen signifikanten Torqueverlust nach einmaliger Belastung bis 20° Torque zwischen 5% bei reinem Poly urethan und 28,5% bei keramikverstärktem Polycarbonat. Der Torqueverlust lag im Mittel bei ca. 17%. Dieser Verlust vergrößerte sich nicht signifikant bei erneuten Belastungen.

Schlussfolgerungen:

Für jedes Bracketmaterial wird klinisch ein eigener Torquewert benötigt, um gleiche Torquekräfte auf den Zahn übertragen zu können. Der Vergleich mit den Stahlbrackets zeigt, dass für die klinische Anwendung nur Kunststoffbrackets mit Metallslot geeignet sind. Durch den Zusatz von Keramik und Glasfaser zum Polycarbonat oder durch Verwendung von Polyurethan entstehen keine Vorteile bezüglich der Torquestabilität. Weiterhin reagieren alle Brackets nach einmaligem Einbringen eines Torque mit Torqueverlust bei erneuter Belastung.