Impact testing of new materials for sports mouthguards

Abstract

Os protetores bucais são dispositivos removíveis constituídos por um material resiliente que ajudam na prevenção e/ou redução da incidência e gravidade de lesões traumáticas.O material ideal deverá ter uma espessura reduzida e/ou ser o menos rígido possível uma vez que o conforto do paciente dita a colaboração. Por isso, devemos procurar um material que tenha uma elevada capacidade de absorver o choque, de forma a diminuir a energia transmitida à cavidade oral e estruturas anexas bem como, aumente a proteção e prevenção. O objetivo foi avaliar algumas propriedades mecânicas de materiais e técnicas passiveis de serem utilizados na confeção de protetores bucais.Foram realizados testes de impacto, com uma máquina de queda de peso a 5 grupos de placas distintos: EVA 4 mm; placas laminadas de 4 mm com EVA foam 2 mm, placa laminada de 4 mm com acetato 0.5 mm, placas Erkoloc-pro 3 mm e placas impressas tridimensionalmente de Resina IBT da NextDent. Realizaram-se testes com energias de impacto de 1.72 J (baixa energia), 2.85 J (média) e 4.40 J (alta energia). A análise estatística (ANOVA, p<0.05) demonstrou diferenças estatisticamente significativas entre os 5 grupos. Foram feitos testes Kruskal-Wallis e Bonferroni.Recolheram-se as curvas energia-tempo, força-tempo e força-deslocamento. Foram calculados os valores médios e desvios padrão para a Energia Máxima de Impacto [J], Força Máxima de Impacto [N], Deslocamento Máximo [mm], Tempo de Contacto [ms], Energia Absorvida pelo impacto [J] e a percentagem de Energia de Recuperação Elástica para cada grupo de placas. ERKOLOC demonstrou os valores mais elevados, em termos da Força Máxima de Impacto, enquanto EVA_SOFT demonstrou os mais baixos. O oposto ocorreu em termos de Deslocamento Máximo e Tempo de Contacto. Verificou-se delaminação no EVA_HARD com valores mais elevados de Energia de Impacto. A RESIN_IBT exibiu as percentagens mais baixas de Energia de Recuperação Elástica bem como fraturas co-adesivas independentemente da Energia de Impacto.EVA_SOFT exibiu um comportamento semelhante ao EVA convencional, fazendo deste material uma boa escolha para protetores bucais. Apesar do ERKOLOC apresentar boas percentagens de Energia de Recuperação Elástica, deformação puntiforme ocorre devido aos elevados níveis de Força de Impacto, ilustrando o comportamento rígido deste material e fazendo dele não aconselhável para protetores bucais.

Mouthguards are removable devices made by resilient materials that contributes to prevention and reduction of the incidence and the severity de of traumatic injuries.The ideal material should have a lower thickness and/or be the least rigid possible because patient comfort dictates compliance. So, we must look for a material with high shock absorption ability in order to decrease the energy transmitted to the oral structures, increasing protection and prevention. The purpose of this work was to evaluate mechanical properties of materials and techniques that can be used in mouthguards production.Impact tests were made, with a drop weight machine, to 5 groups of different foils: 4 mm EVA; 4 mm laminated foil with 2 mm of EVA foam (EVA_SOFT); 4 mm laminated foil with 0.5 mm Acetate (EVA_HARD), 3 mm Erkoloc-pro foils (ERKOLOC) and 3D printed foils of IBT Resin from NextDent (RESIN_IBT). Impact tests were made with impact energies of 1.72 J (low impact), 2.85 J (medium) and 4.40 J (high impact). Curves energy-time, force-time and force-displacement were collected. The medium value and standard deviation were calculated for: Maximum Impact Energy [J], Peak Impact Force [N], Maximum Displacement [mm], Contact Time [ms], Absorbed Energy by the impactor [J] and percentage of Elastic recovery Energy for each foils group.Statistical analysis (ANOVA, p<0.05) showed statistical differences between the 5 groups. Group comparison was made with the Kruskal-Wallis test and all post-hoc comparisons considering Bonferroni correction.In terms of Peak Impact Force Impact, ERKOLOC showed the highest values while EVA_SOFT showed the lowest values. The opposite occurred in terms of Maximum Displacement as well as Contact Time. EVA_HARD exhibit delamination with highest impact energies. RESIN_IBT showed the lowest levels of Elastic recovery Energy as well exhibit co-adhesive foil fractures regardless the Impact Energy.EVA_SOFT had similar behavior to conventional EVA making this a good option as a material for mouthguards. Although ERKOLOC has high percentages of Elastic recovery Energy, puncture deformation happens due to its high force values, illustrating the brittle behavior of this material and so, making it unadvisable for mouthguards.