Bahan1bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk UHMWPE (bobot molekul 316 juta g/mol) dan butiran HDPE.
Alat1alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tabung kaca, wadah cetakan besar berbentuk kotak, gegep, alumunium , tanur, alat pemotong, alat kempa panas, alat kempa dingin, alat pencetak dumbel, mikrometer sekrup, alat uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus Toyoseiki, alat uji kekerasan Zwick shore A, alat difraksi sinar1x (XRD) Shimadzu, alat mikroskop elekron payaran (SEM), dan alat iradiator panorama serbaguna (IPRASENA) Irka.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terbagi menjadi dua tahapan, yaitu tahap pertama yang terdiri dari
pembuatan film dari UHMWPE
dan HDPE dengan metode kempa panas dan metode pemanasan kemudian diiradiasi sinar gamma, serta dilakukan juga analisis mikrostrukturnya dengan SEM. Tahap kedua adalah pengujian sifat mekanik, meliputi pengujian kekerasan, kekuatan tarik,
komponen sendi karena bersifat fleksibel, keras, dan halus. UHMWPE yang banyak digunakan pada komponen sendi lutut tiruan mempunyai berat molekul antara 3 juta dan 6 juta g/mol dengan bobot jenis 0.940 g/cm3 dan titik leleh 138 °C (Batista . 2004). Permukaan yang halus dari UHMWPE dapat menghasilkan gesekan yang rendah dengan material lain sehingga dapat meningkatkan ketahanan mekaniknya. Polimer UHMWPE telah digunakan di bidang ortopedi sebagai selama lebih dari 40 tahun (Wahyudianto 2006). Gambar 1 menunjukkan anatomi dalam sendi lutut tiruan.
Gambar 1 Anatomi dalam sendi lutut tiruan (Beyer 2011).
HDPE
HDPE merupakan polietilena kerapatan tinggi yang mempunyai jumlah rantai cabang sangat sedikit dibandingkan dengan LDPE dan LLDPE sehingga HDPE bersifat semikristalin. Polimer ini memiliki bobot jenis minimum 0.940 g/cm3, bobot molekulnya berkisar 1041106 g/mol, dan titik lelehnya sebesar 135 °C (Surdia dan Saito 1995). Polietilena kerapatan tinggi ini akan meleleh pada suhu tinggi dan akan memadat jika suhu lingkungan diturunkan. HDPE juga memiliki kecenderungan untuk mengkerut dan getas selama dicetak sehingga termasuk material yang kritis terhadap cetakan (Sulchan dan Endang 2007).
Iradiasi Sinar Gamma
Iradiasi sinar gamma merupakan pancaran gelombang elektromagnetik energi tinggi dalam bentuk paket energi (foton) (Ivanov 1992). Sinar gamma umumnya bersumber dari isotop kobalt160 (60Co) dan mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar UV, yaitu sebesar 0.0111016 nm (Harten 1998). Interaksi radiasi gamma dengan materi atau penyerapan energi oleh materi menyebabkan terjadinya efek fotolistrik, hamburan Compton, dan produksi pasangan. Ketiga proses tersebut dapat menghasilkan elektron yang dapat mengeksitasi molekul.
Ion yang terbentuk akan cepat berinteraksi dengan elektron yang menyebabkan eksitasi molekul. Molekul yang tereksitasi akan terdisosiasi menjadi radikal bebas. Spesi radikal bebas yang dihasilkan dari iradiasi sinar gamma terhadap polimer memegang peranan penting dalam reaksi seterusnya, yaitu polimer dapat mengalami pemutusan rantai ( ) dan polimer dapat membentuk ikatan silang ( ).
Ikatan silang terbentuk dari suatu proses pemutusan ikatan C1H dalam satu rantai polimer pada fase amorf sehingga membentuk radikal bebas yang mudah bergerak untuk berikatan dengan radikal bebas yang terdapat pada rantai polimer lain, tetapi dalam keadaan yang tidak ada oksigen (Blunn . 2002). Ikatan silang pada polimer dapat menghasilkan struktur tiga dimensi sehingga akan meningkatkan kekuatan mekanik, titik leleh, dan bobot molekul seiring meningkatnya dosis iradiasi yang diberikan (Ivanov 1992). Pemutusan rantai adalah suatu proses pemutusan ikatan C1C dengan adanya oksigen sehingga oksigen tersebut berikatan atau menangkap radikal bebas yang dihasilkan (Blunn . 2002).
METODE
Bahan dan AlatBahan1bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk UHMWPE (bobot molekul 316 juta g/mol) dan butiran HDPE.
Alat1alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah tabung kaca, wadah cetakan besar berbentuk kotak, gegep, alumunium , tanur, alat pemotong, alat kempa panas, alat kempa dingin, alat pencetak dumbel, mikrometer sekrup, alat uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus Toyoseiki, alat uji kekerasan Zwick shore A, alat difraksi sinar1x (XRD) Shimadzu, alat mikroskop elekron payaran (SEM), dan alat iradiator panorama serbaguna (IPRASENA) Irka.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terbagi menjadi dua tahapan, yaitu tahap pertama yang terdiri dari
pembuatan film dari UHMWPE
dan HDPE dengan metode kempa panas dan metode pemanasan kemudian diiradiasi sinar gamma, serta dilakukan juga analisis mikrostrukturnya dengan SEM. Tahap kedua adalah pengujian sifat mekanik, meliputi pengujian kekerasan, kekuatan tarik,
perpanjangan putus, dan analisis derajat kristalinitas dengan XRD (Lampiran 1).
Pembuatan Film
Metode Kempa Panas (Modifikasi Wang dan Ge 2007)
Wadah cetakan berbentuk persegi dengan panjang sisi 20 cm dan tebal 0.5 mm disiapkan kemudian diisi serbuk UHMWPE sebanyak 12 g di bagian tengah cetakan pada suhu ruang. Sampel dalam cetakan tersebut dimasukkan dalam alat kempa panas dan dipanaskan dengan suhu tinggi sebesar 180 °C selama 3 menit. Kemudian ditekan dengan tekanan sebesar 200 kg/cm2 dan dipertahankan selama 3 menit. Setelah itu, sampel dikeluarkan dari alat kempa panas dan dimasukkan ke dalam alat kempa dingin selama 10 menit kemudian dikeluarkan dari wadah cetakan. Sampel berbentuk persegi tersebut dibuat sebanyak tujuh buah.
Sampel1sampel kemudian dicetak di alat pencetak dumbel sehingga berbentuk dumbel yang sesuai standar ASTM D1822106 sebanyak 25 buah film uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus, dan ada juga yang dipotong berbentuk persegi dengan panjang sisi 3.5 cm sebanyak 60 buah film untuk uji kekerasan. Hal yang sama juga dilakukan terhadap film HDPE.
Metode Pemanasan (Modifikasi McKellop . 1999)
Satu buah tabung kaca disiapkan lalu dilapisi dengan aluminium foil pada bagian bawah dan dalam tabung. Tabung tersebut diisi HDPE sebanyak 10 g. Wadah cetakan besar berbentuk kotak disiapkan kemudian dilapisi dengan aluminium foil hingga seluruh wadah tertutup. Wadah tersebut diisi sedikit demi sedikit secara merata dengan HDPE sebanyak 60 g sehingga bagian dasar wadah tertutup. Tabung kaca dan wadah cetakan yang telah diisi HDPE dipanaskan di atas titik lelehnya pada suhu 180 °C selama 4 jam di dalam tanur. Setelah dipanaskan, sampel tersebut didinginkan secara perlahan pada suhu ruang sehingga sampel keras
Sampel yang berada di dalam tabung dipotong1potong berbentuk lingkaran berdiameter 3 cm sebanyak 5 bagian sehingga bobot masing1masing film sebesar 2 g dengan tebal 6 mm untuk uji kekerasan. Sampel yang berada dalam wadah kotak dicetak dengan alat pencetak dumbel sehingga berbentuk dumbel yang sesuai standar ASTM D1822106
sebanyak 25 buah film untuk uji kekuatan tarik dan perpanjangan putus.
Iradiasi Sinar Gamma
Film HDPE dan UHMWPE dimasukkan ke dalam ampul kemudian diiradiasi sinar gamma (γ) dengan sumber yang berasal dari isotop 60Co. Iradiasi dilakukan dalam media udara dengan alat iradiator panorama serbaguna (IPRASENA) Irka selama selang waktu dan jarak tertentu dari sumber radiasi. Ragam dosis yang digunakan dalam metode ini, yaitu 0, 100, 200, 300, dan 500 kGy.
Analisis Mikrostruktur Permukaan dengan SEM
Film HDPE atau UHMWPE dengan ukuran tertentu disalut emas dalam keadaan vakum selama waktu dan kuat arus tertentu dengan penyalut ion. Setelah itu, film dimasukkan pada tempat sampel dalam alat SEM dengan tegangan tertentu. Gambar yang dihasilkan berupa gambar topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang pada permukaan. Gambar tersebut dapat diamati di layar monitor dengan perbesaran tertentu yang dapat diatur.
Pengujian Kekerasan (ASTM D2240805)
Film diukur tebalnya dengan ketebalan minimal sebesar 6 mm. Film diletakkan di atas meja atau tempat yang rata kemudian alat uji kekerasan Zwick shore A diletakkan di atas sampel. Lalu baja seberat 1 kg diletakkan di atas alat tersebut selama 15 detik kemudian diukur nilai kekerasannya. Besarnya nilai kekerasan ditentukan dari nilai skala yang ditunjuk oleh jarum yang bergerak dalam alat tersebut. Nilai skala uji kekerasan shore A berkisar antara 01100. Pengukuran dilakukan sebanyak tiga kali ulangan. Nilai kekerasan shore A dikonversi ke dalam shore D.
Pengujian Kekuatan Tarik dan
Perpanjangan Putus (ASTM D1822806)
Film dibentuk dumbel dengan ukuran panjang sebesar 63.5 mm, lebar sebesar 10 mm, dan lebar bagian tengah dumbel sebesar 3 mm. Bagian tengah dumbel ditandai dengan dua titik yang berjarak 1 cm. Kemudian film diukur ketebalannya terlebih dahulu dengan mikrometer sekrup sebanyak 3 kali ulangan. Setelah itu, film dijepit diantara kedua pendulum dalam alat Toyoseiki. Tanda dua titik di bagian tengah dumbel dipastikan berada di tengah kedua pendulum tersebut
untuk pengukuran per Kemudian sampel ditar dengan kecepatan 100 m dapat diketahui besarnya g panjang sampel saat dilakukan sebanyak lima ka
Kekuatan tarik perpanjangan putus dihit Persamaan 1 dan 2. Keterangan: = kekuatan tarik (kg = gaya maksimun (k = luas penampang s = 0,3 = rataan ketebalan s
%
∆ % = persentase perpan ∆ = pertambahan panj = (cm) – (cm) = panjang sampel sa = panjang sampelAnalisis Derajat Kristalin
Film HDPE atau U ukuran tertentu ditempel sampel dalam alat XRD de yang kemudian diletakkan dan dirotasikan pada sudut 30° selama waktu tert diperoleh berupa difrakt diamati di layar monitor. kristalinitas dapat difraktogram hasil XRD m ! !" #$ Keterangan: = derajat kristali
&'()*+,(- = luas daerah kr +./'0 = luas daerah am