Dosen Pembimbing : Ir. YUSUF KAELANI, MSc.,E. NIP

STUDI EKSPERIMENTAL LAJU KEAUSAN PADA 2 BUAH HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN VARIASI NORMAL LOAD

PADA GERAKAN RECRIPROCATING SEBAGAI SENDI RAHANG BUATAN (TEMPOROMANDIBULAR JOINT) MANUSIA

Dosen Pembimbing : Ir. YUSUF KAELANI, MSc.,E.

NIP. 196511031996021001

O Pengujian keausan pada bidang kedokteran yang sering dianalisa saat ini berupa pergerakan satu arah (uni direction).

O Susunan tulang manusia banyak pergerakan sliding bolak-balik (temporomandibularjoint).

O Temporomandibularjoint juga dapat mengalami keausan dan harus di ganti (operasi)

LATAR BELAKANG

Alasan menggunakan HDPE :

O Ringan.

O Mudah di dapat.

O Banyak digunakan pada dunia industri, rumah tangga & alat kesehatan

O Harga lebih murah daripada material yang sudah

ada.

1. Berapa laju keausan (wear rate) dari HDPE setelah mengalami kontak secara bolak- balik?

2. Bagaimana mekanisme keausan yang terjadi pada HDPE yang saling kontak secara

recriprocating?

3. Bagaimana pegaruh laju keausan terhadap perubahan beban dari HDPE?

4. Apa pengaruh pemberian pelumasan terhadap laju keausan dari HDPE dan seberapa besar efek dari pemberian pelumasan (bovin serum)?

RUMUSAN MASALAH

1. Mengetahui laju keausan (wear rate) dari HDPE setelah mengalami kontak secara bolak-balik.

2. Mengetahu mekanisme keausan yang terjadi pada HDPE yang saling kontak secara

recriprocating.

3. Mengetahui pegaruh laju keausan terhadap perubahan beban dari HDPE.

4. Mengetahui pengaruh pemberian pelumasan terhadap laju keausan dari HDPE dan

seberapa besar efek dari pemberian

pelumasan (bovin serum).

1. Putaran motor rendah

2. Tidak ada material debris yang ikut menambah keausan

3. Material yang digesekan adalah 2 buah HDPE

4. Panjang lintasan yang ditempuh oleh material adalah sama yaitu 800 meter.

5. Kenaikan temperatur hanya disebabkan karena gesekan pada pin dan wear track.

6. Kecepatan sliding 0,0893 m/s

7. Pelumas yang digunakan adalah bovin serum

BATASAN MASALAH

P.Q. Wu, 1998, Comparison of wear and corrosion wear of TiN coatings under uni- and bidirectional sliding

melakukan penelitian tentang perbandingan keausan yang terjadi pada material TiN dalam kondisi uni dan bidirectional.

Skema penelitian P.Q. Wu

• Keausan pasa kondisi

bidirectional memiliki wear rate yang lebih tinggi

daripada wear rate pada unidirection.

Hasil penelitian P.Q. Wu

PENELITIAN TERDAHULU

Ling Wu, 2007, Reciprocating friction and wear behavior of Ti3AlC2 and Ti3AlC2/Al2O3 composites against AISI52100 bearing steel

menuliskan tentang pengujian Ti3AlC2 dan

Ti3AlC2/Al2O3 composites melawan AISI52100 bearing steel dalam kondisi

recriprocating

Friction & wear condition

Propertis material uji

Penambahan gaya normal yang bekerja akan membuat harga wear rate menjadi semakin meningkat

Hasil penelitian Ling Wu

PENELITIAN TERDAHULU

Hasil penelitian Bin-Bin Jia

Bin-Bin Jia, 2006, Tribological

behaviors of several polymer- polymer sliding combination under dry friction and oil lubrication condition

menuliskan

tentang Laju

keausan polymer

pada pergerakan

1 arah.

Hasil penelitian Soliqin

Soliqin , 2012, Study experimental specific wear rate antara UHMWPE dengan stainlesteel sebagai joint replacement manusia.

melakukan penelitian tentang pengujian keausan antara UHMWPE dengan stainlesteel pada kondisi unidirection, dengan jarak sliding 600 m.

PENELITIAN TERDAHULU

Hasil penelitian Soliqin

Volume keausan yang didapatkan sangat kecil hingga mencapai 5 angka di belakang koma. Karenanya saya menggunakan

material yang lebih

lunak yaitu HDPE dan

memperpanjang jarak

sliding menjadi 800

m.

H v k W .

= . Ψ

H L k W

V .

= .

H K = k

RUMUS SPECIFIC WEAR RATE

Keterangan :

V : volume keausan mm

³

k : koefisien keausan

W : load N

L : panjang lintasan m H : hardness material Pa

Ψ : wear rate m

³

/s

v : sliding speed m/s

K : Specific wear rate mm

³

/N.m

Adesif

Abrasive

MEKANISME KEAUSAN

Fatigue

Korosif

 Perumusan masalah &

study pustaka

 Persiapan alat uji

tribometer tipe pin on flat recriprocating

 Penentuan variabel uji

 Pengambilan data penelitian

 Uji struktur permukaan

 Pengolahan data

penelitian, pembuatan grafik dan analisa hasil penelitian

 Kesimpulan, saran &

rekomendasi

Start pustaka

Persiapan Alat Uji Tribometer Tipe Pin on Flat

Reciprocating

Penentuan variabel uji

Pengambilan Data Penelitian

Uji Struktur permukaan

Pengolahan data penelitian, Pembuatan Grafik dan Analisa

Hasil Penelitian

Kesimpulan, Saran, dan

Rekomendasi Finish

1. Variabel kondisi :  Dry sliding (tanpa pelumasan)

 Wet sliding ( dengan pelumasan) 2. Variabel load :  beban 1 kg

 beban 2 kg

 beban 3 kg

 beban 4 kg

 beban 5 kg

VARIABEL PENGUJIAN

Pin & Plat  HDPE

Densitas = 0,94 g/cc Melting Point = 130-138 °C

Pelumas  Bovin Serum

Sebagai Synovial Fluid

PERHITUNGAN WAKTU PENGUJIAN

Speed

Control Rpm Stroke

(cm) Kecepatan

(cm/s) Sliding Distance

(cm) Waktu

(jam)

10 4,4 10 1,46 80000 15,151

20 14 10 4,67 80000 4,762

30 21,4 10 7,13 80000 3,115

40 26,8 10 8,93 80000 2,487

50 33,6 10 11,2 80000 1,984

60 40 10 13,3 80000 1,667

70 44,8 10 14,93 80000 1,488

80 48,6 10 16,2 80000 1,371

90 52,1 10 17,36 80000 1,279

100 55,4 10 18,47 80000 1,203

kali pengambilan data (i) Penelitian dry sliding

Pemberian beban tetap (M

n

) n = 5 i = 3 Penelitian wet sliding

Pemberian beban tetap (M

n

)

∆

m

, ∆

2

Mencari V

¹

, V

²

dan V

Mencari K

ab

END

Tidak Tidak

n = 5 i = 3

Tidak Tidak

1. Hasil pengambilan data tersebut kemudian di masukan ke dalam tabel berikut :

2. Menghitung volume yang hilang dengan menggunakan masa jenis HDPE

3. Menghitung spesefic wear rate dengan menggunakan persamaan disamping

Beban (Kg) m1 (gr) m2 (gr) ∆m (gr) 1

2 3 4 5 Keterangan :

M1 = masa awal (gr)

M2 = masa akhir (gr)

∆m = perubahan massa (gr)

DIAGRAM ALUR PENELITIAN

DIAGRAM ALUR PENELITIAN

Mikroskop Optis

(untuk Melakukan foto mikro) Timbangan Digital

(untuk mencari perubahan masa

pin spesimen)

Polyethylene (HDPE) secara bolak balik dan tanpa

pelumasan.

Data ke-n

∆m (gr)

Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Slidin Distance

(m)

∆V (mm3)

Speed

(m/s) F (N) K

(mm/Nm)

1 0,0014 119 0,94 800 1,489362 0,1 19,6 9,49848E-05

2 0,0015 119 0,94 800 1,595745 0,1 19,6 0,000101769

3 0,0013 119 0,94 800 1,382979 0,1 19,6 8,82002E-05

Data Perhitungan dry sliding untuk beban 2 kg

Data ke-n

∆m (gr)

Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Slidin Distance

(m)

∆V (mm3)

Speed

(m/s) F (N) K

(mm/Nm)

1 0,0021 119 0,94 800 2,234043 0,1 29,4 9,49848E-05

2 0,0027 119 0,94 800 2,87234 0,1 29,4 0,000122123

3 0,0032 119 0,94 800 3,404255 0,1 29,4 0,000144739

Data ke-n

∆m (gr)

Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Slidin Distance

(m)

∆V

(mm3) Speed (m/s) F (N) K mm/Nm)

1 0,0045 119 0,94 800 4,787234 0,1 39,2 0,000152654

2 0,0045 119 0,94 800 4,787234 0,1 39,2 0,000152654

3 0,0048 119 0,94 800 5,106383 0,1 39,2 0,000162831

Data Perhitungan dry sliding untuk beban 5 kg

Data

ke-n ∆m (gr) Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Slidin Distance

(m)

∆V (mm3)

Speed

(m/s) F (N) K (mm/Nm)

1 0,0088 119 0,94 800 9,361702 0,1 49 0,000238819

2 0,0077 119 0,94 800 8,191489 0,1 49 0,000208967

3 0,0053 119 0,94 800 5,638298 0,1 49 0,000143834

Foto mikro dry sliding beban 2 kg dan 5 kg

Terkelupas Goresan lebih

dalam Terkelupas

Polyethylene (HDPE) secara bolak balik dengan

adanya pelumas Bovin serum.

Data Perhitungan wet sliding untuk beban dan 2 kg

Data

ke-n ∆m (gr) Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Sliding Distance

(m)

∆V (mm3) Speed

(m/s) F (N) K (mm/Nm)

1 0,0013 119 0,94 800 1,382979 0,1 19,6 8,82002E-05

2 0,0014 119 0,94 800 1,489362 0,1 19,6 9,49848E-05

3 0,0011 119 0,94 800 1,170213 0,1 19,6 7,46309E-05

Data

ke-n ∆m (gr) Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Slidin Distance

(m)

∆V (mm3) Speed

(m/s) F (N) K (mm/Nm)

1 0,0021 119 0,94 800 2,234043 0,1 29,4 9,49848E-05

2 0,0026 119 0,94 800 2,765957 0,1 29,4 0,0001176

3 0,0028 119 0,94 800 2,978723 0,1 29,4 0,000126646

Data

ke-n ∆m (gr) Waktu (menit)

Masa jenis (gr/cc)

Slidin Distance

(m)

∆V (mm3) Speed

(m/s) F (N) K (mm/Nm)

1 0,0033 119 0,94 800 3,510638 0,1 39,2 0,000111946

2 0,0032 119 0,94 800 3,404255 0,1 39,2 0,000108554

3 0,0037 119 0,94 800 3,93617 0,1 39,2 0,000125516

Data Perhitungan wet sliding untuk beban 5 kg

Data

ke-n ∆m (gr) Waktu

(menit) Masa jenis

(gr/cc) Slidin

Distance (m) ∆V (mm3) Speed

(m/s) F (N) K (mm/Nm)

1 0,0055 119 0,94 800 5,851064 0,1 49 0,000149262

2 0,0055 119 0,94 800 5,851064 0,1 49 0,000149262

3 0,0045 119 0,94 800 4,787234 0,1 49 0,000122123

FOTO MIKRO WET SLIDING

Sobekan panjang tegak lurus lintasan

Beban 5 kg

Beban 3 kg

Sobekan lebih

dalam

Perbandingan dry sliding dan wet sliding

∆m dry sliding > ∆m wet sliding

K dry sliding > K wet sliding

Perbandingan dry sliding dan wet sliding

Terkelupas

Goresan lebih dalam

Wet sliding terjadi mekanisme keausan abrasive.

Dry sliding terjadi

mekanisme keausan

adhesive.

1) Wear rate dry sliding lebih tinggi dari pada wear rate wet sliding.

2) Range wear rate dry sliding adalah 9,49848E-07 hingga 19,7207E-07, sementara range wear rate wet sliding adalah 8,59386E-07 hingga 14,0216E-07.

3) Untuk metode wet sliding maupun dry sliding, pada beban 2 kg hingga 5 kg laju keausan cenderung mengalami peningkatan.

4) Mekanisme keausan yang terjadi pada dry sliding adalah mekanisme adhesive dan pada wet sliding adalah mekanisme abrasive.

5) Pemberian pelumas mampu memperkecil laju keausan

kurang lebih antara 5% hingga 50%.