Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray

PENGARUH RADIASI GAMMA PADA SIFAT MEKANIK
DAN TERMAL KOMPOSIT UHMWPE-HAp UNTUK TIBIAL
TRAY

YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi Pengaruh Radiasi Gamma pada
Sifat Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray adalah
karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam
bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang
berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari
penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di
bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2014
Yusuf Bramastya Apriliyanto
NIM G44100008

ABSTRAK
YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO. Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat
Mekanik dan Termal Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray. Dibimbing
oleh SRI SUGIARTI dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.
Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) umum digunakan
sebagai bantalan (tibial tray) pada sendi lutut buatan. Keausan pada UHMWPE
menjadi masalah utama dalam penggunaannya sebagai bantalan tibial sehingga
perlu memodifikasi UHMWPE untuk meningkatkan kekuatan mekaniknya.
Tujuan penelitian ini adalah membuat komposit UHMWPE-HAp dengan teknik
pemaduan mekanis dan kempa panas sebagai bahan baku bantalan tibial serta
memodifikasi sifat mekanik dan termal komposit menggunakan sinar gamma.
Komposit dibuat dengan komposisi HAp beragam, yaitu sebesar 5, 10, dan 15%.
Film komposit diradiasi dengan sinar gamma dengan dosis 0, 25, 50, dan 75 kGy.
Pengaruh tambahan HAp dan radiasi gamma pada sifat mekanik dan termal bahan

bantalan tibial diamati dengan berbagai metode (uji kekerasan, uji tarik, difraksi
sinar-X, spektroskopi inframerah transformasi Fourier, mikroskopi elektron
payaran, analisis dispersif energi sinar-X, dan kalorimetri payaran diferensial).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa tambahan HAp mampu meningkatkan
kekerasan UHMWPE sebesar 8-15% dan tegangan maksimum meningkat hingga
38%. Pemberian radiasi gamma meningkatkan kristalinitas sebesar 113-172%,
titik leleh 0,6-0,7%, serta menurunkan perpanjangan putus komposit 23-48%.
Kata kunci: komposit UHMWPE-HAp, radiasi gamma, sifat mekanik, sifat
termal, tibial tray
ABSTRACT
YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO. The Effect of Gamma Radiation on
Mechanical and Thermal Properties of UHMWPE-HAp Composites for Tibial
Tray. Supervised by SRI SUGIARTI and SULISTIOSO GIAT SUKARYO.
Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) is commonly used as
a bearing material (tibial tray) on artificial knee joint. Wearing of UHMWPE is a
major problem in using it as tibial tray, thus we need to modify UHMWPE to
enhance the mechanical strength. The objectives of this research are preparing
composites of UHMWPE-HAp by mechanical alloying and hot press method as
the raw materials for tibial tray and modifying mechanical and thermal properties
of composites using gamma rays. The composites were prepared using various

HAp loading ratios at 5, 10, and 15%. The composite films were irradiated using
gamma rays at doses of 0, 25, 50, and 75 kGy. The effect of HAp loaded and
gamma radiation on mechanical and thermal properties of materials were studied
by various methods (hardness test, tensile test, X-ray diffraction, Fourier
transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive
X-ray analysis, and differential scanning calorimetry). The results showed that the
addition of HAp could enhance the hardness of UHMWPE by 8-15% and
enhanced the maximum stress up to 38%. Gamma irradiation could enhance the
crystallinity by 113-172%, melting point by 0,6-0,7%, and decrease break
elongation of composites by 23-48%.
Key words: gamma radiation, mechanical properties, thermal properties, tibial
tray, UHMWPE-HAp composites

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2014
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian,
penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu
masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini

dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

PENGARUH RADIASI GAMMA PADA SIFAT MEKANIK
DAN TERMAL KOMPOSIT UHMWPE-HAp UNTUK TIBIAL
TRAY

YUSUF BRAMASTYA APRILIYANTO

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Judul
Nama
NIM

: Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal Komposit
UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray
: Yusuf Bramastya Apriliyanto
: G44100008

Disetujui oleh

Sri Sugiarti, PhD
Pembimbing I

Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT
Pembimbing II

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun laporan hasil penelitian
yang berjudul “Pengaruh Radiasi Gamma pada Sifat Mekanik dan Termal
Komposit UHMWPE-HAp untuk Tibial Tray”. Laporan ini disusun berdasarkan
penelitian yang dilakukan penulis di Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju
(PSTBM) BATAN dalam jangka waktu September 2013 sampai Februari 2014.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Sri Sugiarti, PhD selaku
pembimbing pertama, Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing
kedua, Prof Ir Suminar Setiati Achmadi, PhD, Drs Erijal, Ibu Dian, Bapak
Bambang Sugeng, serta segenap staf PSTBM BATAN yang telah membantu dan
membimbing selama penelitian ini berlangsung. Terima kasih kepada rekan kerja
M Iqbal, M Hamdani, Habibie, Kak Galih atas bantuan yang diberikan sehingga
penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik. Ucapan terima kasih juga penulis
sampaikan kepada ayah, ibu, segenap keluarga, Fatia Izzaty CEP, serta temanteman kimia 47 yang telah memberikan doa dan dukungan.
Semoga laporan ini bermanfaat bagi pembaca.

Bogor, April 2014
Yusuf Bramastya Apriliyanto

DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan
Waktu dan Lokasi
Hipotesis
METODE
Alat dan Bahan
Prosedur
HASIL DAN PEMBAHASAN
Ciri Komposit UHMWPE-HAp
Pengaruh Dosis Radiasi pada Kekerasan Komposit
Pengaruh Dosis Radiasi pada Kuat Tarik Komposit

Pengaruh Dosis Radiasi pada Sifat Termal Komposit
SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

vi
vi
vi
1
1
2
2
2
3
3
3
5
5
8

9
13
14
14
17
40

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Prostetik sendi lutut total

Keausan pada bantalan tibial
Difraktogram komposit pada penentuan UHMWPE
Pengaruh dosis radiasi pada kekerasan komposit
Pengaruh dosis radiasi pada kristalinitas dan indeks vinilena (IV) komposit
Pengaruh dosis radiasi pada tegangan maksimum
Pengaruh dosis radiasi pada perpanjangan putus
Pengaruh dosis radiasi pada tingkat oksidasi (IO) komposit
Mikrograf SEM film komposit
Pengaruh dosis radiasi pada sifat termal komposit

1
1
6
8
9
10
10
11
12
13

DAFTAR TABEL
1
2
3
4

Parameter kisi UHMWPE ortorombik
Parameter kisi HAp
Identifikasi PVOH pada komposit
Hasil EDX film komposit

6
7
7
13

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Bagan alir penelitian
Tabel konversi shore D
Difraktogram sampel
Data JCPDS
Perhitungan parameter kisi UHMWPE
Perhitungan parameter kisi HAp
Tabel hasil uji keras
Spektrum serapan FTIR
Tabel hasil uji tarik
Termogram DSC

17
18
19
20
21
26
32
33
35
38

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Persendian merupakan bagian tubuh yang umum mengalami kerusakan.
Kerusakan pada sendi dapat disebabkan oleh peradangan (osteoartritis) serta
kerusakan akibat benturan mekanik pada kasus kecelakaan. Salah satu upaya yang
dapat dilakukan guna mengembalikan fungsi normal dari sendi tersebut adalah
dengan operasi penggantian sendi (arthroplasty) (Retno 2011). Persendian yang
sering diganti pada umumnya adalah sendi lutut dan pinggul (>90%), selebihnya
adalah persendian lain seperti bahu, siku, dan pergelangan kaki (Šlouf et al.
2007). Secara statistik, kebutuhan endoprostetik sendi lutut lebih banyak
dibandingkan dengan kebutuhan endoprostetik persendian lainnya. Prostetik sendi
lutut terdiri atas komponen femoral (knee cap), bantalan tibial (tibial tray), dan
komponen pendukung bantalan tibial (Gambar 1; Sukaryo et al. 2012b).
Biomaterial yang digunakan sebagai bantalan tibial harus memiliki kekuatan
mekanik yang baik. Hal ini sesuai dengan fungsi bantalan tibial sebagai bantalan
yang menghubungkan antara tulang paha (femur) dan tulang betis (tibia).

Komponen femoral
Bantalan tibial (tibial tray)
Komponen pendukung
bantalan tibial

Gambar 1 Prostetik sendi lutut total
Selain memiliki kekuatan mekanik yang baik, implan yang digunakan untuk
menggantikan fungsi jaringan tubuh harus memiliki masa pakai yang lama
sehingga harus terbuat dari material yang sukar terdegradasi (Aydin 2010).
Polietilena berbobot molekul ultratinggi (UHMWPE) merupakan polimer yang
memiliki sifat tahan aus, sobek, abrasi, benturan, bahan kimia, serta memiliki
biokompatibilitas yang baik (Sui et al. 2009). UHMWPE telah lama digunakan
sebagai bahan bantalan pada sendi lutut buatan karena memiliki sifat fisik dan
mekanik yang baik (Arifin 2012). Namun, pada penggunaannya pengaruh tekanan
dan gesekan yang terus-menerus menyebabkan terjadinya keausan pada material
bantalan tibial seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Partikel UHMWPE yang
terlepas akibat terjadinya keausan dapat menyebabkan inflamasi pada jaringan
sekitar (Šlouf et al. 2007). Keausan juga dapat memperpendek masa pakai sendi
lutut buatan sehingga dibutuhkan upaya untuk mengurangi terjadinya keausan.

Gambar 2 Keausan pada bantalan tibial

2

Beberapa penelitian telah memodifikasi metode untuk meningkatkan
ketahanan mekanik UHMWPE, di antaranya metode iradiasi sinar gamma
(penginduksi taut silang) dengan melakukan rekristalisasi pada tekanan tinggi
(Pruitt et al. 2005), metode iradiasi dengan elektron yang dipercepat (Šlouf et al.
2007), metode penambahan antioksidan alami (Peltzer et al. 2007), metode kempa
panas tanpa iradiasi sinar gamma (Wang dan Ge 2007), metode kempa panas
dengan iradiasi sinar gamma (Arifin 2012), pembuatan nanokomposit UHMWPEHAp (Crowley et al. 2008), dan pembuatan komposit UHMWPE-alumina dengan
teknik pemaduan mekanis (Elmkharram 2013). Sifat mekanik dari suatu polimer
dapat pula dimodifikasi dengan membuat polipaduan ataupun membuat komposit
(Indrani 2012). Radiasi gamma telah lama dimanfaatkan sebagai inisiator taut
silang guna memodifikasi kekuatan mekanik dari suatu polimer atau polipaduan.
Prinsip modifikasi melalui pembuatan komposit adalah penambahan pengisi
pada matriks untuk menghasilkan komposit dengan sifat fisik dan mekanik yang
lebih baik (Roese et al. 2009). Lapisan antarmuka memberikan pengaruh pada
kehomogenan suatu paduan ataupun komposit; hal ini dipengaruhi oleh perbedaan
kepolaran dari kedua zat tersebut (Kumar et al. 2013). Kasus paduan yang tidak
dapat dicampur karena perbedaan sifat (polaritas) dari bahan penyusunnya dapat
diatasi dengan menambahkan sedikit zat pengompatibel (Kemala et al. 2010).
Hidroksiapatit termasuk material keramik bioaktif yang memiliki bioafinitas
tinggi, bersifat biokompatibel karena memiliki kesamaan komposisi dengan
tulang. Berdasarkan sifat tersebut hidroksiapatit dapat dimanfaatkan untuk
meningkatkan biokompatibilitas suatu implan (Sukaryo et al. 2012b). Mengingat
pentingnya modifikasi UHMWPE untuk bahan bantalan tibial, maka dibuat
komposit UHMWPE-HAp dengan tambahan zat pengompatibel polivinil-alkohol
(PVOH) serta dilanjutkan dengan pemberian radiasi gamma agar diperoleh bahan
dengan sifat yang lebih baik.
Tujuan
Penelitian bertujuan membuat komposit UHMWPE-HAp dengan teknik
pemaduan mekanis dan kempa panas sebagai bahan baku bantalan tibial serta
memodifikasi sifat mekanik dan termal komposit menggunakan sinar gamma.
Waktu dan Lokasi
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Sintesis dan Preparasi Mekanik,
Laboratorium Baterai Terpadu, Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM)
BATAN Gedung 71 kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, serta
laboratorium Gedung 41 Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR)
BATAN, Pasar Jumat, Jakarta Selatan. Penelitian ini telah dilaksanakan mulai
September 2013 sampai Februari 2014.
Hipotesis
Tambahan hidroksiapatit dan pemberian radiasi gamma pada UHMWPE
akan meningkatkan kekuatan mekanik UHMWPE. PVOH diharapkan mampu
menjembatani perpaduan antara UHMWPE dengan HAp. Semakin tinggi dosis

3

radiasi yang diberikan semakin besar jumlah taut silang antar rantai polimer yang
terbentuk dalam komposit.

METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah neraca analitik merk Electronic BOSCH SAE
200, vial tahan karat, high energy milling (HEM) tipe PW 700i, alat kempa
hidrolik merk Carver, foil alumunium, tanur listrik Indoterm, grind polish,
difraktometer sinar-X (XRD) merk Shimadzu XD 610, alat kempa panas merk
Hydroulics tipe Pj16h, alat kempa dingin, cetakan, pemotong dumbell, iradiator
karet alam, jangka sorong digital, alat uji tarik merk Toyoseiki, alat uji keras
Zwick ISO/R 868 Shore A, SEM-EDX Jeol JED-2300, spektrofotometer
inframerah transformasi Fourier (FTIR) merk Shimadzu IRPrestige-21, dan DSC
merk Perkin Elmer. Bahan yang digunakan adalah UHMWPE (BM 3 × 106
sampai 6 × 106 gram mol-1) dari Sigma Aldrich, hidroksiapatit (ukuran partikel
10-20 nm) dari PATIR BATAN, dan polivinil-alkohol dari Sigma Aldrich.
Prosedur
Prosedur penelitian terdiri atas 7 tahap yaitu pembuatan komposit
UHMWPE-HAp dengan teknik pemaduan mekanis, pencirian dengan XRD,
pembuatan film komposit, iradiasi komposit dengan sinar gamma, pengujian
kekuatan mekanik, analisis gugus fungsi dengan FTIR, dan analisis sifat termal.
Secara umum bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1.
Pembuatan Komposit UHMWPE-HAp dengan Teknik Pemaduan Mekanis
(Elmkharram 2013 dengan Modifikasi)
Komposit UHMWPE-HAp yang dibuat memiliki komposisi hidroksiapatit
(HAp) beragam, yaitu sebesar 5, 10, dan 15% dengan bobot total 12 g. Dibuat
pula komposit UHMWPE-HAp dengan komposisi HAp 5, 10, dan 15% tetapi
dengan menambahkan polivinil-alkohol (PVOH) sebanyak 5% dari bobot total
komposit sebesar 12 g. Serbuk UHMWPE, HAp, dan PVOH masing-masing
ditimbang untuk membuat komposit dengan komposisi seperti di atas. Serbuk
campuran dengan bobot 12 g tersebut dimasukkan ke dalam ball mill. Nisbah
antara bobot campuran dengan bobot bola sebesar 1:8. Serbuk campuran
selanjutnya digiling menggunakan high energy milling (HEM) PW 700i dengan
kecepatan sebesar 1000 rpm selama 90 menit. Setiap komposit yang telah
dihasilkan dari proses penggilingan dimasukkan ke dalam wadah plastik.
Pencirian dengan XRD
Serbuk komposit hasil pemaduan mekanis dibuat pelet dengan diameter 2
cm menggunakan alat kempa hidrolik merk Carver; pelet komposit dicetak
dengan tekanan 6000 psi. Pelet dibungkus menggunakan foil alumunium

4

kemudian dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 190 °C selama 1 jam. Setelah
didinginkan pelet dibersihkan dari lapisan foil alumunium menggunakan alat
grind polish. Pelet yang sudah bersih kemudian dicirikan menggunakan XRD
merk Shimadzu XD 610 dengan sudut βθ antara 5 dan 55°.
Pembuatan Film Komposit (Arifin 2012 dengan Modifikasi)
Serbuk komposit hasil pemaduan mekanis dengan bobot 12 g dituangkan
dalam cetakan berbentuk persegi dengan ukuran 15 cm × 15 cm dengan ketebalan
0,5 mm. Serbuk diratakan sehingga memenuhi ruang di dalam cetakan. Cetakan
dimasukkan ke dalam alat kempa panas yang telah dipanaskan dengan suhu 190
°C kemudian ditekan dengan tekanan 140 kg cm-2 selama 5 menit. Setelah itu
sampel dikeluarkan dari alat kempa panas dan dipindahkan ke dalam alat kempa
dingin selama 5 menit. Film yang dihasilkan (komposit non-PVOH 15% HAp dan
komposit dengan tambahan PVOH 15% HAp) dianalisis morfologi permukaan
dan homogenitasnya menggunakan SEM-EDX Jeol JED-2300.
Film yang dihasilkan kemudian dicetak menjadi bentuk yang sesuai dengan
uji yang akan dilakukan. Film untuk uji tarik dicetak menjadi bentuk dog bone
sesuai dengan ASTM D 1822 L sebanyak 5 buah untuk setiap komposit
menggunakan alat pencetak dumbell. Cetakan dumbell memiliki panjang 63,5
mm, lebar 10 mm, dan lebar bagian tengah sebesar 3 mm. Film lainnya digunting
dengan bentuk sembarang tetapi seragam dengan jumlah 4 buah untuk setiap
komposit guna dilakukan uji keras.
Iradiasi Komposit dengan Sinar Gamma
Sampel yang telah dicetak ditempatkan ke dalam wadah yang berbeda untuk
setiap komposit. Sampel selanjutnya dimasukkan ke dalam ampul dan diiradiasi
dalam kondisi tidak vakum dengan sinar gamma yang bersumber dari radioisotop
Co60. Iradiasi dilakukan menggunakan alat iradiator karet alam (IRKA) dengan
dosis 0, 25, 50, dan 75 kGy dengan laju dosis 8 kGy jam-1.
Pengujian Kekuatan Mekanik
Uji Tarik
Film komposit yang telah dicetak sesuai standar ASTM D 1822 L diukur
ketebalannya kemudian sampel dijepit di antara kedua pendulum alat uji tarik
Toyoseiki. Sampel ditarik dengan kecepatan konstan 100 mm menit -1 sehingga
diketahui tegangan maksimum dan perpanjangan putusnya. Pengujian diulang
sebanyak 3 kali.
Uji Keras
Sampel diukur ketebalannya dengan ketebalan tidak kurang dari 6 mm,
kemudian diletakkan di atas tempat yang rata. Alat uji kekerasan Zwick ISO/R
868 Shore A diletakkan di atas sampel pada suatu titik kemudian beban dengan
bobot 1 kg ditempatkan di atas alat tersebut. Posisi alat dan beban harus tegak
lurus dengan sampel; setelah 15 detik, dibaca nilai kekerasan yang ditunjukkan
oleh jarum pada alat. Nilai kekerasan berkisar antara 0 dan 100 Shore A.
Pengukuran dilakukan pada 3 titik yang berbeda pada sampel. Nilai pada satuan
Shore A tersebut kemudian dikonversi dalam satuan Shore D (Lampiran 2).

5

Analisis Gugus Fungsi Menggunakan FTIR (Šlouf et al. 2009)
Film komposit non-PVOH (kadar HAp 5%) dengan dosis radiasi 0, 25, 50,
dan 75 kGy dicirikan menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi
Fourier (FTIR) Shimadzu IRPrestige-21 untuk menghitung estimasi indeks
oksidasi (IO) serta menentukan indeks vinilena (IV). Nilai IO dan IV dihitung
menggunakan persamaan berikut.

A(1720) = Area serapan puncak pada daerah 1720 cm-1
A(2022) = Area serapan puncak pada daerah 2022 cm-1
A(965) = Area serapan puncak pada daerah 965 cm-1.
Serapan pada 1720 cm-1 menunjukkan serapan gugus C=O (keton, aldehid, dan
karboksilat), serapan pada 965 cm-1 merupakan serapan gugus C=C (mayoritas
trans-vinilena), dan serapan pada 2022 cm-1 adalah serapan vibrasi polietilena
baik dalam bentuk amorf maupun kristalin.
Keterangan:

Analisis Sifat Termal (Lednický et al. 2007 dengan Modifikasi)
Pengaruh radiasi gamma pada titik leleh dan kristalinitas komposit diamati
menggunakan alat differential scanning calorimeter (DSC). Film komposit nonPVOH dengan kadar HAp 5% dan dosis radiasi 0, 25, serta 75 kGy diletakkan di
atas wadah yang terbuat dari kuarsa yang terletak di dalam tungku pemanas pada
alat DSC merk Perkin Elmer. Pengukuran dilakukan pada kisaran suhu 25 °C
hingga 200 °C dengan kecepatan 20 °C menit -1 dalam embusan gas nitrogen (20
cc menit -1). Data yang dihasilkan dalam bentuk termogram. Titik leleh diperoleh
dari puncak grafik endoterm, sedangkan kristalinitas ditentukan dengan
membandingkan entalpi peleburan komposit dengan entalpi peleburan polietilena
100% kristalin (292,5 J g-1).

HASIL DAN PEMBAHASAN
Ciri Komposit UHMWPE-HAp
Komposit merupakan paduan 2 atau lebih zat yang bergabung secara fisik
dan tidak mengalami reaksi kimia di antara zat tersebut (Elmkharram 2013).
Proses pencirian dengan XRD menghasilkan difraktogram yang dapat digunakan
untuk mengevaluasi apakah telah terbentuk suatu komposit (Lampiran 3). Setiap
zat memiliki pola difraksi sinar-X yang khas, sehingga sifat ini dapat
dimanfaatkan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif suatu zat (Mulyaningsih
2007). Analisis kualitatif suatu komposit dilakukan dengan melihat pola difraksi
komposit tersebut kemudian membandingkannya dengan pola difraksi senyawa
penyusunnya. Jika pola difraksi bahan awal hilang atau berubah dan terbentuk
pola difraksi yang lain, ada indikasi telah terjadi reaksi kimia yang menghasilkan
bahan baru yang berbeda dari bahan awalnya. Komposit UHMWPE-HAp

6

Intensitas

dicirikan dengan XRD, begitu pula senyawa penyusunnya. Difraktogram
komposit pada penentuan UHMWPE dapat dilihat pada Gambar 3.

0
10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20,000 22,000 24,000 26,000 28,000 30,000
2θ
UHMWPE + 15% HAp + 5% PVOH
UHMWPE + 5% HAp + 5% PVOH
UHMWPE + 15% HAp
UHMWPE + 5% HAp
UHMWPE

Gambar 3 Difraktogram komposit pada penentuan UHMWPE
Berdasarkan difraktogram yang dihasilkan, parameter kisi UHMWPE
dihitung dengan bantuan data difraksi dari pangkalan data Joint Committe for
Powder Diffraction Standard (JCPDS) (Pratiwi 2011). Data JCDPS untuk setiap
bahan ditunjukkan pada Lampiran 4, sedangkan perhitungan parameter kisi
ditampilkan pada Lampiran 5 dan 6. Keberadaan UHMWPE di dalam komposit
diidentifikasi dengan menganalisis pola difraksi dan membandingkan parameter
kisi pada sampel UHMWPE dengan sampel komposit (Tabel 1). Munculnya
puncak pada sudut βθ yang hampir sama serta pola difraksi yang hampir sama
pada komposit maupun UHMWPE dapat dilihat pada Gambar 3. Berdasarkan
Tabel 1, parameter kisi UHMWPE pada komposit juga memiliki nilai yang
mendekati parameter kisi UHMWPE. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat
senyawa UHMWPE di dalam komposit yang telah dibuat. Terjadi sedikit
pergeseran sudut βθ pada puncak difraksi komposit ke nilai yang lebih besar. Hal
ini disebabkan oleh penggilingan saat pembuatan komposit. Bahan yang digiling
dapat mengalami penurunan ukuran, hal ini dibuktikan dari penurunan volume
kisi UHMWPE.
Tabel 1 Parameter kisi UHMWPE ortorombik
a (Å)

b (Å)

c (Å)

V (Å3)

UHMWPE

7,4179

4,9336

2,5425

93,0477

UHMWPE + 5% HAp
UHMWPE + 15% HAp

7,3866
7,4020

4,9115
4,8976

2,5416
2,5372

92,2091
91,9795

UHMWPE + 5% HAp + 5% PVOH

7,1782

4,8891

2,5257

88,6382

UHMWPE + 15% HAp + 5% PVOH

7,1638

4,9455

2,5438

90,1223

Sampel

7

Hidroksiapatit pada komposit juga diidentifikasi dengan cara yang sama
seperti sebelumnya. Namun, difraktogram sampel yang digunakan adalah sampel
dengan kadar HAp tertinggi. Intensitas pada difraktogram dipotong untuk
meminimumkan pengaruh dari puncak matriks UHMWPE, sehingga puncak
difraksi HAp dapat dibaca dengan baik. Berdasarkan difraktogram sampel pada
penentuan HAp (Lampiran 3), parameter kisi HAp dihitung dengan bantuan data
JCPDS. Parameter kisi HAp hasil perhitungan ditampilkan pada Tabel 2.
Difraktogram sampel pada penentuan HAp menginformasikan bahwa terdapat
puncak difraksi komposit yang memiliki sudut βθ mirip dengan puncak difraksi
pada hidroksiapatit meskipun terdapat beberapa puncak difraksi hidroksiapatit
yang tidak muncul pada difraktogram komposit. Tidak munculnya beberapa
puncak tersebut dapat disebabkan oleh kadar HAp di dalam komposit cukup
sedikit sehingga puncak tersebut berintensitas rendah. Parameter kisi HAp pada
komposit juga memiliki nilai yang mendekati nilai parameter kisi HAp awal
(Tabel 2). Berdasarkan hal tersebut dapat disimpulkan bahwa terdapat senyawa
HAp di dalam komposit.
Tabel 2 Parameter kisi HAp
Sampel
HAp
UHMWPE + 15% HAp
UHMWPE + 15% HAp + 5% PVOH

a (Å)

c (Å)

V (Å3)

9,3539
9,3507
9,3489

6,8797
6,8805
6,8759

521,2994
520,9964
520,4495

Komposit dengan tambahan polivinil-alkohol (PVOH) ditentukan
keberadaan PVOH di dalam komposit tersebut. Difraktogram komposit pada
penentuan PVOH dapat dilihat pada Lampiran 3. Identifikasi dilakukan secara
kualitatif melalui 3 puncak tertinggi pada daerah difraksi PVOH berdasarkan data
pada Tabel 3. Penentuan parameter kisi PVOH dalam penelitian ini tidak
dilakukan karena kadar PVOH di dalam komposit terlalu kecil. Hasil identifikasi
menunjukkan terdapat PVOH di dalam komposit yang masih dalam bentuk
awalnya. Berdasarkan identifikasi matriks, bahan pengisi (HAp), dan PVOH dapat
disimpulkan bahwa telah terbentuk komposit UHMWPE-HAp dari ketiga bahan
tersebut yang berpadu secara fisik.
Sampel
PVOH

Tabel 3 Identifikasi PVOH pada komposit
Puncak tertinggi
9,65
19,25
40,15

Intensitas
274
1202
374

UHMWPE + 5% HAp + 5% PVOH

9,85
20,45
40,20

39
260
135

UHMWPE + 15% HAp + 5% PVOH

9,60
19,10
40,30

50
310
211

8

Pengaruh Dosis Radiasi pada Kekerasan Komposit
Berdasarkan hasil pengujian kekerasan komposit (Lampiran 7), dapat
diketahui bahwa kekerasan komposit berbanding lurus dengan dosis radiasi
(Gambar 4). Nilai kekerasan UHMWPE murni berdasarkan pengujian terletak
pada kisaran 42 sampai 43 Shore D. Kekerasan komposit non-PVOH terletak pada
kisaran 46 sampai 50 Shore D, sedangkan untuk komposit dengan tambahan
PVOH memiliki nilai kekerasan terletak pada kisaran 42 sampai 48 Shore D. Nilai
kekerasan komposit lebih besar daripada nilai kekerasan UHMWPE murni. Nilai
kekerasan komposit juga lebih besar daripada kekerasan UHMWPE hasil iradiasi
gamma dengan dosis 0 sampai 150 kGy hasil laporan Arifin (2012) dengan nilai
kekerasan pada kisaran 38 sampai 46 Shore D.
(a)

(b)

48,00
Kekerasan (Shore D)

Kekerasan (Shore D)

50,00
48,00
46,00
44,00
42,00
40,00

47,00
46,00
45,00
44,00
43,00
42,00
41,00

0

25

50

75

0

Dosis radiasi (kGy)

Keterangan:

;

25

50

Dosis radiasi (KGy)

;

;

Gambar 4 Pengaruh dosis radiasi pada kekerasan: (a) Komposit non-PVOH; (b)
Komposit dengan tambahan PVOH
Nilai kekerasan juga meningkat seiring dengan bertambahnya kadar
hidroksiapatit dalam komposit (Gambar 4). Hidroksiapatit merupakan material
keramik bioaktif yang struktur dan kekuatannya mirip dengan tulang. Tambahan
hidroksiapatit pada matriks UHMWPE mampu meningkatkan nilai kekerasan dan
biokompatibilitas dari UHMWPE. Semakin tinggi kadar hidroksiapatit di dalam
komposit, semakin tinggi pula nilai kekerasan komposit. Akan tetapi pada
komposit dengan tambahan PVOH nilai kekerasannya lebih rendah daripada
komposit tanpa tambahan PVOH. Hal tersebut menunjukkan bahwa tambahan
PVOH menurunkan kekerasan pada komposit. Penurunan ini disebabkan oleh
sifat PVOH yang jauh lebih kenyal dibandingkan dengan UHMWPE (Nasar et al.
2009). Kekerasan komposit juga dipengaruhi oleh derajat kristalinitas dari
komposit tersebut. Kristalinitas bahan yang tinggi akan membuat bahan menjadi
tahan terhadap pelarut, membuat bahan menjadi kaku, dan lebih kuat (Sukaryo et
al. 2012a).
Kristalinitas komposit meningkat seiring dengan meningkatnya dosis radiasi
(Gambar 5a). Radiasi menyebabkan pemotongan rantai dan taut silang, taut silang
sebagian besar terjadi di daerah amorf sedangkan pemotongan rantai banyak
terjadi di bagian lipatan rantai polimer. Rantai yang terputus pada daerah lipatan
dapat berperan dalam kristalisasi tambahan (penebalan dan penyempurnaan kristal

75

9

(a)

55,00
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00

Indeks

Kristalinitas (%)

lamela). Struktur UHMWPE dengan lamela tebal akan memiliki kristalinitas yang
lebih tinggi (Šlouf et al. 2009). Keberadaan taut silang pada komposit dibuktikan
dengan munculnya serapan gugus vinilena pada spektrum FTIR komposit
(Lampiran 8). Jumlah taut silang pada komposit dinyatakan dalam indeks vinilena
(IV) yang diperoleh berdasarkan perhitungan pada spektrum FTIR komposit.
Pengaruh radiasi gamma pada IV ditampilkan pada Gambar 5b. Berdasarkan
Gambar 5b, nilai IV cenderung meningkat seiring bertambahnya dosis radiasi.
Semakin tinggi dosis radiasi yang diberikan semakin banyak taut silang serta
pemotongan rantai polimer yang terjadi dan hal ini berujung pada peningkatan
nilai kekerasan komposit.

0

25

50

Dosis radiasi (kGy)

75

(b)

0,500
0,450
0,400
0,350
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
0,000
0

25

50

75

Dosis radiasi (kGy)

Gambar 5 Pengaruh dosis radiasi pada: (a) Kristalinitas; (b) Tingkat taut silang
(IV) komposit non-PVOH (5% HAp)

Pengaruh Dosis Radiasi pada Kuat Tarik Komposit
Hasil pengujian tarik komposit tanpa tambahan PVOH (Lampiran 9)
menunjukkan bahwa nilai tegangan maksimum komposit cenderung menurun
seiring dengan peningkatan dosis radiasi. Titik optimum beragam berdasarkan
persentase HAp. Titik tertinggi dihasilkan oleh komposit dengan 5% HAp pada
dosis radiasi 25 kGy ialah 37 MPa. Hasil pengujian komposit dengan tambahan
PVOH menunjukkan nilai tegangan maksimum cenderung fluktuatif dan tidak
membentuk pola yang khas. Titik maksimum untuk komposit dengan kadar HAp
5% dan 15% terletak pada dosis radiasi 25 kGy dengan nilai berturut-turut sebesar
21 dan 20 MPa, sedangkan pada titik ini komposit dengan kadar HAp 10%
mengalami titik minimum.
Secara umum, nilai tegangan maksimum menurun seiring dengan
peningkatan persentase HAp dalam komposit (Gambar 6) yang disebabkan oleh
penurunan persentase UHMWPE yang memberikan sifat lentur dan ulet dalam
komposit. Akan tetapi komposit tanpa tambahan PVOH memiliki tegangan
maksimum yang lebih besar dibandingkan dengan UHMWPE murni walaupun
komposit memiliki kandungan HAp. Hal ini menunjukkan bahwa pembuatan
komposit dan modifikasi dengan sinar gamma mampu meningkatkan tegangan
maksimum dibandingkan dengan UHMWPE murni, walaupun hal tersebut tidak
berlaku pada komposit dengan tambahan PVOH.

(a)

40,00
38,00
36,00
34,00
32,00
30,00
28,00
26,00
24,00
22,00
20,00

(b)

30,00
Tegangan maksimum (MPa)

Tegangan maksimum (MPa)

10

28,00
26,00
24,00
22,00
20,00
18,00
16,00

0

25

50

75

0

25

Dosis radiasi (KGy)

Keterangan:

;

50

75

Dosis radiasi (KGy)

;

;

Gambar 6 Pengaruh dosis radiasi pada tegangan maksimum: (a) Komposit nonPVOH; (b) Komposit dengan tambahan PVOH
Nilai perpanjangan putus komposit, baik dengan tambahan PVOH maupun
tanpa tambahan PVOH, secara umum menurun seiring dengan meningkatnya
dosis radiasi (Gambar 7). Titik dengan perpanjangan putus tertinggi (264%) pada
komposit non-PVOH diperoleh dengan penambahan 5% HAp pada dosis radiasi
25 kGy. Sama seperti nilai tegangan maksimum untuk komposit dengan tambahan
PVOH, nilai perpanjangan putus juga fluktuatif dan nilainya lebih kecil
dibandingkan dengan yang dimiliki UHMWPE murni. Perpanjangan putus
komposit tanpa tambahan PVOH (5% dan 10% HAp) lebih besar dibandingkan
dengan perpanjangan putus UHMWPE murni. Namun, perpanjangan putus
UHMWPE murni masih lebih besar daripada komposit tanpa tambahan PVOH
dengan persentase HAp sebesar 15%. Hal ini disebabkan oleh kandungan HAp
yang cukup besar akan meningkatkan pengaruh sifat HAp (kaku dan mudah
patah) dalam komposit (Alothman et al. 2013). Berdasarkan Gambar 6 dan 7, nilai
tegangan maksimum dan perpanjangan putus komposit tanpa tambahan PVOH
berturut-turut terletak pada kisaran 24 sampai 37 MPa dan 106% sampai 264%.
(a)
Perpanjangan putus (%)

Perpanjangan putus (%)

275,00
250,00

225,00
200,00
175,00
150,00
125,00
100,00
0

Keterangan:

25

50

Dosis radiasi (KGy)

;

75

;

(b)

180,00
160,00
140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0

;

25

50

Dosis radiasi (KGy)

Gambar 7 Pengaruh dosis radiasi pada perpanjangan putus: (a) Komposit tanpa
tambahan PVOH; (b) Komposit dengan tambahan PVOH

75

11

Indeks

Kenaikan dosis radiasi menurunkan perpanjangan putus komposit yang
disebabkan oleh meningkatnya jumlah taut silang. Jumlah taut silang yang
meningkat mengakibatkan rantai polimer tidak mudah bergerak satu dengan yang
lain ketika ditarik sehingga menghasilkan perpanjangan putus yang rendah
(Alothman et al. 2013). Nilai IV pada dosis 25 kGy jauh lebih rendah
dibandingkan nilai IV pada dosis lainnya (Gambar 5b), hal inilah yang
menyebabkan perpanjangan putus komposit 5% HAp pada 25 kGy paling tinggi
daripada perpanjangan putus pada dosis lainnya (Gambar 7). Kenaikan dosis
radiasi juga menurunkan tegangan maksimum komposit akibat degradasi
komposit pada tingkat dosis tertentu. Radikal makroalkil yang dihasilkan akibat
paparan sinar gamma dapat berinteraksi dengan oksigen, hal ini mengakibatkan
degradasi polimer (Arifin 2012). Tingkat oksidasi komposit dinyatakan dalam
indeks oksidasi (IO) (Gambar 8).
0,900
0,800
0,700
0,600
0,500
0,400
0,300
0,200
0,100
0,000
0

25
50
Dosis radiasi (kGy)

75

Gambar 8 Pengaruh dosis radiasi pada tingkat oksidasi (IO) komposit non-PVOH
dengan kadar HAp 5%
IO pada dosis 75 kGy tidak teramati ketika dianalisis menggunakan FTIR.
Hal ini disebabkan oleh kristalinitas komposit yang meningkat hingga 172%
(Gambar 5a) sehingga mengganggu proses analisis. Namun, tingginya oksidasi
pada dosis tersebut dapat diamati dari warna komposit yang jauh lebih kuning
dibandingkan dengan warna komposit lainnya. Semakin tinggi tingkat oksidasi,
warna dari material tersebut akan semakin menguning (Arifin 2012). Berdasarkan
Gambar 8, nilai IO meningkat seiring bertambahnya dosis radiasi. Hal ini
menunjukkan bahwa telah terjadi degradasi pada komposit. Degradasi inilah yang
menyebabkan turunnya tegangan maksimum komposit ketika dosis radiasi
meningkat.
Komposit dengan tambahan PVOH memiliki tegangan maksimum dan
perpanjangan putus yang lebih rendah dibandingkan dengan UHMWPE murni
dan komposit tanpa tambahan PVOH. Nilai tegangan maksimum dan
perpanjangan putusnya juga cenderung fluktuatif. Hal ini menunjukkan tambahan
PVOH belum mampu menjembatani antarmuka matriks dengan pengisi, yang
sebelumnya diharapkan dapat meningkatkan kekuatan dari komposit. Tidak
homogennya paduan menyebabkan pembentukan rongga-rongga dengan ukuran
rata-rata 4,14 µm serta butir HAp yang cenderung mengumpul (Gambar 9).
Rongga-rongga tersebut terbentuk akibat perbedaan polaritas PVOH dengan
matriks yang cukup besar, sehingga kedua bahan tersebut cenderung
meminimumkan luas antarmuka. Partikel HAp pada komposit non-PVOH
berukuran rata-rata 1,15 µm meskipun ukuran partikel HAp asal adalah 10-20 nm.

12

Hal ini disebabkan oleh aglomerasi antar partikel HAp. Aglomerasi terjadi akibat
kecenderungan partikel HAp untuk menurunkan luas kontak dengan matriks
(Alothman et al. 2013).

HAp

HAp

Gambar 9 Mikrograf SEM film komposit: (a) 15% HAp (500x); (b) 15% HAp (2000x);
(c) 15% HAp, 5% PVOH (500x); (d) 15% HAp, 5% PVOH (2000x)
Tidak homogennya komposit juga dapat dilihat dari sebaran unsur di dalam
komposit (Tabel 4). Komposit dengan tambahan PVOH lebih tidak homogen
dibandingkan dengan komposit tanpa tambahan PVOH. Hal ini dibuktikan dengan
besarnya nilai standar deviasi keberadaan unsur penyusun pada 3 titik yang
berbeda di dalam komposit tersebut. Sifat HAp yang lebih mirip PVOH daripada
matriks UHMWPE menyebabkan partikel HAp pada komposit dengan tambahan
PVOH lebih terlokalisasi. Aglomerasi pada komposit tanpa tambahan PVOH
(Gambar 9) juga dapat dibuktikan dengan nilai standar deviasi keberadaan unsur
yang cukup besar (Tabel 4). HAp yang cenderung berkumpul di suatu titik dan
tidak terdispersi dengan baik ke seluruh bagian matriks menyebabkan keberadaan
unsur Ca, P, dan O di suatu titik berbeda dengan titik yang lain di dalam
komposit.

13

Tabel 4 Hasil EDX film komposit dengan kadar HAp 15%
C
O
P
Ca
Na
Komposit Titik
(% atom) (% atom) (% atom) (% atom) (% atom)
1
83,96
13,00
1,25
1,80
0,00
2
98,15
0,00
0,85
1,00
0,00
Non-PVOH
3
93,38
5,50
0,48
0,64
0,00
SD
4,11
6,53
0,39
0,59
0,00

(+) PVOH

1
2
3
SD

99,38
64,43
90,97
18,24

0,00
29,34
7,88
15,19

0,27
2,54
0,51
1,25

0,35
3,39
0,64
1,68

0,00
0,31
0,00
0,18

Pengaruh Dosis Radiasi pada Sifat Termal Komposit

160,00

(a)

139,25
139,00
138,75
138,50
138,25
138,00
137,75
137,50
137,25
137,00
136,75
136,50

Entalpi peleburan (J/g)

Titik leleh (°C)

Dosis radiasi juga memengaruhi titik leleh dan entalpi peleburan pada
komposit (Lampiran 10). Titik leleh dan entalpi peleburan komposit meningkat
seiring peningkatan dosis radiasi (Gambar 10). Peningkatan tersebut disebabkan
oleh peningkatan taut silang dan kristalinitas komposit. Titik leleh bergantung
pada ukuran dan kesempurnaan suatu kristal, semakin besar dan sempurna kristal
tersebut semakin tinggi titik lelehnya (Lednický et al. 2007). Tingkat taut silang
yang tinggi akan menurunkan derajat kebebasan antarrantai, sehingga energi yang
diperlukan untuk mengubah fase padatan menjadi fase cairan akan semakin besar.
Selain itu energi yang diperlukan untuk meleburkan susunan kristalin lebih tinggi
daripada partikel amorf (Alothman et al. 2013). Semakin tinggi derajat
kristalinitas dan tingkat taut silang, maka semakin besar energi yang dibutuhkan
untuk mengubah komposit tersebut dari padat menjadi cair.
(b)

140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00

0

25
50
Dosis radiasi (kGy)

75

0

25
50
Dosis radiasi (kGy)

Gambar 10 Pengaruh dosis radiasi pada sifat termal komposit non-PVOH dengan
kadar HAp 5%: (a) Titik leleh; (b) Entalpi peleburan

75

14

SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa penambahan HAp
meningkatkan kekerasan UHMWPE sebesar 8-15% dan tegangan maksimum
meningkat hingga 38%. Pemberian radiasi pada komposit meningkatkan
kristalinitas sebesar 113-172%, titik leleh sebesar 0,6-0,7%, serta menurunkan
perpanjangan putus sebesar 23-48%. Penggunaan PVOH sebagai zat
pengompatibel tidak mampu menghasilkan komposit dengan sifat mekanik yang
baik.
Saran
Saran yang dapat diberikan agar komposit yang diperoleh memiliki sifat
yang jauh lebih baik adalah menambahkan zat pengompatibel yang memiliki sifat
nonpolar lebih tinggi daripada sifat polarnya. Penggunaan zat pengompatibel
selain PVOH diharapkan mampu menjembatani interaksi antara matriks dengan
pengisi sehingga terbentuk komposit yang lebih homogen. Tegangan maksimum
komposit dapat ditingkatkan dengan meradiasi komposit dalam kondisi vakum
untuk meminimumkan tingkat oksidasi komposit. Perlu ditambahkan uji keausan
untuk membuktikan peningkatan ketahanan aus UHMWPE setelah ditambahkan
HAp dan dimodifikasi menggunakan sinar gamma.

DAFTAR PUSTAKA
Alothman OY, Almajhdi FN, Fouad H. 2013. Effect of gamma radiation and
accelerated aging on the mechanical and thermal behavior of HDPE/HA
nano-composites for bone tissue regeneration. BioMed Eng OnLine.
12(95):1-15.doi:10.1186/1475-925X-12-95.
Arifin NL. 2012. Pengaruh radiasi gamma terhadap sifat mekanik UHMWPE
untuk tibial tray [skripsi]. Yogyakarta (ID): Sekolah Tinggi Teknologi
Nuklir BATAN.
Aydin E. 2010. Biodegradable polymer-hydroxyapatite nanocomposites for bone
plate applications [tesis]. Ankara (TR): Middle East Technical University.
Crowley J, Chalivendra VB, Rice J. 2008. Dynamic constitute behavior of
UHMWPE-HAP nanocomposites. Di dalam: [editor tidak diketahui].
Proceedings of the XIth International Congress and Exposition on
Experimental and Applied Mechanics [Internet]; 2008 Jun 2-5; Orlando,
USA. Bethel (US): Society for Experimental Mechanics, Inc. [halaman
tidak diketahui]; [diunduh 2013 Sep 22]. Tersedia pada: http://semproceedings.com/08s/sem.org-SEM-XI-Int-Cong-s027p04-DynamicConstitute-Behavior-UHMWPE-HAP-Nanocomposites.pdf.

15

Elmkharram HMA. 2013. Mechanically processed alumina reinforced ultrahigh
molecular weight polyethylene (UHMWPE) matrix composites [tesis].
Blacksburg (US): Virginia Polytechnic Institute and State University.
Indrani DJ. 2012. Komposit hidroksiapatit kalsinasi suhu rendah dengan alginat
Sargassum duplicatum atau Sargassum crassifolium sebagai material
scaffold untuk pertumbuhan sel punca masenkimal [disertasi]. Depok (ID):
Bidang Ilmu Material Universitas Indonesia.
Kemala T, Fahmi MS, Achmadi SS. 2010. Pembuatan dan pencirian polipaduan
polistiren-pati. Jurnal Sains Materi Indonesia. 12(1):30-35.
Kumar A, Negi YS, Bhardwaj NK, Choudhary V. 2013. Synthesis and
characterization of cellulose nanocrystals/PVA based bionanocomposite.
Adv Mater Lett. 12:2-11.doi:10.5185/amlett.2012.12482.
Lednický F, Šlouf M, Kratochvíl I, Baldrian J, Novotná D. β007. Crystalline
character and microhardness of gamma-irradiated and thermally treated
UHMWPE. J Macromol Sci, Part B: Phys. 46:521-531.doi:10.1080/
00222340701257778.
Mulyaningsih NN. 2007. Karakterisasi hidroksiapatit sintetik dan alami pada suhu
1400°C [skripsi]. Bogor (ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Nasar G, Khan MS, Khalil U. 2009. Structural study of PVOH composites with
inorganic salts by x-ray diffraction. J Pak Mater Soc. 3(2): 67-70.
Peltzer M, Wagner JR, Jiménez A. 2007. Thermal characterization of UHMWPE
stabilized with natural antioxidants. J Therm Anal Calorim. 87(2):493-497.
Pratiwi N. 2011. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit scaffold [skripsi]. Bogor
(ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Pruitt La, Simis KS, Bistolfi A, Bellare A. 2005.The role of microstructure on the
fatigue and fracture properties of medical grade ultra high molecular weight
polyethylene. Di dalam: [editor tidak diketahui]. International Congress on
Fracture, ICF 11 [Internet]; 2005 Mar 20-25; Turin, Italia. Cassino (IT):
Gruppo Italiano Frattura. [halaman tidak diketahui]; [diunduh 2013 Sep 22].
Tersedia pada: http://www.gruppofratura.it/ocs/index.php/ICF/ICF11/paper/
viewfile/10432/9791.
Retno W. 2011. Modifikasi permukaan polimer UHMWPE dan HDPE dengan
iradiasi gamma untuk meningkatkan kekuatan mekanik tibial tray [skripsi].
Bogor (ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
Roese PB, Amico SC, Júnior WK. 2009. Thermal and microestructural
characterization of epoxy-infiltrated hydroxyapatite composite. Mater Res.
12(1):107-111.
Šlouf M, Mikesova J, Fencl J, Stara H, Baldrian J, Horak Z. 2009. Impact of doserate on rheology, structure and wear of irradiated UHMWPE. J Macromol
Sci, Part B: Phys. 48:587–603.doi:10.1080/ 00222340902837824.
Šlouf M, Synkova H, Baldrian J, Marek A, Kovarova J, Schmidt P, Dorschner H,
Stephan M, Gohs U. 2007. Structural changes of uhmwpe after e-beam
irradiation and thermal treatment. J Biomed Mater Res Part B: Appl
Biomater. 85:240-251.doi:10.1002/ jbm.b.30942.

16

Sui G, Zhong WH, Ren X, Wang XQ, Yang XP. 2009. Structure, mechanical
properties and friction behavior of UHMWPE/HDPE/carbon nanofibers.
Mat Chem Phys. 115(1):404–412.doi:10.1016/ j.matchemphys.2008.12.016.
Sukaryo SG, Kusumawati DR, P Maria C, Marnada N. 2012a. Pengaruh radiasi
gamma terhadap sifat HDPE untuk tibial tray. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop
dan Radiasi. 8(2):73-82.
Sukaryo SG, Nurchamid J, Sugeng B, Sitompul A, Yuswono. 2012b. Pembuatan
prototip prostetik sendi lutut. Di dalam: Karmiadji DW, Notosudjono D,
Nurzal ER, Syafarudin, Djarot I, Wicaksono H, Saufi A, editor. Membangun
Sinergi Riset Nasional untuk Kemandirian Teknologi. Prosiding Seminar
Insentif Riset SINas [Internet]; 2012 Nov 29-30; Bandung, Indonesia.
Jakarta (ID): Asdep Relevansi Program Riptek, Kemenristek. hlm KO175KO180;
[diunduh
2013
Sep
22].
Tersedia
pada:
http://insentif.ristek.go.id/PROSIDING2012/file-KO-Word_31.pdf.
Wang S, Ge S. 2007. The mechanical property and tribological behaviour of
UHMWPE: effect of molding pressure. Wear. 263(7-12):949-956.

17

LAMPIRAN
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
UHMWPE
HAp

Ditimbang
(bobot total 12 g)

Serbuk campuran dengan tambahan 5%
PVOH (5, 10, 15% HAp) dan serbuk
campuran non PVOH (5,10,15% HAp)

PVOH

Milling (90 menit; 1000 rpm)
Film
komposit

1. Dicetak dengan alat kempa panas
(190°C; 140 kg cm-2; 5 menit)

Komposit

2. Didinginkan dengan alat kempa
dingin (5 menit)

Pencirian dengan XRD

Ciri
komposit

1. Dicetak dengan pencetak dumbell
2. Iradiasi gamma 0, 25, 50, dan 75 kGy

Sampel
uji tarik

Analisis FTIR

Uji tarik (ASTM D 1822 L)

Hasil uji tarik

IV dan IO
Analisis DSC

1. Digunting dengan bentuk
sembarang tetapi seragam
2. Iradiasi gamma 0, 25, 50, dan 75 kGy

Sampel
uji keras

Uji keras (Shore A)

Hasil uji keras
Titik leleh dan kristalinitas
Analisis permukaan dan homogenitas dengan SEMEDX (komposit 15% HAp non PVOH dan 15% HAp
dengan tambahan PVOH)

Mikrograf SEM

18

Lampiran 2 Tabel konversi shore D

19

Lampiran 3 Difraktogram sampel
Difraktogram komposit pada penentuan HAp

Intensitas

sit

0
10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

35,000

40,000

45,000

50,000

55,000

2θ
UHMWPE + 15% HAp

UHMWPE + 15% HAp + 5%PVOH

HAp

Intensitas

Difraktogram komposit pada penentuan PVOH
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
5,000

15,000

25,000

35,000

45,000

55,000

2θ
5% HAp + 5% PVOH

15% HAp + 5% PVOH

PVOH

20

Lampiran 4 Data JCPDS

Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
Ortorombik :
θ
a). UHMWPE
βθ (deg)
21,2000
23,5500
29,8000
39,3010

βθ (rad)
0,3700
0,4110
0,5201
0,6859

θ (deg)
10,6000
11,7750
14,9000
19,6505

θ (rad)
0,1850
0,2055
0,2601
0,3430

hkl
200
110
210
011

1/d2
0,0721
0,0586
0,1145
0,1958

A0
4/a2
0,0180
4/a2
0

B0
C0
0
0
2
1/b
0
0,0406
0
0,0406
1/c2
Rerata

h
1
2
2
0

k
1
0
1
1

l
0
0
0
1

sin2 θ
0,0338
0,0416
0,0661
0,1131

(Å)
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104

d2 (Å2)
17,0695
13,8699
8,7360
5,1076

a0 (Å)
7,4485
7,4485
7,3566

b0 (Å)

c0 (Å)

A
4/a2
0,0182
0,0727
0

B
C
0
0
2
1/b
0
2
1/b
0
0,0411
1/c2
Rerata

7,4179

4,9654
4,9654
4,9654
4,9654

2,5382
2,5382

2

1/d2 (Å-2)
0,0586
0,0721
0,1145
0,1958
a (Å)
7,4179
7,4179
7,4179
7,4179

b (Å)

c (Å)

4,9746
4,8927
4,9336
4,9336

2,5425
2,5425

Volume unit sel = a × b × c
= 7,4179 × 4,9336 × 2,5425 = 93,0478 Å3

21

22

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
b). UHMWPE + 5% HAp
βθ (deg)
21,4000
23,7500
29,8500
36,2000
39,6000
40,3500
41,0000
43,7000
54,3490
hkl
200
110
210
020
310
220
011
111
311

βθ (rad)
0,3735
0,4145
0,5210
0,6318
0,6912
0,7042
0,7156
0,7627
0,9486
1/d2 (Å-2)
0,0733
0,0597
0,1148
0,1671
0,2059
0,2398
0,1987
0,2123
0,3611

θ (deg)
10,7000
11,8750
14,9250
18,1000
19,8000
20,1750
20,5000
21,8500
27,1745

θ (rad)
0,1868
0,2073
0,2605
0,3159
0,3456
0,3521
0,3578
0,3814
0,4743

A
4/a2
0,018328
0,073311
0
0,164949
0,073311
0
0,018328
0,164949

h
1
2
2
0
0
3
1
2
3

B
C
0
0
2
1/b
0
1/b2
0
2
4/b
0
2
1/b
0
2
4/b
0
0,0415
1/c2
0,0415
1/c2
0,0415
1/c2
Rerata

k
1
0
1
2
1
1
1
2
1

l
0
0
0
0
1
0
1
0
1
a (Å)
7,3866
7,3866
7,3866

7,3866
7,3866
7,3866
7,3866
7,3866

sin2 θ
0,0345
0,0423
0,0663
0,0965
0,1147
0,1189
0,1226
0,1385
0,2086
b (Å)
4,9175
4,9068
4,8926
4,8926
4,9395
4,9115
4,9014
4,9115
4,9115

2

(Å)
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104

h2
1
4
4
0
0
9
1
4
9

k2
1
0
1
4
1
1
1
4
1

l2
0
0
0
0
1
0
1
0
1

d2 (Å2)
16,7556
13,6406
8,7074
5,9843
5,0338
4,8559
4,7095
4,1699
2,7692

1/d2 (Å-2)
0,0597
0,0733
0,1148
0,1671
0,1987
0,2059
0,2123
0,2398
0,3611

c (Å)

2,5222
2,5603
2,5424
2,5416

Volume unit sel = a × b × c
= 7,3866 × 4,9115 × 2,5416
= 96,6022 Å3

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
c). UHMWPE + 15% HAp
βθ (deg)
21,4500
23,7000
29,9500
36,1000
39,7000
40,3000
41,0000
43,6000
54,3990

βθ (rad)
0,3744
0,4136
0,5227
0,6301
0,6929
0,7034
0,7156
0,7610
0,9494

θ (deg)
10,7250
11,8500
14,9750
18,0500
19,8500
20,1500
20,5000
21,8000
27,1995

hkl
200
110
210
020
310
220
011
111
311

1/d2 (Å-2)
0,0730
0,0600
0,1156
0,1662
0,2054
0,2388
0,1996
0,2123
0,3617

A
4/a2
0,018252
0,073007
0
0,164265
0,073007
0
0,018252
0,164265

θ (rad)
0,1872
0,2068
0,2614
0,3150
0,3464
0,3517
0,3578
0,3805
0,4747

h
1
2
2
0
0
3
1
2
3

B
C
0
0
2
1/b
0
2
1/b
0
4/b2
0
2
1/b
0
2
4/b
0
0,0417
1/c2
0,0417
1/c2
0,0417
1/c2
Rerata

k
1
0
1
2
1
1
1
2
1

l
0
0
0
0
1
0
1
0
1
a (Å)
7,4020
7,4020
7,4020

7,4020
7,4020
7,4020
7,4020
7,4020

sin2 θ
0,0346
0,0422
0,0668
0,0960
0,1153
0,1187
0,1226
0,1379
0,2089
b (Å)
4,8967
4,8455
4,9056
4,9056
4,9278
4,8976
4,9123
4,8976
4,8976

2

(Å2)
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104

h2
1
4
4
0
0
9
1
4
9

k2
1
0
1
4
1
1
1
4
1

l2
0
0
0
0
1
0
1
0
1

d2 (Å2)
16,6785
13,6974
8,6507
6,0163
5,0095
4,8674
4,7095
4,1881
2,7645

1/d2 (Å-2)
0,0600
0,0730
0,1156
0,1662
0,1996
0,2054
0,2123
0,2388
0,3617

c (Å)

2,5163
2,5616

Volume unit sel = a × b × c
= 7,4020 × 4,8976 × 2,5372
= 91,9787 Å3

2,5337
2,5372

23

24

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
d). UHMWPE + 5% HAp + 5% PVOH
βθ (deg)
22,0500
24,4500
30,4500
36,8000
40,2000
41,2500
41,5500
43,6500
54,8990
hkl
200
110
210
020
310
220
011
111
311

βθ (rad)
0,3848
0,4267
0,5315
0,6423
0,7016
0,7199
0,7252
0,7618
0,9582
1/d2 (Å-2)
0,0776
0,0633
0,1194
0,1725
0,2148
0,2393
0,2045
0,2178
0,3679

θ (deg)
11,0250
12,2250
15,2250
18,4000
20,1000
20,6250
20,7750
21,8250
27,4495
A
4/a2
0,019407
0,077629
0
0,174666
0,077629
0
0,019407
0,174666

θ (rad)
0,1924
0,2134
0,2657
0,3211
0,3508
0,3600
0,3626
0,3809
0,4791

h
1
2
2
0
0
3
1
2
3

B
C
0
0
2
1/b
0
1/b2
0
2
4/b
0
2
1/b
0
2
4/b
0
0,0418
1/c2
0,0418
1/c2
0,0418
1/c2
Rerata

k
1
0
1
2
1
1
1
2
1

l
0
0
0
0
1
0
1
0
1

sin2 θ
0,0366
0,0448
0,0690
0,0996
0,1181
0,1241
0,1258
0,1382
0,2125

a (Å)
7,1782
7,1782
7,1782

b (Å)
4,7722

c (Å)

7,1782
7,1782
7,1782
7,1782
7,1782

4,8930
4,8155
4,8155
4,9904
4,8891
4,9742
4,8891
4,8891

2,4797
2,5272
2,5702
2,5257

2

(Å2)
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104
2,3104

h2
1
4
4
0
0
9
1
4
9

k2
1
0
1
4
1
1
1
4
1

l2
0
0
0
0
1
0
1
0
1

d2 (Å2) 1/d2 (Å-2)
15,7936 0,0633
12,8818 0,0776
8,3754
0,1194
5,7972
0,1725
4,8907
0,2045
4,6551
0,2148
4,5910
0,2178
4,1790
0,2393
2,7182
0,3679

Volume unit sel = a × b × c
= 7,1782 × 4,8891 × 2,5257
= 88,6393 Å3

Lanjutan Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi UHMWPE
e). UHMWPE + 15% HAP + 5% PVOH
βθ (deg)
22,2000
24,5000
29,9500
36,7500
40,3000
41,2500
41,6000
43,6000
54,1490
hkl
200
110
210
020
310
220
011
111
311

βθ (rad)
0,3875
0,4276
0,5227
0,6414
0,7034
0,7199
0,7261
0,7610
0,9451
1/d2 (Å-2)
0,0779
0,0642
0,1156
0,1720
0,2148
0,2388
0,2054
0,2183
0,3587

θ (deg)
11,1000
12,2500
14,9750
18,3750
20,1500
20,6250
20,8000
21,8000
27,0745
A
4/a2
0,019486
0,077942
0
0,17537
0,077942
0
0,019486
0,17537

θ (rad)
0,1937
0,2138
0,2614
0,3207
0,3517
0,3600
0,3630
0,3805
0,4725

h
1
2
2
0
0
3
1
2
3

B
C
0
0
2
1/b
0
2
1/b
0
4/b2
0
2
1/b
0
2
4/b
0
0,0409
1/c2
0,0409
1