ANALISA KUAT TEKAN DAN KEKERASAN MATERIAL BIOKOMPOSIT HIDROKSIAPATIT TULANG SAPISHELLACTAPIOKA

  

ANALISA KUAT TEKAN DAN KEKERASAN MATERIAL

BIOKOMPOSIT HIDROKSIAPATIT TULANG

SAPI/SHELLAC/TAPIOKA

  

SKRIPSI

  Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

  

Oleh:

AFFIF MUSTAQIM

I0413004

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

  

2017

PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS

  Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepengetahuan saya juga terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Jika terdapat hal

• – hal yang tidak sesuai dengan ini, maka saya bersedia dikenai sanksi sesuai dengan peraturan yang berlaku.

  Surakarta, Oktober 2017 Affif Mustaqim

  1mm

  iv

  48

  v

  

MOTTO

Selalu ada harapan bagi mereka yang selalu berdoa, selalu ada jalan bagi

mereka yang selalu berusaha

  

Syukur adalah kunci kebahagian,disaat kamu bersyukur disaat itulah kamu akan

merasa bahagia apapun keadaannya.

  

Jangan kamu mengejar dunia, kejarlah akhirat maka kamu akan mendapatkan

akhirat dan dunia sekaligus.

  

Semoga selalu diberikan petunjuk oleh Allah SWT. Amiin…

  48

HALAMAN PERSEMBAHAN

  vi

  Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan piji syukur kehadiran Allah SWT , penulis mempersembahkan tulisan ini kepada: 1.

  Allah SWT sang pencipta alam semesta dan seisinya, puji syukur alhamdulillah atas petunjuk dan kekuatan yang diberikan kepada saya untuk dapat menyelesaikan skripsi ini.

  2. Kedua orang tua, Bapak Widodo S.H. dan Ibu Nurohmah, serta Kakak Arrum Nur Afifah dan Adik Fahmi Yahya Mubrok yang selalu memberikan dukungan dalam perjalanan dari awal kuliah hingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

  3. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T. dan Bapak Abu Masykur S.Si., M.Si., selaku dosen pembimbing skripsi saya.

  4. Teman-teman seperjuangan, Fathan, Widy, Chamel, Setro, Ino, Rizky, Dicky, Ardian, Bintang, Bakhtiar, Rizal dan Krisna.

  5. Saudari Latifah Khusnul Khotimah yang selalu memberikan dukungan.

  6. Teman-teman mahasisawa Teknik Mesin 2013.

  7. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Teknik Mesin UNS.

  8. Semua pembaca skripsi ini

  

COMPRESSIVE STRENGTH AND HARDNESS TESTING ANALYSIS ON

BIOCOMPOSITE MATERIAL OF BOVINE HIDROXYAPATITE (BHA),

SHELLAC, AND TAPIOCA

Affif Mustaqim

  Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, Surakarta 57126, Indonesia

  Email

  

Abstract

  Hydroxyapatite (Ca

  10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) is a material that is used in the orthopedic

  field. This material is used as a bone filler in bone fractures. Hydroxyapatite has the properties of bioactive that can stimulate the formation of a suitable environment for the process of osteogenesis. This study aims to know compressive strength and hardness of hydroxyapatite biocomposites, shellac and tapioca. Manufacturing of hydroxyapatite started by crushing the bovine bone into bone powder with 75 µm powder’s size. Organic composition in bone powder removed by calcination process. HA powder was soaked with shellac solution and allowed to dry up. HA dry powder was homogenized with tapioca powder that has

  o

  been heated at 300 C and continued with compaction and sintering to convert into a pored tablet. HA tablet was tested with compressive strength test, hardness test, density test and Scanning Electron Microscope observation. The results of this study indicate that the increasing of tapioca composition can decrease compressive strength, hardness and density, but it can increase the porosity of the material. The highest of hardness and compressive strength is 44,94 HVN ; 0,285 MPa with density 1,546 g/cm3 for BHA/shellac/tapioca 90/10 %vol. The lowest of hardness and compressive strength is 5,48 HVN ; 0,022 Mpa with density 1,194 g/cm3 for BHA/shellac/tapioca 70/30 %vol.

  Keywords: Hydroxyapatite, SEM, Hardness, Compressive Strengh, Density.

  vii

  

ANALISA KUAT TEKAN DAN KEKERASAN MATERIAL

BIOKOMPOSIT HIDROKSIAPATIT TULANG SAPI, SHELLAC,

TAPIOKA

Affif Mustaqim

  Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia

  Email

  

Abstract

  Hidroksiapatit (Ca

  10 (PO 4 ) 6 (OH)2) merupakan material yang digunakan pada

  bidang biomedik. Material ini dimanfaatkan sebagai bahan pengisi tulang yang patah. Hidroksiapatit memiliki sifat bioaktif yang dapat merangsang pertumbuhan sel-sel tulang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kuat tekan dan kekerasan material campuran hidroksiapatit, shellac dan tapioka. Pembuatan hidroksiapatit dimulai dari proses crushing tulang sapi menjadi bentuk serbuk. Serbuk yang digunakan yakni ukuran 75 µm. Serbuk tersebut dikalsinasi untuk menghilangkan kandungan organik tulang. Serbuk HA direndam larutan shellac kemudian didiamkan hingga mengering. HA hasil rendaman shellac dilakukan proses

  o

  homogenisasi dengan serbuk tapioka yang telah dipanaskan pada suhu 300 C. Serbuk yang telah terhomogenisasi dilakukan proses kompaksi untuk membentuk sebuah tablet. Tablet dilakukan proses sintering untuk mendapatkan bentuk spesimen berporus. Tahap pengujian dalam penelitian HA/shellac/tapioka meliputi uji kuat tekan, uji kekerasan, uji densitas dan SEM. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa peningkatan komposisi tapioka dapat menurunkan kuat tekan, kekerasan dan densitas, akan tetapi peningkatan komposisi tapioka dapat meningkatkan porusitas material. Hasil kekerasan dan kekuatan tekan tertinggi yaitu 44,94 HVN ; 0,285 MPa dengan densitas 1,546 g/cm³ pada variasi BHA-

  

shellac /tapioka 90/10 %volume. Kekerasan dan kekuatan tekan terendah yaitu

  5,48 HVN ; 0,022 MPa dengan densitas 1,194 g/cm³ pada variasi BHA- shellac /tapioka 70/30 %volume.

  Kata Kunci : Hidroksiapatit, SEM, uji kekerasaan, uji kuat tekan, Densitas.

  viii

KATA PENGANTAR

  ix

  Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat karunianya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan judul

  

ANALISA KUAT TEKAN DAN KEKERASAN MATERIAL

BIOKOMPOSIT HIDROKSIAPATIT TULANG SAPI/ SHELLAC

  /

TAPIOKA. Skripsi ini disusun untuk melengkapi salah satu mata kuliah dan

  sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

  Dalam menyusun skripsi ini penulis banyak memperoleh bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1.

  Allah SWT, karena dengan rahmat serta hidayah-Nya saya dapat melaksanakan skripsi dengan baik dan lancar.

  2. Ayah dan Ibu yang telah memberikan doa dan dorongan serta motivasi baik moral maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

  3. Kakak dan Adik yang selalu memberi semangat.

  4. PT. Arena Agro Andalan yang memberikan bantuan bahan penelitian ini.

  5. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T., selaku kepala program studi Teknik Mesin 6. Bapak Sukmaji Indro Cahyono S.T., M.Eng. selaku dosen pembimbing akademik

  7. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I yang senantiasa memberikan nasehat, arahan, dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini.

  8. Bapak Abu Masykur S.Si., M.Si., selaku dosen pembimbing II yang turut serta memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan skripsi ini.

  9. Bapak Heru Sukanto, S.T.,M.T., selaku kepala laboratorium proses produksi Teknik Mesin FT UNS.

  10. Bapak Dr. Tech. Suyitno. Selaku kepala laboratorium biofuel Teknik Mesin FT UNS. x 11. Dr. Budi Kristiawan. Selaku kepala laboratorium perpindahan panas dan thermodinamika Teknik Mesin FT UNS.

  12. Bapak Dr. Nurul Muhayat S.T., M.T., selaku koordinator TA yang telah membantu kelancaran dalam menyelesaikan skripsi ini.

  13. Bapak serta Ibu dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta yang turut serta mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.

  14. Arifin dan Hendri, sebagai laboran dan instruktur laboratorium proses produksi Teknik Mesin FT UNS.

  15. Bambang, Sebagai laboran laboratorium biofuel Teknik Mesin FT UNS.

  16. Solikhin sebagai laboran laboratorium perpindahan panas dan termodinamika Teknik Mesin FT UNS.

  17. Fathan, Camelia, Ridho, Widy, Platino, Rizky dan Bhorin selaku rekan Tugas akhir.

  18. Teman-teman mahasiswa Teknik Mesin 2013 yang telah banyak membantu dan memberi dorongan moril, fasilitas serta motifasi sehingga terselesainya penulisan skripsi ini.

  19. Teman-teman Pemuda Harapan Bangsa (Ardian, Bintang, Ridho, Rizky, Dicky, Rizal, Ino, Krisna dan Bakhtiar) yang telah memberi hiburan.

  20. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu selama penyusunan skripsi ini.

  Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi masih terdapat kekurangan. Kritik dan saran dari berbagai pihak akademis maupun umum selalu penulis harapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini.

  Akhir kata, penulis berharap semoga skipsi ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis pada khusunya.

  Surakarta, Oktober 2017 Penulis

  DAFTAR ISI

  2.2.5 Tulang Sapi ...................................................................................... 7

  3.3.1 Persiapan .......................................................................................... 16

  3.3 Prosedur Penelitian ...................................................................................... 16

  3.2.2 Bahan ............................................................................................... 16

  3.2.1 Alat .................................................................................................. 16

  3.2 Alat dan Bahan ............................................................................................. 16

  3.1 Tempat Penelitian ` ....................................................................................... 16

  BAB III METODELOGI PENELITIAN ............................................................. 16

  2.2.12 Hipotesis ........................................................................................ 15

  2.2.11 Pengujian Densitas ........................................................................ 14

  2.2.10 Uji Kuat Tekan .............................................................................. 13

  2.2.9 Uji Kekerasan ................................................................................... 12

  2.2.8 Karakterisasi Material Hidroksiapatit .............................................. 10

  2.2.7 Tapioka ............................................................................................ 9

  2.2.6 Shellac (Selak) ................................................................................. 9

  2.2.4 Hidrosiapatit .................................................................................... 6

  Halaman

  2.2.3 Biokeramik ....................................................................................... 6

  2.2.2 Biomaterial ..................................................................................... 6

  2.1.1 Sifat Mekanik ................................................................................... 5

  2.2 Dasar Teori .................................................................................................. 5

  2.1 Tinjauan Pustaka .......................................................................................... 5

  BAB II DASAR TEORI ......................................................................................... 5

  1.6 Sistematika Penelitian .................................................................................. 4

  1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................................... 3

  1.4 Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3

  1.3 Batasan Masalah .......................................................................................... 3

  1.2 Perumusan Masalah ..................................................................................... 3

  1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1

  BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

  HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i HALAMAN SURAT PENUGASAN TUGAS AKHIR ......................................... ii HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................. iii PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS ........................................................... iv HALAMAN MOTTO .............................................................................................. v HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................. vi ABSTRAK (INGGRIS) ........................................................................................... vii ABSTRAK (INDONESIA) ..................................................................................... viii KATA PENGANTAR ............................................................................................. ix DAFTAR ISI ........................................................................................................... xi DAFTAR TABEL ................................................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiv DAFTAR RUMUS .................................................................................................. xv DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xvi

  3.3.2 Proses Pelapisan HA dengan shellac ................................................ 19

  3.3.3 Proses Homogenisasi ....................................................................... 20

  3.3.4 Proses Kompaksi ............................................................................. 20

  3.3.5 Proses Sintering ............................................................................... 21

  3.4 Variabel Penelitian ....................................................................................... 21

  3.5 Tahap Pengujian .......................................................................................... 22

  3.6 Tahap Analisa ............................................................................................. 24

  3.7 Perencanaan Penelitian ................................................................................ 25

  3.8 Diagram Alir ................................................................................................ 26

  

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 27

  4.1 Hasil Proses Kalsinasi Serbuk Tulang Sapi ................................................. 27

  4.2 Hasil Sintering Bovine Hidroksiapatit (BHA)/shellac/tapioka ……........... 28

  4.3 Hasil Uji Kuat Tekan ................................................................................... 30

  4.4 Hasil Uji Kekerasan Vickers ....................................................................... 32

  4.5 Hasil Uji Densitas Bovine Hydroxyapatite (BHA)/shellac/tapioka .............. 33

  4.6 Hasil Pengamatan Scanning Electron Microschopy (SEM) Bovine Hydroxyapatite (BHA)/Tapioka/Shellac ......................................... 35

  

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 38

  5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 38

  5.2 Saran ............................................................................................................ 38

  

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 39

  LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat mekanis dari variasi ukuran partikel hidroksiapatit ....................... 6Tabel 3.1 Variasi rasio perbandingan campuran HA dengan tapioka ..................... 22Tabel 4.1 BHA/shellac/tapioka setelah sintering ...................................................... 28Tabel 4.2 Hasil Pengamatan SEM ............................................................................ 35

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Anatomi kerangka tulang sapi ............................................................... 8Gambar 2.2 Kurva TGA tapioka ................................................................................ 10Gambar 2.3 Skema Prinsip kerja SEM ..................................................................... 11Gambar 2.4 Ilustrasi pengukuran vickers dan dimensi lekukan ............................... 13Gambar 2.5 Ilustrasi uji kuat tekan menggunakan Universal Testing Machine ....... 14Gambar 2.6 Skema pengujian densitas ..................................................................... 14Gambar 3.1 Proses pembuatan hidroksiapatit ........................................................... 17Gambar 3.2 Proses pemanasan tapioka ...................................................................... 18Gambar 3.3 Proses persiapan tapioka ........................................................................ 18Gambar 3.4 Proses pembuatan larutan shellac .......................................................... 19Gambar 3.5 Proses pelapisan HA menggunakan shellac ........................................... 19Gambar 3.6 Magnetic stirrer ..................................................................................... 20Gambar 3.7 Proses mencetak BHA/shellac/tapioka ke bentuk tablet ........................ 20Gambar 3.8 Proses sintering BHA/shellac/tapioka.................................................... 21Gambar 3.9 SEM (Scanning Electron Microschopy) ............................................... 22Gambar 3.10 Hardness Vicker Number (HVN) ........................................................ 23Gambar 3.11 Proses pengujian kuat tekan ................................................................ 23Gambar 3.12 Pengujian densitas ............................................................................... 24Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian ...................................................................... 26Gambar 4.1 Serbuk tulang sapi ................................................................................. 27Gambar 4.2 Grafik perbandingan volume spesimen sebelum dan sesudah sintering 30Gambar 4.3 Grafik perbandingan kuat tekan BHA/shellac/tapioka ......................... 31Gambar 4.4 Grafik Uji kekerasan vickers ................................................................. 32Gambar 4.5 Grafik Uji Densitas ............................................................................... 34

  DAFTAR RUMUS

  Persamaan (2.1) Kekerasan Vickers .......................................................................... 13 Persamaan (2.2) Compressive Strength ..................................................................... 13 Persamaan (2.3) Densitas aktual ................................................................................ 14 Persamaan (4.1) Persamaan reaksi pembakaran tapioka ........................................... 28