BAB I PENDAHULUAN. akibat adanya kontak atau gesekan. Gesekan biasanya didefinisikan sebagai gaya

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Jika dua benda yang saling kontak atau bergesekan, maka benda tersebut akan mengalami kerusakan. Masalah utama yang dihadapi oleh dunia industri selama ini adalah bagaimana cara mengurangi atau mencegah kerugian energi akibat adanya kontak atau gesekan. Gesekan biasanya didefinisikan sebagai gaya lawan (opposing force) yang terjadi bilamana dua permukaan saling bergerak relatif antara satu dengan yang lainnya. Gesekan yang terjadi ini bisa menimbulkan rusak atau hilangnya partikel dari suatu material yang dinamakan dengan keausan. Keausan juga disebut kerusakan bahan sebagai hasil gangguan berulang pada ikatan friksi. Keausan terjadi apabila terdapat dua buah benda saling menekan dan saling bergesekan. Keausan yang lebih besar terjadi biasanya pada bahan yang lebih lunak. Faktor-faktor yang mempengaruhi keausan adalah kecepatan, beban (tekanan), kekasaran permukaan dan kekerasan bahan. Gesekan yang terjadi akan menimbulkan panas dan juga menyebabkan keausan. Dampak dari kontak atau gesekan antara dua material dapat diatasi dengan memberikan pelumasan pada bagian yang mengalami kontak atau bergesekan (Darmanto, 2009). Dalam melakukan berbagai aktifitas sesuai fungsinya, sendi lutut akan mengalami perubahan tegangan kontak akibat pembebanan pada komponen femur dan tibial. Penyakit seperti osteoarthritis, proses penuaan ataupun kecelakaan dapat menyebabkan sendi lutut tidak dapat berfungsi dengan baik. Dalam 1

2 tingkatan kerusakan tertentu dimana cartilage mengalami keausan secara menyeluruh, maka penggunaan sendi tiruan menjadi pilihan. Sendi lutut tiruan merupakan salah satu komponen pengganti dan pendukung yang penting dalam kelancaran mobilitas pasien yang menderita arthritis dan kerusakan sendi pada lutut akibat kecelakaan. Komponen ini diharapkan benar-benar dapat menggantikan fungsi sendi yang asli. Sir John Charnley adalah orang pertama yang memilih polyethylene untuk sendi lutut tiruan (Charnley, 1979) setelah usaha gagal menggunakan PTFE (polytetrafluoroethylene) pada komponen tibial, UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) telah banyak digunakan sebagai permukaan bantalan utama dalam sendi lutut buatan sejak tahun 1960-an karena gesekan yang rendah, ketahanan aus yang tinggi dan kompatibilitas dengan jaringan tubuh manusia. Munculnya partikel keausan yang disebabkan oleh faktor-faktor tersebut (kecepatan, beban, kekasaran permukaan, dan kekerasan bahan) menjadi penting untuk diperhatikan karena dapat memicu reaksi yang merugikan dengan lingkungan biologis tubuh. Pada tubuh manusia partikel asing akan diliputi oleh macrophages yang merangsang terbentuknya bahan kimia cytokines yang menghasilkan osteoclastic bone resorption dan selanjutnya menjadi osteolysis (tulang keropos) dan akhirnya melonggarkan dari prostesis (Howie dkk, 1988; Murray dan Rushton, 1990; Ingham dan Fisher, 2000). Hal ini sekarang diakui sebagai salah satu faktor penyebab utama kegagalan pada sendi lutut tiruan. Kemampuan sendi lutut tiruan ini bergantung pada material yang digunakan yaitu pada komponen femoral dan tibial seperti terlihat pada Gambar 2

3 1.1. Pasangan material yang banyak digunakan sebagai bahan penganti yaitu komponen tibial menggunakan UHMWPE sedangkan pada komponen femoral adalah stainless steel AISI 316L, paduan titanium, dan paduan cobalt chrom (Batista dkk, 2004). UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethyene) dan Stainless Steel AISI 316L adalah salah satu pasangan material yang digunakan untuk komponen sendi lutut buatan, dimana UHMWPE pengganti komponen tibial dan Stainless Steel AISI 316L pengganti komponen femoral, dikarenakan kedua material tersebut kompatibilitas dengan jaringan tubuh manusia. Dalam pemakaiannya pasangan komponen tersebut harus memiliki ketahanan gesek dan ketahanan aus yang baik. Bahan-bahan yang dipergunakan sebagai bahan pengganti komponen sendi lutut tiruan harus memiliki sifat-sifat tertentu. Sifat utama sebagai biomaterial adalah corrosion resistance, biocompatibility, bio-adhesion (bone ingrowths), bio-functionality (sifat mekanis terutama fatique strength dan young s modulus yang mendekati sifat tulang manusia), process-ability dan availability (De Jesus dkk, 2004). Gambar 1.1. Anatomi lutut manusia ( up.ac) 3

4 Untuk mengurangi terjadinya keausan pada komponen pengganti pada lutut tiruan (UHMWPE dan logam stainless steel AISI 316L) yang kontak atau bergesekan, adalah dengan upaya memodifikasi sifat mekanis kedua material tersebut. Pada UHMWPE terdapat beberapa metoda yang dapat digunakan untuk meningkatkan sifat mekanis dengan membentuk orientasi terhadap UHMWPE dalam hal ini antara lain: tensile drawing (Capacio dkk, 1980; Wills dkk, 1980), ram ekstrusi (Farell dan Keller, 1977), hydrostatik ekstrusi (Hope dkk, 1980) dan die drawing (Coates dan Ward, 1979; Gibson dan Ward, 1980; Taraiya dkk, 1987; Richardson dkk, 1987; Selwood dkk, 1986; Darmastiti dkk, 2001). Hal ini dilakukan untuk mengurangi jumlah partikel yang bisa terlepas dari UHMWPE. Sedangkan untuk material logam Ada beberapa metoda untuk modifikasi permukaan antara lain Ward dkk (1998) menambahkan ion yang berbasis lapisan nitrida (TiN, TiA1N, ZrN), Dong dkk (1999) meneliti tentang modifikasi permukaan counterpart TiA14V dengan beberapa metode PVD DLC (diamond like coating), implantasi ion N2, perlakuan Thermal Oxidation, dan Oxygen Diffusion. dan Hidayat (2005) menambahkan ion implantasi N2, plasma nitrid, dan TIN sputering pada stainless steel AISI 316L. Hal ini dilakukan untuk meminimalkan partikel yang terlepas dari logam stainless steel AISI 316L. Di samping modifikasi permukaan dan perbaikan sifat UHMWPE tak kalah pentingnya dalam menghasilkan keausan yang terjadi antara UHMWPE dan logam pasangannya stainless steel AISI 316L adalah nilai kekasaran permukaan dan variasi pembebanan yang bekerja pada pasangan yang bekerja tersebut, sehingga dapat meningkatkan tegangan kontak antar pasangan sendi lutut tiruan 4

5 dan berpengaruh terhadap partikel keausan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa peningkatan kekasaran permukaan logam pada sendi lutut tiruan dan variasi beban mempengaruhi peningkatan keausan UHMWPE (Dharmastiti, 2001; Ward, 1998; Bale, 2009). Berdasarkan hasil studi literatur yang sudah dilakukan, penelitian ini mencoba untuk menyelidiki parameter tertentu yaitu kekasaran permukaan dan variasi pembebanan antara femoral dan tibial yang dapat mempengaruhi faktor keausan material UHMWPE Rumusan Masalah. Berdasarkan kajian pustaka maka rumusan permasalah yang dapat diangkat dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Adakah pengaruh kekasaran permukaan terhadap faktor keausan UHMWPE. 2. Bagaimana pengaruh beban terhadap faktor keausan UHMWPE Batasan Masalah Untuk dapat menyelesaikan permasalahan yang muncul dalam penelitian dan mencapai tujuan yang diinginkan, diperlukan batasan masalah, antara lain: Material yang digunakan stainless steel AISI 316L, diasumsikan kondisi kekasaran permukaan untuk setiap permukaan plat dianggap sama atau homogen. Pengaruh lingkungan (kelembaban dan temperatur) selama pengujian dianggap tidak signifikan. Dimensi semua benda uji pada setiap kelompok pengujian dianggap sama. 5

6 1.4. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekasaran permukaan stainless steel AISI 316L dan variasi pembebanan (tegangan kontak) terhadap faktor keausan UHMWPE yang digunakan pada pasangan sendi lutut tiruan Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini untuk rekomendasi manufaktur dalam membuat sendi lutut tiruan. 6