Pengaruh Suhu dan Rpm Ekstrusi Terhadap Diameter Filamen UHMWPE

Azka Aulia, Ir.Muslim Mahardika, S.T., M.Eng., Ph.D., IPM.; Dr. Urip Agus Salim, S.T., M.Sc.

2023 | Tesis | S2 Teknik Mesin

    Salah satu jenis material yang termasuk dalam kategori material biomedis adalah Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). Salah satu aplikasinya dalah untuk sisipan tibial sendi lutut buatan. Masing-masing manusia memiliki ukuran yang berbeda sehingga ukuran dari produk perlu menyesuaikan kebutuhan. Salah satu proses manufaktur yang dapat membuat kerumitan dan desain yang komplek adalah 3D print. Bahan baku yang digunakan dalam proses 3D print adalah filamen. Namun karena ketersediaan filamen UHMWPE tidak ada, maka dibuatlah filamen UHMWPE dengan tiga perbedaan suhu ekstrusi dan rpm sehingga dapat diamati apa pengaruh suhu dan rpm ekstrusi terhadap diameter filamen serta pengaruh suhu ekstrusi terhadap kekuatan tarik dari filamen serta pengaruhnya terhadap gugus fungsi dan derajat kristalinitasnya.

    Kelemahan dari UHMWPE adalah sulit untuk diekstrusi. Diperlukan campuran untuk meningkatkan mampu alirnya. Pada penelitian ini dipilih Polyethylene Glycol (PEG) dan Paraffin Oil (PO). Komposisi campuran yang digunakan dalam penelitian ini adalah 95% UHMWPE, 5 % PEG, dan 10 phr PO. Material tersebut kemudian diekstrusi untuk mencampur material dalam bentuk lelehan. Proses ekstrusi dilakukan dengan mesin ekstruder single screw dengan tiga variasi suhu yaitu 140, 150, dan 160 derajat celcius dan variasi putaran screw pada 9, 10, dan 11 rpm.

    Dari hasil pengukuran diameter didapati diameter rata-rata untuk filamen UHMWPE/PEG/PO dengan hasil paling mendekati 1,75 mm adalah adalah pada suhu 160 derajat celcius dan 11 rpm. Hasil pengamatan kebulatan menunjukkan ada deviasi antara tiga titik pengukuran. Deviasi terendah adalah 0 dan deviasi tertinggi 0,08. Dari hasil pengujian FTIR, ditemukan bahwa puncak gelombang filamen memiliki puncak gelombang dari UHMWPE, PEG dan PO secara keseluruhan. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa kekuatan tarik filamen meningkat seiring dengan peningkatan suhu ekstrusi, dengan kekuatan tarik rata-rata terbesar sebesar 20 MPa. Hasil uji DSC menunjukkan bahwa, melting point dan derajat kristalinitas filamen lebih rendah dari UHMWPE murninya

 One type of material thar is include in the biomedical material category is Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). One application is for tibial inserts of artificial knee joints. Each human being has a different size so the size of the product needs to be adjusted to the needs. One of the manufacturing process that can create object with complexity and complex design is 3D printing. The raw material used in 3D printing process is filament. However, because the availability of UHMWPE filaments was not avaliable, UHMWPE filament were made with three different extrusion rpm so that it could be observed what effect temperature and extrusion rpm had on the diameter of the filament and the effect of extrusion temperature on the tensile strength of the filament and its effect on functional groups and the degree of crystallinity

    The downside of UHMWPE is that it is difficult to extrude. A mixture is requaired to increase its flowability. in this study, Polyethylene Glycol (PEG) and Paraffin Oil (PO) were selected. The composition of the mixture used in this study was 95% UHMWPE, 5% PEG, and 10 phr PO. The materials are then ekstrude to mix the melted material. The extrusion process was carried out using a single screw extruder machine with three temperature variations, namely 140, 150, and 160 celcius degree and variations in screw rotation at 9, 10, 11 rpm

    From the results of the diameter measurement, it was found that the average diameter for UHMWPE/PEG/PO filaments with the result closest to 1,75 mm was at 160 celcius degree and 11 rpm. the roundness observation results show that threre is a deviation between the three measurement points. the lowest deviation is 0 and the highest deviation is 0,08. From the FTIR test result, it was found that the peaks of the filament waves had the peaks of UHMWPE, PEG, and PO as whole. Tensile test results show that the tensile strength of the filament increase with increasing extrusion temperature, with the largest average tensile strength of 20 MPa. DSC test result showed that the melting point and degree of crystallinity of the filaments were lower than pure UHMWPE.

Kata Kunci : UHMWPE, ekstrusi, filamen