Gamma Ray Irradiation on UHMWPE and HDPE to Increase Tibial Tray Mechanical Properties

Abstract

Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) is a polymer that is widely used in the manufacture of tibial tray, but it is very expensive. Therefore, high density polyethylene (HDPE) was developed for the manufacturing of tibial tray because the price is lower and has similar properties to UHMWPE. HDPE was made by two methods, namely hot pressing method and heating method, but UHMWPE wass made only by hot pressing method. Tibial tray film of HDPE and UHMWPE from both methods were irradiated with various doses of gamma rays 0, 100, 200, 300 and 500 kGy. The polymers were analyzed for surface microstructure, hardness , tensile strength, elongation at break percentage, and degree of crystallinity. The higher the dose of irradiation the higher the hardness and the degree of crystallinity, but not for the tensile strength and elongation at break percentage. Both polymers were not able to increase mechanical properties in those irradiation doses range because crosslink formation is inhibited by the presence of oxygen that causes chain scission. HDPE hardness enhancement by hot pressing method was close to

Polietilena bobot molekul ultra tinggi (UHMWPE) merupakan polimer yang banyak digunakan dalam pembuatan tibial tray, tetapi harganya sangat mahal. Oleh karena itu, dikembangkan polietilena kerapatan tinggi (HDPE) dalam pembuatan tibial tray karena harganya yang lebih murah dan memiliki kemiripan sifat dengan UHMWPE. HDPE dibuat dengan dua metode, yaitu metode kempa panas dan metode pemanasan, sedangkan UHMWPE hanya dibuat dengan metode kempa panas. Film tibial tray UHMWPE dan HDPE yang dihasilkan dari kedua metode kemudian diiradiasi sinar gamma dengan ragam dosis 0, 100, 200, 300, dan 500 kGy. Polimer-polimer tersebut dianalisis mikrostruktur permukaan, kekerasan, kekuatan tarik, persentase perpanjangan putus, dan derajat kristalinitas. Semakin tinggi dosis iradiasi, maka kekerasan dan derajat kristalinitas semakin meningkat, tetapi kekuatan tarik dan persentase perpanjangan putus semakin menurun. Kedua polimer belum dapat meningkatkan ketahanan mekanik yang baik pada kisaran dosis iradiasi yang digunakan karena pembentukan ikatan silang terhambat oleh oksigen yang menyebabkan pemutusan rantai. Peningkatan nilai kekerasan HDPE hasil metode kempa panas yang mendekati kekerasan UHMWPE membuat HDPE memiliki potensi untuk dijadikan sebagai tibial tray dengan metode tersebut.