PERBAIKAN SIFAT FISIS DAN MEKANIS RESIN AKRILIK POLIMERISASI PANAS DENGAN PENAMBAHAN SERAT KACA
(IMPROVEMENT OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF THE HOT POLYMERIC ACRYLIC RESIN BY ADDING GLASS FIBRE)
Zuriah Sitorus*, Eddy Dahar**
*Departemen Fisika Fakultas Matematik Dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara **Departemen Prostodonsia Fakultas Kedokteran Gigi, Universitas Sumatera Utara Jl. Alumni No. 2 Kampus USU Medan

## Abstract
Heat Polymeric Acrylic Resin (RAPP) has been used mostly as basic material for producing dentures.  It has advantages such as biocompatible state, much more esthetic, easy to process, and it doesn’t need laboratory skill for repairing. RAPP still  has  disadvantages,  especially  the  force  and  the  hardness,  so  it’s  often  got  fractured  during  application.  Some literatures reported that by adding carbon, metal, or glass fibre in certain rate can improve it’s physical and mechanical properties. The aim of study was to compare the physical and mechanical state of RAPP with and without adding glass fibre. This experiment used glass fibre was made in Taiwan Glass with size 4 mm, 6 mm, and 8 mm. Its total volume was 1%. The test was included density, porosity, water absorption, compressive strength, hardness Vickers, tensile strength, young’s  module,  impact and transversal power, color coordinate and  microstructure  analysis. The result  showed that RAPP in additional glass fibre sized 6 mm constitute an optimum condition, obtained: density1.25 g/cm 3 , porosity 0,46%, water  absorption  0.36%,  compressive  strength  88.89  Mpa,  impact  strength  6.70  j/mm 2 ,  transversal  strength  129  Mpa. There was no significant change of colour in acrylic resin. In conclusion, by adding glass fibre size 6 mm about 1% of RAPP total volume could  generate the improvement in quality of optimum physical and mechanical properties in RAPP.
Key words: hot polymerization acrylic resin, glass fiber, physical and mechanical properties

## Abstrak
Resin  akrilik polimerisasi  panas (RAPP)  banyak digunakan  sebagai  bahan  pembuat  basis gigi tiruan,  karena  memiliki sejumlah keunggulan di antaranya bersifat biokompatibel , kualitas estetis yang cukup memuaskan, penyerapan air yang rendah,  memiliki  konduktivitas  termal  yang  baik,  mudah  diproses  dan  direparasi  tanpa  membutuhkan  tenaga  ahli laboratorium.  RAPP  masih  memiliki kekurangan terutama dalam hal kekuatan dan kekerasan sehingga bahan ini tidak jarang mengalami retak atau fraktur akibat pemakaian. Beberapa literatur melaporkan bahwa penambahan serat karbon, serat metal, atau serat kaca dalam jumlah tertentu dapat  memperbaiki sifat fisis dan mekanis bahan RAPP. Penelitian ini bertujuan  untuk  membandingkan  sifat  fisis  dan  mekanis  RAPP  yang  ditambah  serat  kaca  dengan  RAPP  tanpa penambahan  serat kaca. Serat kaca  yang digunakan  adalah  produk   Taiwan Glass berukuran  4  mm, 6  mm  dan  8  mm sebanyak  1% dari total  volume  RAPP. Pengujian  yang  dilakukan  meliputi :  densitas,  porositas, absorbsi  air,  kekuatan tekan, kekerasan vickers , kekuatan tarik,  modulus young’s, kekuatan  impak  dan  kekuatan transversal,  koordinat warna dan  analisa  mikrostruktur.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  RAPP  dengan  penambahan  serat  kaca  ukuran  6  mm merupakan kondisi optimum, diperoleh : densitas 1,25 g/cm 3 , porositas 0,46%, absorbsi air 0,36%, kekuatan tekan 88,89 Mpa, kekerasan vickers 21,067kg/mm 2 , kekuatan tarik 70,43 Mpa, modulus young’s 3328,49 Mpa, kekuatan impak 6,70 j/mm 2 , kekuatan tranversal 129 Mpa. Tidak terlihat adanya perubahan yang signifikan pada warna resin akrilik. Sebagai kesimpulan, penambahan serat kaca ukuran 6 mm sebanyak 1% dari total volume RAPP ternyata dapat menghasilkan peningkatan kualitas fisis dan mekanis yang optimum dari RAPP.
Kata kunci: resin akrilik polimerisasi panas, serat kaca, sifat fisis mekanis Edisi Cetak Dentika Dental Journal, Juli 2012 (ISSN: 1693-671X)

## PENDAHULUAN
Resin akrilik sudah digunakan di bidang kedokter- an  gigi  sejak  pertengahan  tahun  1940  untuk  ber- bagai  keperluan  seperti  untuk splinting ,  pelapis estetik,  bahan  pembuat  mahkota  tiruan  dan  anasir gigi  tiruan,  piranti  ortodonti,  bahan  reparasi,  dan bahan  pembuat  basis  gigi  tiruan  lepasan. 1-3 Resin akrilik  yang  digunakan  di  bidang  kedokteran  gigi umumnya dibedakan atas 3 jenis, yaitu resin akrilik swapolimerisasi, resin akrilik polimerisasi sinar, dan resin akrilik polimerisasi panas (RAPP). Hingga saat ini, RAPP banyak diminati  sebagai bahan pembuat basis  gigi tiruan  lepasan  karena bahan  ini memiliki sejumlah  keunggulan  di  antaranya  kualitas  estetis yang  cukup  memuaskan,  penyerapan  air  yang rendah,  memiliki  konduktivitas  termal  yang  baik, biokompatibel, mudah diproses dan direparasi tanpa membutuhkan  tenaga  ahli  laboratorium,  serta ekonomis. 1 Meskipun  demikian,  basis  gigi  tiruan RAPP  masih  memiliki  kekurangan  terutama  dalam hal kekuatan dan kekerasan sehingga bahan ini tidak jarang  mengalami  retak  atau  fraktur  setelah  be- berapa lama pemakaian akibat terkena benturan dan tarikan  yang  dialami  secara  berulang-ulang.  Oleh karena itu, sulit untuk memprediksi daya tahan basis gigitiruan  RAPP  karena  banyak  faktor  lingkungan yang mempengaruhi kekuatannya. 1,3-5
RAPP dapat dimodifikasi untuk mendapatkan sifat fisis  dan  mekanis  yang  lebih  baik  lagi  seperti  ke- kuatan fatique dan  impak  yang  lebih  besar,  yaitu dengan  cara  menambahkan  kopolimer butadiene- styrene  rubber yang  dapat  bertindak  sebagai inter- nal  shock  absorber untuk  menahan  stress  yang  di- terima  oleh  bahan  dan  meningkatkan  kekuatan lentur  serta  daya  tahan  terhadap  fraktur  akibat  ke- kuatan  impak.  Resin  akrilik high  impact ini  dapat dijadikan sebagai alternatif pengganti RAPP namun sayangnya  harga  resin  ini  jauh  lebih  mahal,  yaitu mencapai 10-20 kali harga RAPP. 1,2
Upaya  lain  yang  pernah  dilakukan  untuk  mem- perbaiki sifat fisis dan mekanis RAPP, di antaranya ialah  dengan  menambahkan  bahan  penguat  ke dalam  bahan  RAPP  seperti    serat  karbon,  serat metal,  atau  serat  kaca  ( glass  fiber ). 6-11 Pemakaian serat  karbon  atau  serat  metal  sebagai  penguat  me- miliki kekurangan dalam segi estetis. 12
Serat  kaca  adalah  material  berbentuk  serabut– serabut yang sangat halus yang mengandung bahan kaca.  Sediaan  serat  kaca  dapat  berupa  potongan kecil, batang, dan anyaman di mana masing-masing serat kaca tersebut menghasilkan kekuatan  mekanis yang  berbeda-beda  terhadap  resin  akrilik.  Gulay Uzun  dan  Filiz  Keyf melaporkan bahwa serat kaca
berbentuk  anyaman  paling  baik  untuk  memperkuat hasil  reparasi  resin  akrilik.  Meskipun  demikian, serat  kaca berbentuk  anyaman maupun batang  sulit untuk diaplikasikan pada pembuatan basis gigitiruan RAPP. 13
Hasil  penelitian  Karacaer  yang  meng-gunakan RAPP  yang  ditambah  serat  kaca  potongan  kecil ukuran  4,  6,  dan  8  mm  sebanyak  1%  dapat meningkatkan  kekuatan  impak  dan  transversalnya, namun  belum  diketahui  bagaimana  pengaruh  pe- nambahan serat kaca tersebut terhadap sifat fisis dan mekanis lainnya. 11
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  menilai  per- ubahan  sifat  fisis  dan  mekanis  pada  RAPP  yang ditambah  serat  kaca  dalam  ukuran  yang  berbeda. Hasilnya  dibandingkan  dengan  RAPP  tanpa  pe- nambahan serat kaca untuk mempertimbangkan ke- untungan yang diperoleh.

## BAHAN DAN METODE
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental laboratories  menggunakan  RAPP  merk  GC- America,  Inc  yang diproses  sesuai petunjuk pabrik. Sampel  dibuat  berbentuk  batang  dengan  ukuran  65 mm x 10 mm x 2,5 mm. Jumlah keseluruhan sampel adalah 16  yang dihitung memakai  rumus  Steel  dan Torrie, dan dibagi atas 4 kelompok, yaitu kelompok A:  4  sampel  RAPP  tanpa  penambahan  serat  kaca sebagai  kelompok  kontrol;  B:  4  sampel  RAPP dengan penambahan serat kaca potongan 4 mm; C: 4  sampel  RAPP  dengan  penambahan  serat  kaca potongan  6  mm;  dan  D:  4  sampel  RAPP    dengan penambahan  serat  kaca  potongan  8  mm.  Untuk memperoleh  4  sampel  kelompok  A  digunakan  GC dengan  perbandingan  9  gr  bubuk  polimer:  3,6  ml cairan  monomer,  sedangkan  untuk  mendapatkan sampel  kelompok  B,  C,  dan  D  ke  dalam  RAPP ditambahkan  serat  kaca merk  Taiwan Glass buatan Taiwan  sebanyak  1%  dari  total  berat  polimer  dan monomer yang digunakan.
Setelah  proses  kuring  diselesaikan,  sampel  di- rapikan menggunakan bur fraser hingga permukaan rata kemudian dihaluskan dengan kertas pasir water- proof ukuran 400 dan 600 sebelum akhirnya dipoles menggunakan polishing  motor dengan  kecepatan 500 rpm  untuk menghasilkan permukaan yang rata, halus, dan mengkilat.
Pengukuran  sampel  dilakukan  untuk  mengetahui perubahan  karakteristik  sifat  fisik  RAPP  sebelum dan sesudah penambahan serat kaca ukuran 4 mm, 6 mm dan 8 mm, meliputi densitas ( density ), porositas ( porosity ),  penyerapan  air  ( water  absorbtion ),  ke- kuatan  tekan   ( Compressive   Strength ),   kekerasan
( Hardness  Vickers ),  kekuatan  tarik  ( Tensile  Stre- nght ),  modulus  young’s,  kekuatan  impak  ( Impac Strength ),  analisis  warna,  dan  analisis  mikrostruk- tur.
Pengukuran  masing-masing  kelompok  sampel dilakukan  empat  kali  kemudian  diambil  rata- ratanya.  Pengukuran  densitas  dilakukan  memakai prinsip  Archimedes  sedangkan  untuk  pengukuran porositas  dan  absorbsi  air  dilakukan  mengacu  pada ASTMC  373.  Untuk  mengetahui  berapa  besar  ke- kuatan tekan dilakukan pengujian menggunakan alat Universal  Testing  Mechine sementara  untuk  me- ngukur kekerasan digunakan alat microhardness tes- ter ,  Matsuzawa  MXT-50  dengan  penumpu  berupa diamond pyramide dan pengujian ini mengacu pada standar  ASTME  18-D2.  Uji  kekuatan  tarik  di- gunakan  alat universal  testing mechine (UTM)  dan pengujian mengacu pada standar ASTMC 773. Analisis  stabilitas  warna  dilakukan  untuk  me- ngetahui perubahan warna yang terjadi terhadap pe- rendaman  dalam  cairan  Na2SO3.  Alat  yang  di- gunakan  adalah  Color  Difference  Meter  WSC–S, sedangkan untuk analisis mikrostruktur diidentifkasi memakai alat Scanning Electron Microscope -EDX.

## HASIL
Hasil  penelitian  menunjukkan  rerata  densitas RAPP berada pada interval 1,15-1,25 gr/cm 3 dengan nilai  tertinggi  terdapat  pada  RAPP  dengan  pe- nambahan  serat  kaca  ukuran  6  mm  dan  te- rendah  pada  RAPP  tanpa  penambahan  serat  kaca (Gambar 1).
Gambar 1. Grafik hubungan densitas ter- hadap komposisi resin akrilik polimerisasi panas
Hasil  uji  porositas  menunjukan  porositas  RAPP berada  pada  interval  0,46-0,48%  dengan  nilai tertinggi  (0,48%)  terdapat  pada  RAPP  tanpa penambahan serat kaca dan terendah  (0,46%) pada RAPP dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm (Gambar 2).

## Gambar 2.  Grafik hubungan porositi ter- hadap komposisi resin akrilik polimerisasi panas
Nilai  penyerapan  air  RAPP  berada  pada  kisaran 0,36-0,38%  dengan  nilai  tertinggi  terdapat  pada RAPP  tanpa  penambahan  serat  kaca  (0,38%)  dan terendah pada RAPP dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm (0,36%) (Gambar 3).

## Gambar 3.  Grafik hubungan absorption ter- hadap   komposisi   resin  akrilik polimerisasi panas
Nilai  kekuatan  tekan  RAPP  berada  pada  interval 70,74-88,89  Mpa  dengan  nilai  tertinggi  terdapat pada RAPP dengan penambahan serat  kaca  ukuran 6 mm dan terendah  pada RAPP tanpa penambahan serat kaca (Gambar 4).
Gambar 4.  Grafik     hubungan    kekuatan tekan terhadap komposisi
Hasil  uji  kekerasan  ditemukan  bahwa  nilai kekerasan  RAPP  berada  pada interval 16,03-18,93
kg/mm 2 dengan  nilai  tertinggi  terdapat  pada RAPP dengan penambahan serat kaca ukuran 6 mm dan  terendah  pada  RAPP  tanpa  penambahan  serat kaca (Gambar 5).

## Gambar 5.  Grafik hubungan kekerasan vickers terhadap komposisi
Nilai  rerata  kekuatan  tarik  ditemukan  tertinggi pada  kelompok  RAPP  dengan  penambahan  serat kaca ukuran 6 mm, yaitu sebesar 70,43 Mpa sedang yang  terendah  terdapat  pada  kelompok  kontrol, yaitu sebesar 44,44 Mpa (Gambar 6).
Gambar 6.  Grafik   hubungan   antara   mo- dulus dan tensil  terhadap  kom- posisi
Nilai  modulus  young’s  RAPP  ditemukan  berada pada  interval  2311,33-3328,49  Mpa.  Nilai  tertinggi terdapat pada RAPP dengan penambahan serat kaca ukuran  6  mm  sedangkan  terendah  terdapat  pada RAPP tanpa penambahan serat kaca (Gambar 7).
Gambar 7.  Grafik hubungan antara Young modulus terhadap komposisi
Pada  uji  kekuatan  impak  diperoleh  hasil  bahwa RAPP dengan penambahan serat kaca ukuran 8 mm memiliki  nilai  kekuatan  impak  tertinggi,  yaitu 6,83.10 -3 J/mm 2 sedangkan terendah 3,58.10 -3 J/mm 2 ditemukan  pada  RAPP  tanpa  penambahan  serta kaca (Gambar 8).

## Gambar 8.  Grafik  hubungan   antara   kekuatan impak terhadap komposisi
Hasil  analisis  warna  menggunakan  metode Red Green  Blue (RGB)  setelah  dilakukan  perendaman sampel  dalam  Na 2 SO 3 dengan  konsentrasi  yang bervariasi  tidak  ditemukan  adanya  perubahan warna.
Pengamatan  terhadap  mikrostruktur  RAPP  tanpa penambahan serat kaca menggunakan SEM dengan pembesaran  200  X  dan  1000  X  memperlihatkan bahwa  bubuk  polimer  terdistribusi  secara  merata dengan  cairan  monomernya,  namun  permukaannya tidak mulus (Gambar 9 dan 10).
Gambar 9.  Mikrostruktur RAPP per- besaran X 200
Gambar 10. Mikrostruktur RAPP per- besaran X 1000
Hasil  pengamatan  mikrostruktur  RAPP  dengan penambahan  serat  kaca  ukuran  6  mm.  untuk  ma- sing-masing  perbesaran  menunjukkan,  bahwa  serat kaca  yang  ditambahkan  terdistribusi  secara  merata dalam  RAPP  dan  poros  yang  terbentuk  berukuran lebih kecil.

## PEMBAHASAN
Hasil  penelitian  ini  menunjukan  bahwa  penam- bahan  serat  kaca  ke  dalam  bahan  RAPP  dengan ukuran  dan  jumlah  tertentu  ternyata  dapat  mem- perbaiki  sifat  fisik  bahan  tersebut.  Di  antara  ketiga kelompok  perlakuan,  kelompok  RAPP  dengan  pe- nambahan serat kaca ukuran 6 mm memperlihatkan hasil  adhesi  optimal  antara  serat  kaca  dengan  ma- triks  polimer  sehingga  densitasnya  mencapai  nilai yang  maksimal,  namun  penambahan  serat  kaca dengan  ukuran  8  mm  sebanyak  1%  dari  volume RAPP  mengakibatkan  proses  polimerisasi  terjadi lebih  lambat  sehingga  terbentuk  kekosongan  atau rongga dan proses adhesi tidak lagi optimal. 7,13 Ber- dasarkan  referensi  ISO  1183,  resin  akrilik  poli- merisasi panas memiliki densitas yang relatif rendah yaitu  sekitar  1,15-1,19  gr/cm 3 .  Hal  ini  disebabkan resin polimerisasi panas terdiri atas kumpulan atom– atom  ringan,  seperti  karbon,  oksigen  dan  hidrogen. Densitas  merupakan  fungsi  dari  kerapatan  kom- posisi  sehingga  dengan  menambahkan  serat  kaca yang  nilai  densitasnya  2,79  gr/cm 3 dapat  mengisi rongga  kosong  sehingga  meningkatkan  nilai  den- sitas dan kekuatan bahan RAPP. 3,4,9
Hubungan densitas suatu bahan adalah berbanding terbalik dengan nilai porositasnya, di mana semakin besar  nilai  densitas  maka  semakin  sedikit  ter- bentuknya  rongga  atau  poros  dalam  bahan  tersebut sehingga  mempengaruhi  sifat  mekaniknya  salah satu  penyebab  kegagalan  suatu  bahan  adalah  ke- beradaan  porositas.  Porositas  akan  mempengaruhi sifat mekanis bahan, struktur berpori akan menurun- kan  kekuatan  dan  kekerasan.
nya,  namun  permukaannya  tidak  mulus  baik  pada RAPP  tanpa  maupun  dengan  penambahan  serat kaca.  Hal  ini  kemungkinan  disebabkan  oleh  proses pencetakan  yang  kurang  bagus  sehingga  terdapat sisa monomer pada moulting . 7,12
Berdasarkan  hasil  penelitian  dapat  disimpulkan bahwa  penambahan  serat  kaca  dalam  jumlah  dan ukuran tertentu ke dalam RAPP dapat  memperbaiki sifat  fisik  dari  RAPP.  Penambahan  serat  kaca ukuran 6 mm sebanyak 1% dari total volume RAPP ternyata  dapat  menghasilkan  peningkatan  kualitas fisik  yang  optimum  dari  RAPP.  Penelitian  lebih lanjut  masih  perlu  dilakukan  untuk  mengetahui perubahan sifat fisis dan mekanis bahan RAPP yang ditambah serat kaca dengan volume yang bervariasi.

## Daftar Pustaka
1. Carr AB, McGivney GP, Brown DT. McCrackens’s removable  partial  prosthodontics.  11 th ed.  Phila- delphia: Elsevier Mosby, 2005: 9.
2. Anusavice, Kenneth J, Phillips. Buku ajar ilmu bahan kedokteran  gigi.  Alih  Bahasa.  Johan  Arif  Budiman, Susi Puwoko, Lilian Juwono. Edisi 10, Jakarta: EGC, 2003: 197-8, 206-7, 210.
3. Ferrancane JL. Materials  in dentistry: principles and applications 2 nd ed.  Philadelphia: Lippincott Williams & Walkins, 2001: 262-5.
4. Craig  RG,  Powers  JM,  Dental  materials  proper- ties  and  manipulations  7 th ed,  India:  Mosby,  2000: 257-70.
5. Kanie T, Fujii K, Arikawa H. Flexural properties and impact  strength  of  denture  base  polymer  reinforced with woven glass fibres. Dent J 2000; 16: 150-8.
6. Tacir IH, Kama JD, Zortuk M. Flexural properties of glass  fibre  reinforced  acrylic resin polymers. J Aust Dent 2006; 51: 52-6.
7. Mahalistyani R, Ratwita, DF. Dimensional change of acrylic  resin  plate  after  the  reinforcement  of  glass fibre. Dent J 2007; 40 (2): 61-4.
8. Vojdani  M,  Kaledi  AAR.  Tranverse  strength  of reinforced  denture  base resin  eith  metal wire  and e- glass fibers. Dent J 2006; 3: 167-72.
9. Lee  SI,  Kim  CW,  Lim  YJ.  Strength  of  glass  fiber reinforced  PMMA  resin  and  surface  roughness changed  after  abrasion  test.  J  Korean  Acad Prosthodont 2007; 45: 310-20.
10. Rahamneh  LA.  Impact  strength  of  acrylic  resin denture  base  material  after  the  addition  of  different fibers. Paskitan Oral & Dental J 2009; 29(1) : 181-3.
11. Karacaer  O,  Pollat  TN,  Tazvergil  A.  The  effect  of length  and  consentration  of  glass  fibers  on  the mechanical  properties  of  an  injection  and  a compression  molded  denture  base  polymer.  J Prosthet Dent 2003; 90: 385-93.
12. Anonymous.  Kaca  serat  2007.  http://id.wikipedia. org/wiki/kacaserat (Desember 2010).
13. Uzun G, Keyf F. The effect of woven, chopped and longitudinal  glass  fibers  reinforcement  on  the transverse  strength  of  a  repair  resin.  J  Biomaterial Appl 2001; 15: 351-8.
14. Goguta L, Masavina L, Bratu D. Impact strength of acrylic heat curing denture base resin reinforced with e-glass fibers. TMJ 2006; 56: 1.
15. Obukuro  M,  Takahashi  Y,  Shimizu  H.  Effect  of diameter of glass fiber on flexural properties of fiber- reinforced  composites.  Dent  Mater  J  2008;  27  (4)  : 541-8.