POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1
Maret 2014
PENGARUH FRAKSI VOLUME SERBUK GENTING TERHADAP PERUBAHAN KEKUATAN LENTUR DAN KEKUATAN IMPAK PADA KOMPOSIT POLYESTER RESIN. 1)
Basmal, 2)Jumardi , 3)Siswanto
1)
.Jurusan Teknik Otomotif Politeknik Pratama Mulia Surakarta Jurusan Teknik Mesin Politeknik Pratama Mulia Surakarta Jl. Haryo Pnular no. 18 A Solo 57149, email:
[email protected] 2,3).
ABSTRACT Research material polyester resin - powder composite tile waste aims to determine the effect of volume fraction of powder tile to changes in flexural strength and impact strength of the composites . Composites using polyester resin as the matrix , tile powder as filler and hardener using MEKP . The powder obtained by grinding the tiles using a tile waste crhuser machine and sieved powder 60-80 mesh . Resin and powder mixed with tile in the tile powder volume fraction 30 % , 40 % , 50 % and 60 % . MEKP hardener mengguanakan 2 wt % . Material is then molded into test specimens bending specimen then standard ASTM D 790 , ASTM D standard impact test 5941 , and SEM to determine the morphology of the bonding matrix and filler . Test results obtained flexural test data vf 30 % 32.74 N/mm2 , 35.03 N/mm2 Vf 40 % , 50 % vf 35.37 N/mm2 and 26.86 N/mm2 vf 60 % . Impact testing data vf 30 % 0.21 mm / sec , 40 % vf 0.18 mm / sec , 50 % vf 0.11 mm / sec , 60 % vf 0.11 mm / sec . The flexural strength can be at Vt 50 % and impact strength at 40 % to the vf . Keywords : Composites , Polyester , powder tile waste , mechanical testing . PENDAHULUAN Material komposit dewasa ini telah banyak dipalikasikan penggunaanya dalam berbagai kebutuhan dalam industri transportasi. Komposit merupakan material yang di buat dengan menggabungkan dua material atau lebih dengan skala makrokospis untuk menghasilkan suatu bahan baru yang lebih kuat. Polimer memegang peranan penting dalam perkembangan material komposit. Pengaruh Fraksi Volume . . .
Pemanfaatan polimer pada rekayasa material komposit digunakan sebagai bahan penguat (matrik). Bahan komposit polimer terdiri dari bahan yang berfungsi sebagai perekat atau pengikat menggunakan resin dan bahan yang berfungsi sebagai penguat seperti fiberglass, karbon atau grafit, kevlar, atau boron. Jenis resin yang paling umum digunakan adalah resin epoxi, poliester,vinilester, dan resin poliuretan. semua resin tersebut 13
POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1
Maret 2014
diklasifikasikan sebagai polimer termoset. Karakteristik dan sifat Polimer termoset memiliki banyak kelebihan jika dibandingkan dengan material baja sehingga polimer banyak disukai dan dimanfaatkan dalam berbagai sektor industri tersebut. Sifat dan karakteristik polimer termoset tersebut antara lain: chemical reactive adhesives, thermal conductive adhesive, electrical conductive adhesive, corrosion resistance, kekuatan tarik dan kekuatan bending, namun thermoset juga mempunyai kelemahan yaitu sifat sensitif menyerap air, getas dan notch sensitive (Mohd, dkk, 2010). Genteng adalah material yang terbuat dari tanah liat (Lempung), mineral lempung merupakan bahan alam yang relatif banyak terdapat di Indonesia. Lempung alam di Indonesia didominasi oleh lempung kelompok montmorillonit yang mudah menyerap air. Aplikasi lempung pada industri diantaranya digunakan pada kertas, keramik, karet, plastik, penguat pada thermoplastik dan thermoset. Sifat fisik dan kimia tanah lempung diantaranya memberikan sifat permukaan halus, produk lebih atraktif, dimensi lebih stabil, dan mempunyai ketahanan yang sangat tinggi terhadap panas dan pengaruh kimia (Pamungkas, 2011). Mineral ini memiliki luas permukaan yang besar dan kapasitas penukar kation yang baik sehingga antarlapis silikat lempung montmorillonit dapat disisipi (diinterkalasi) dengan suatu bahan yang untuk memperoleh suatu bentuk komposit yang sifat fisik kimianya berbeda dibandingkan
lempung sebelum dimodifikasi (Negara Sutha, dkk, 2008). Polimer thermoset dan tanah lempung memiliki sifat mekanik dan sifat kimia yang sangat baik, maka diajukanlah penelitian tentang rekayasa material komposit menggunakan resin thermoset polyester sebagai matrik dan serbuk genteng limbah sebagai pengisi (filler). Penelitian rekayasa material komposit ini merupakan salah satu usaha menciptakan produk material inovatif yang dapat menghasilkan material yang memiliki karakteristik mekanik yang baik serta ketahanan bakar yang optimum sehingga dapat di aplikasikan sebagai material alternatif pada industri.
Pengaruh Fraksi Volume . . .
KAJIAN PUSTAKA Bahan Komposit Didalam dunia industri kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur menjadi satu. komposit adalah sruktur material yang terdiri dari 2 kombinasi bahan atau lebih, yang dibentuk pada skala makroskopik dan menyatu secara fisika ( Diharjo K, 2005). Keuntungan material komposit dibandingkan dengan material logam adalah bahwa kemampuan material tersebut dapat dibentuk dan diarahkan sehingga kekuatannya dapat diatur hanya pada arah tertentu yang kita kehendaki, hal ini dinamakan "tailoring properties" dan ini adalah salah sifat istimewa yang komposit yaitu ringan, kuat, tidak terpengaruh korosi, dan mampu 14
POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1
Maret 2014
bersaing dengan logam, dengan tidak kehilangan karakteristik dan kekuatan mekanisnya.
bending secara umum ditentukan sebagai berikut
Pengujian Komposit. Pengujian Impak. Pengujian impak komposit menggunakan metode Izod, spesimen dibuat tanpa takik (knot). Pengujian impak menggunakan standar ASTM D 5941. Secara umum besarnya energi serap pada pengujian impak dapat dirumuskan : Eserap = WR (cosβ2– cosβ1) ....(1) Dimana, Eserap = Energi serap (Joule) W = Berat pendulum (N) R = Jarak pendulum terhadap titik poros (m) β 1 = Sudut ayun pendulum tanpa spesimen β 2 = Sudut ayun pendulum setelah mematahkan spesimen. Dengan mengetahui besarnya energi yang diserap oleh material, maka kekuatan impak (acU) benda uji dapat dihitung : E (2) a cU = serap × 10 3 ... h×b Dimana, acU = Kekuatan impak (kJ/m2) Eserap = Energi serap (Joule) H = tebal specimen (mm) B = lebar specimen (mm) Pengujian Lentur. Pengujian kekuatan bending pada komposit menggunakan metode three point bending dengan standar ASTM D 790. Besarnya kekuatan Pengaruh Fraksi Volume . . .
σb =
3 PL ............. (3) 2 bd 2
Dimana: σb = kekuatan bending, (MPa) P = beban, (N) L = jarak tumpuan, (mm) d = tebal spesimen, (mm) b = lebar spesimen, (mm) Foto SEM. SEM atau Scanning Electron Microscope memiliki fungsi untuk mengetahui detail arsitektur permukaan sampel. Cara kerja SEM adalah dengan membentuk suatu gambar dengan menembakkan suatu sinar electron berenergi tinggi antara 1hingga 20V melewati sampel dan kemudian mendeteksi ‘secondary electron’ dan ‘backscattered electron’ yang dikeluarkan. ‘Secondary electron’ berasal pada 5-15 nm dari permukaan sampel dan memberikan informasi topografi dan untuk tingkat yang kurang, pada variasi unsur dalam sampel. ‘Backscattered electron’ terlepas dari daerah sampel yang lebih dalam dan memberikan informasi terutama pada jumlah atom rata-rata dari sampel. METODE PENELITIAN Bahan Bahan penelitian menggunakan resin polyester 157 BQTN sebagai matrik, hardener menggunakan MEKP. Resin dan hardener dibeli dari Toko Kimia Justus di Semarang. Genteng limbah di beli dari sentra industri genteng Kebakramat Karanganyar. Persiapan 15
POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1
Maret 2014
Limbah genteng di giling menggunakan mesin crusher dan diayak mesh 60-80. Matrik menggunakan Resin polyester 157 BQTN, Hardener menggunakan MEKPO, fraksi volume serbuk genteng adalah 30%, 40%, 50% dan 60%.
kekakuan yang mempengaruhi pada sifat lentur komposit .
Mencetak Spesimen. Bahan resin polyester 157 BQTN, serbuk genteng dan hardener dicampur dan kemudian di tuang dalam cetakan dan di biarkan selama 30 menit. Spesimen setelah mengeras kemudian di lepas dari cetakan. Spesimen yang dibuat meliputi spesimen uji bending dan uji impak. Menguji Spesimen. Spesimen di uji terhadap kekuatan bending menggunakan standar ASTM D 790 ( Metode three point bending), Standar Uji Impak ASTM D 5941. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Lentur Hasil pengujian komposit poliester resin-serbuk genteng limbah mesh 60-80 terhadap kekuatan lentur komposit adalah bahwa pada vf 30% 32,74 N/mm2, Vf 40% 35,03 N/mm2 , vf 50% 35,37 N/mm2, dan vf 60% 26,86 N/mm2. Komposit dengan vf 50% memiliki kekuatan lentur tertinggi dibanding dengan vf 30%, 40%, dan 60%. Pada vf 50% matrik poliester dapat masuk mengisi antar permukaan partikel serbuk genteng dan terjadi ikatan yang baik dan tidak terdapat void (Gambar 2), serta serbuk genteng memberikan dampak
Pengaruh Fraksi Volume . . .
Gambar 1. Grafik kekuatan lentur.
Komposit dengan pada fraksi volume 60% memiliki kekuatan lentur terendah, volume serbuk genteng yang banyak (60%) membuat matrik poliester tidak dapat masuk mengisi antara permukaan partikel dan menyebabkan ikatan matrik dan serbuk genteng tidak terjadi dengan baik serta terdapat void (Gambar 3). Pada Vf 30% menunjukkan kekuatan lentur lebih tinggi (32,74) apabila dibanding dengan kekuatan lentur vf 60%. Hal ini di sebabkan karna pada vf 30% antara matrik poliester dan serbuk genteng dapat terikat dengan baik tetapi serbuk genteng sebagai pengisi komposit belum dapat memberikan pengaruh kekuatan lentur yang lebih baik.
16
POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1
Filler serbuk genteng
Gambar 2. Hasil foto SEM Komposit vf serbuk genteng 50%.
Maret 2014
genteng pengisi dengan matrik poliester resin, serta pengisi serbuk genteng memberikan penambahan sifat mekanik pada komposit. Penurunan kembali kekuatan impak terjadi pada Komposit dengan vf 50%, dan 60%. Penambahan fraksi volume pengisi serbuk genteng pada komposit tidak meningkatkan sifat kuat impak, hal ini disebabkan matrik poliester tidak mampu mengisi antar permukaan serbuk pengisi dengan baik, sehingga ikatan antara pengisi dan matrik kurang baik.
Void Filler Serbuk genteng Gambar 2. Hasil foto SEM Komposit vf serbuk genteng 60%.
Pengujian Impak. Kekuatan impak pada vf 30% 0,21 mm/detik, vf 40% 0,18 mm/detik, vf 50% 0,11 mm/detik, vf 60% 0,11 mm/detik. Komposit poliester dengan vf 30% memiliki kekuatan impak terendah, Penambagan fraksi volume meningkatkan kekuatan impak komposit. Kekuatan inpak tertingii di dapat pada fraksi volume (vf) 40%, terjadi ikatan yang baik antara serbuk Pengaruh Fraksi Volume . . .
Gambar 4. Grafik Kekuatan impak. DAFTAR PUSTAKA Diharjo Kuncoro, 2005, Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta. Hariyanto Agus, 2009, Rekayasa Komposit ich Berpenguat Serat Ramie Dengan Core Sekam Padi, Jurusan Teknik Mesin Mohd HN, dkk, 2010, Flexural and Morphological Properties of Epoxy/Glass Fiber/Silane17
POLITEKNOSAINS VOL. XIII NO. 1
Maret 2014
Treated OrganoMonmorilonite Composites, School of Materials and Mineral Resources Engineering, Universiti Sains Malaysia. Mallick P.K., 1988, Fiber-reinforced Composites, Departement of Mechanical Engineering University of Michican, Dearborn, Michigan Ngafwan, 2007, Sifat Fisis dan Mekanik Komposit Serat Limbah Pati Onggok Sandwich dengan Core Serat Acak dari Bahan Limbah Sekam Padi Dengan Matrik Resin, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta Negara Sutha, dkk, 2008, Preparasi dan Karakterisasi Komposit Kromium OksidaMonmorilonit, FMIPA Universitas Udayana Bukit Jimbarandan FMIPA Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. Pamungkas Adi, 2011, Studi Mekanika dengan Pengujian Tarik dan Ketangguhan Retak Komposit Epoxy-Kaolin, Politeknik Negeri Banding. Rusmiyatno Fandy, 2007, Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Tarik dan Kekuatan Bending Komposit Nylon/Epoxy Resin Serat Pendek Random, Fakutas Teknik, Universitas Negeri Semarang. Schwart,M.M. 1984, Composite Material Hand Book, Mc Graw Hill Inc, New York.
Pengaruh Fraksi Volume . . .
18
