BAB II LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
5. Karakteristik Komposit
Spektroskopi IR merupakan salah satu metode analisa yang digunakan untuk karakterisasi bahan polimer dan analisis gugus fungsi. Metode ini didasarkan pada radiasi inframerah dengan materi (interaksi atom atau molekul dengan radiasi elektromagnetik. Ikatan suatu senyawa organik bila dikenai sinar infra merah akan diubah menjadi energi vibrasi. Energi vibrasi ini sebanding dengan frekuensi vibrasi dimana frekuensi setiap ikatan berbeda-beda (Hartomo, 1981). Vibrasi dipengaruhi oleh factor primer dan sekunder. Faktor primer antara lain kekuatan ikatan, massa tereduksi serta efek massa sekunder. Sedangkan, faktor sekunder antara lain vibrasi kopling, ikatan hidrogen, efek elektronik, sudut ikatan, dan efek medan (Kemp, 1987).
Identifikasi gugus fungsi pada polimer dapat dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer infra merah dan dihasilkan data dalam bentuk spektra. Suharty et al. (2007a) dalam penelitiannya melaporkan bahwa PP murni memiliki serapan khas pada bilangan gelombang 2723 cm-1 dan gugus metilen pada daerah serapan 2890 cm-1 untuk (-CH2-)str dan 1454 cm-1serta 1165 cm-1untuk
(-commit to user
CH2-)bend. Serapan vinil C=C berada pada daerah serapan 1640 cm-1. Gugus hidroksil (OH) memberikan serapan melebar (adanya ikatan hidrogen) pada 3550 –3200 cm-1 (Silverstain, 1963).
b). Difraksi Sinar-X (XRD)
Kemajuan teknik karakterisasi dalam elusidasi struktur membuka pandangan baru pada karakteristik material padat. Beberapa teknik karakterisasi yang penting antara lain spektroskopi infra merah, SEM, dan XRD. Difraksi sinar-X (XRD) sangat penting digunakan dalam menentukan kristalinitas dari substansi amorf. Suatu difraktogram XRD dari polimer tidak akan menunjukkan puncak yang tinggi dan tajam, namun kristalografi suatu polimer nanokomposit akan menunjukkan puncak yang tinggi dan tajam (Lageshetty dan Venkartraman, 2005).
Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang pendek sebesar 0.7 sampai 2.0 nm. Bila elektron-elektron dari suatu kawat pijar yang dipanasi dipercepat melalui suatu perbedaan potensial yang besar dan menumbuk suatu sasaran logam di dalam sebuah tabung sinar-X maka sinar-X
dihasilkan dengan suatu distribusi λ yang kontinyu. Jika sinar-X itu kemudian menumbuk sebuah kristal, maka sinar-X yang akan direfleksikan akan membentuk titik-titik luas yang sangat tinggi intensitasnya pada sebuahlayer/film.
Gambar 15. Skema pemantulan sinar X oleh bidang kristal
Titik-titik itu ditimbulkan oleh interferensi konstruktif dari gambar-gambar kecil yang dihasilkan oleh banyak atom. Difraksi sinar-X atau biasa disebut XRD merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui pengaturan atom-atom dalam sebuah tingkat molekul. Pengaturan atom-atom tersebut dapat diinterpretasikan melalui analisa d spasing dari data difraksi sinar-X. Selain nilai d spasing, observasi
commit to user
tingkat kristalinitas bahan dan perubahan struktur mesopori dapat pula diketahui melalui data difraksi sinar-X. Puncak yang melebar menunjukkan kristalinitas rendah (amorf), sedangkan puncak yang meruncing menunjukkan kristalinitas yang lebih baik.
Nilai d spasing tidak dapat digunakan untuk menentukan jarak interatom dari suatu molekul, namun dapat digunakan untuk merefleksikan jarak interplanar
atau jarakinterlayerantar kisi-kisi atom dalam suatu material. Nilai d spasing sangat tergantung pada pengaturan atom dan struktur jaringan polimer dalam material. Jarak antarinterplanaratauinterlayerdapat dikalkulasikan melalui persamaan Bragg’s :
2 d sin θ = n λ
Keterangan : d = Jarak interplanar atau interatom
λ = Panjang gelombang logam standar θ = Kisi difraksi sinar X
Dalam analisis kimia, XRD bermanfaat untuk penentuan jenis kristal, penentuan kemurnian relatif dan derajat kristalinitas sampel, deteksi senyawa baru maupun deteksi kerusakan oleh suatu perlakuan. XRD akan menghasilkan suatu difraktogram dengan variabel intensitas dua kali sudut difraksi (West, 1992).
c). Pengujian Daya Bakar
Komposit dengan penambahan senyawa fire retardant perlu diuji peningkatan kemampuan hambat bakarnya untuk mengetahui seberapa besar pengaruh senyawa fire retardant tersebut. Sain et al. (2004) telah melakukan uji nyala yang meliputi uji pembakaran secara horizontal terhadap sampel komposit yang ditambahkan senyawa fire retardant berdasarkan pada ASTM D-635 yang merupakan metode standar pengujian daya bakar yang digunakan untuk menentukan rata-rata pembakaran relatif yang disebabkan oleh plastik yang diuji itu sendiri. Spesimen yang digunakan dalam pengujian ini berukuran 125 mm x 13 mm x 3 mm
commit to user
Pengujian dilakukan dengan menggunakan nyala api biru dengan tinggi 2 cm. Pengamatan yang dapat dilakukan antara laintime to ignition (TTI), suhu sesaat setelah pembakaran, lamanya waktu pembakaran yang diperlukan untuk mencapai panjang tertentu sehingga dapat ditentukan kecepatan pembakaran, dan pengamatan fisik yang terjadi selama pembakaran berlangsung berupa lelehan dan tetesan yang terjadi serta adanya pembentukan arang. Kecepatan pembakaran dapat dihitung menggunakan rumus di bawah ini :
Kecepatan pembakaran (mm/menit) =
Keterangan : L = panjang specimen yang terbakar (mm); 75 mm t = waktu pembakaran (s)
Heat release (HR) adalah kemampuan suatu material untuk melepaskan panas setelah material tersebut terbakar. Persentase heat release dapat diukur dengan menggunakan rumus:
Heat release ( HR ) = 1 100% 0 1 T T
Keterangan : HR =Heat Release
T1= Suhu panel setelah 5 detik api dipadamkan T0= Suhu pembakaran
d). Pengujian Sifat Mekanik
Penggunaan bahan polimer sebagai bahan industri sangat tergantung pada sifat mekanisnya. Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik ( ), modulus Young (E), energi serap serta kekuatan impak. Kekuatan tarik (Tensile Strength, TS) mengacu pada ketahanan terhadap tarikan. Kuat tarik diukur dengan menarik spesimen dengan gaya tertentu (Sopyan, 2001). Menurut ASTM D-638 tipe V, uji kekuatan tarik menggunakan spesimen dengan ketebalan sampai 4 mm (ASTM, 1985).
60L
commit to user Keterangan :
W (lebar) = 3,18 ± 0,125 mm G (panjang ukuran tempat tanda tes) = 7,62 ± 0,3 mm WO (lebar utuh) = 9,53 ± 0,375 mm L (panjang) = 9,53 ± 0,375 mm
D (jarak pegangan) = 25,4 ± 1 mm LO (panjang utuh) = 63,5 ± 2,5 mm R (jari-jari kecil) = 12,7 ± 0,5 mm T (tebal) = 4 ± 0,4 mm
Gambar 17. Spesimen uji kekuatan tarik sesuai ASTM D 638 tipe V Kekuatan tarik dapat dihitung berdasarkan rumus :
Keterangan : = kekuatan tarik bahan (kf F/mm2) F = tegangan maksimun (kg F) A = luas penampang bahan (mm2)
Semakin besar berat molekul suatu komposit maka gaya yang dibutuhkan untuk menarik komposit sampai patah juga semakin besar. Dengan demikian kuat tariknya juga semakin besar.
Modulus young (E) atau modulus elastisitas merupakan perbandingan antara kuat tarik dengan regangan. Suatu material kaku mempunyai Modulus Young tinggi dan berubah bentuknya sedikit di bawah beban elastis, contoh: intan. Suatu material fleksibel mempunyai Modulus Young yang rendah dan berubah bentuknya dengan sangat mudah, contoh : karet (Hastomo B, 2009). Modulus young dapat dihitung dengan :
Dimana : E = Modulus Young (MPa)
σ= Kuat tarik (MPa)
ε =Elongation/Regangan (%) Fmaks A σ = Kuat Tarik (σ) Elongation(ε)
commit to user
Energi serap (Es) adalah ukuran dari jumlah energi potensial darihammer
atau pemukul yang diserap specimen pada saat proses pematahan specimen (Hadi Q
and Gunawan, 2011). Sedangkan kekuatan impak (Is) merupakan suatu kriteria penting untuk mengetahui ketangguhan material dengan cara memberi beban secara tiba-tiba dengan kecepatan yang tinggi (Barleany et al., 2011). Pengujian impak menggunakan Charpy Impact Testing Machine dengan mengikuti ASTM D 6110. Semakin tinggi energi serap serta kekuatan impak dari material maka ketangguhan juga semakin tinggi (Barleany et al., 2011). Energi serap (Es) dapat dihitung dengan rumus :
Energi Serap (Es) = G x R x (Cosβ – Cos α)
Dimana : Es = Energi serap (Joule)
G = Berat beban/ pembentur (Newton)
R = Jari-jari pusat putar ke titik berat pembentur (meter)
Cos β = sudut ayunan tanpa beban uji
Cos α = sudut ayunan saat mematahkan spesimen Sedangkan kekuatan impak (Is) dapat dihitung dengan rumus :
Dimana : Is = Kekuatan Impak (Joule/m2) Es = Energi serap (J)
A = Luas penampang spesimen (m2)