PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME, TEMPERATUR DAN WAKTU POST-CURING TERHADAP KARAKTERISTIK TARIK KOMPOSIT POLYESTER PARTIKEL HOLLOW GLASS MICROSPHERES

(1)

PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME, TEMPERATUR DAN WAKTU POST-CURING TERHADAP

KARAKTERISTIK TARIK KOMPOSIT POLYESTER PARTIKEL HOLLOW GLASS MICROSPHERES

Irwan Nugraha Saputra 2109100100

Dosen Pembimbing : Putu Suwarta ST , MSc

(2)

Latar Belakang

(3)

Aplikasi

(4)

Rumusan Masalah

 Bagaimana pengaruh penambahan variasi vol. fraksi HGM pada polyester terhadap kekuatan tarik

komposit

 Bagaimana pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing

terhadap karakteristik tarik komposit dalam fraksi

volume tetap

(5)

Tujuan

 Menganalisa pengaruh penambahan variasi vol.

fraksi HGM pada polyester terhadap kekuatan tarik komposit

 Menganalisa pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing

terhadap karakteristik tarik komposit dalam fraksi

volume tetap

(6)

Batasan masalah

 Temperatur pada proses pembuatan dan pengujian dianggap konstan yaitu 27 ⁰ C

 Spesimen yang dihasilkan dari proses pencetakan dianggap baik (porositasnya < 2%)

 Holow Glass Microsphere yang digunakan memiliki

komposisi dan dimensi yang sama

(7)

Dasar Teori

Penguat Matriks

Komposit

(8)

Matriks

 Polymer matrix composite

 Ceramic matrix composite

 Metal matrix composite

(9)

 Serat  serat pisang, serat bambu

 Partikel  hollow glass, calcium carbonat

 Laminate  karbon fiber

 Whisker  aluminium borate

Penguat

(10)

Hollow Glass Microspheres Polyester

Komposit partikel dengan matriks

polymer

(11)

(12)

Polyester – HGM

R. J. Cardoso dan A. Shukla , tahun 2002 Penambahan 25% fraksi berat HGM

Katalis MEKP 0,85% dan Cobalt 0,03 % Post curing 52°C  4 jam , 63°C  5 jam Variasi dimensi butir HGM

Hasil  Modulus Young meningkat

(13)

HGM-polyester

J. S. Huang dan L. J. Gibson pada tahun 1992

(14)

Polyester-HGM

Daniel Jung pada tahun 1997 D HGM 20µm , Dow Corning Z-6070 1%, katalis 1% ,

post-curing 40°C 2 hari

Hasil kekuatan tarik optimal  10 % HGM, diatas 10% turun

(15)

Epoxy-HGM

Peter Wong pada tahun 2012 Post curing 40°C16 jam, 50°C16 jam,60°8 jam

Hasil kekuatan tarik optimal  5 % HGM, diatas 10% turun

Modulus Young naik pada 5% & 25%

(16)

Post Curing

SP-Systems

 Kurang sempurna pada temperatur kamar

 Post curing meningkatkan ikatan cross-linking komposit

sehingga sifat mekanik meningkat (sebelum Tg)

(17)

Diagram alir penelitian

(18)

(19)

Bahan

(20)

Alat

1. Timbangan digital

2. Gelas ukur + sendok pengaduk 3. Cetakan kaca

4. Lilin malam

5. Gerinda pemotong 6. Plat baja

7. Lem Epoxy 8. Jangka sorong 9. Heater (furnace) 10. Mesin Uji Tarik

11. Scanning Electron Microscope Zeiss EVO MA 10

12. Alat uji DSC

(21)

Variabel penelitian

Kode nomor Fraksi Vol. Temper

atur jumlah Resin HGM

Spesimen HGM Curing (gram) (gram)

01-03 0%

27⁰C

3 78.732 0

51-53 5% 3 74.7954 1.425

101-103 10% 3 70.8588 2.851

151-153 15% 3 66.9222 4.276

201-203 20% 3 62.9856 5.702

251-253 25% 3 59.049 7.712

301-303 30% 3 55.1124 8.553

Kode nomor

Fraksi Vol.

Temperat

ur Waktu jumlah Spesimen HGM

Curing (°C)

Curing

(jam)

60-3-1 - 60-3-3

15%

60 3 3

60-5-1 - 60-5-3 5 3

90-3-1 - 90-3-3 90 3 3

90-5-1 - 90-5-3 5 3

110-3-1 - 110-

3-3 110 3 3

110-5-1 - 110-

5-3 5 3

(22)

Proses pembuatan Persiapan cetakan kaca

Pelapisan permukaan kaca dengan wax Pengadukan campuran selama 30 menit Penuangan ke dalam cetakan

Proses curing selama 24 jam

Proses pemotongan komposit sesuai dimensi ASTM D3039-76

(23)

Data Hasil Penelitian

(24)

Skala 60 KN

No

Fraksi vol.

HGM

P (KN)

Δl

(mm) berat (g) σ UTS (MPa) ε (%) Mod. Young Hasil Rerata Hasil Rerata (GPA) 01

0%

2.4 0.65 75.77 13.029

21.22

0.181 0.143 16.118

02 5.3 0.4 76.21 28.132 0.111

03 4.2 0.5 70.88 21.972 0.139

51 5%

5.5 0.4 68.31 29.57

23.28

0.111 0.120 19.637

52 4.3 0.4 65.67 24.194 0.111

53 3.2 0.5 67.52 17.149 0.139

101 10%

5.4 0.55 63.44 28.939

24.5

0.153 0.143 17.068

102 4.2 0.5 63.84 22.508 0.139

103 4.1 0.5 62.62 22.043 0.139

151 15%

6 0.5 59.76 32.258

26.52

0.181 0.148 17.903

152 4.8 0.5 60.51 25.806 0.139

153 4 0.6 60.15 21.505 0.167

201 20%

3.8 0.4 56.68 20.43

21.12

0.111 0.106 18.828

202 3.5 0.35 57.54 18.817 0.097

203 4.5 0.4 56.88 20.9 0.111

251 25%

4 0.5 54.55 21.436

20.05

0.139 0.120 16.655

252 3.2 0.4 53.68 17.204 0.097

253 4 0.4 54.5 21.505 0.111

301 30%

4.4 0.35 52.39 26.667

20.57

0.097 0.088 24.230

302 3.6 0.3 53.71 19.417 0.083

303 3.3 0.3 51.14 17.857 0.083

(25)

21,22 26,52 Mpa

24,59 %

(26)

Peningkatan kekuatan

- HGM berbentuk bulat - Fungsi matriks polyester



(27)

HGM

(28)

Hasil foto makro

(29)

Hasil foto makro Crack Initiation Pola patahan Getas

polyester

5%

(30)

Hasil foto makro

10% 15%

Pola patahan getas

Pola patahan ulet

(31)

Hasil foto makro Crack Initiation Pola patahan

Ulet

20% 25%

Pola patahan

Getas

(32)

Hasil foto makro

Pola patahan Ulet

30%

(33)

Hasil SEM

35x 200x

POLYESTER

(34)

Hasil SEM

35x 500x

Void

debonding

HGM yang rusak

Matrix Cracking Penambahan 15% HGM

(35)

Hasil SEM

35x 500x

Void

debonding

HGM yang rusak

Penambahan 25% HGM

(36)

Pengujian DSC

Tg  76,98°C Polyester

HGM

Tg  132,79°C

(37)

Pengujian DSC

Tg  96,29°C

Komposit dengan penambahan 15% fraksi volume HGM

Tg

Komposit dapat bekerja pada temperatur lebih tinggi

dibandingkan polyester

(38)

Hasil Komposit 15% HGM dengan perlakuan post-curing

No

Fraks i vol.

HGM temp

(°C) waktu

P (KN) Δl (mm)

σ UTS (MPa) ε (%) Mod.

Young

Hasil

Rerata

Hasil

Rerata

(GPA)

60-3-1

15%

60 3 jam

4.2 0.4 23.333

22.30

0.110

0.129 17.224

60-3-2 4.5 0.5 22.189 0.166

60-3-3 4 0.5 21.367 0.138

60-5-1

60 5 jam

4.9 0.5 27.041

24.53

0.166

0.134 18.297

60-5-2 4.4 0.5 23.965 0.138

60-5-3 4.2 0.45 22.580 0.124

90-3-1

90 3 jam

5 0.5 26.205

27.88

0.138

0.129 21.534

90-3-2 5.5 0.4 29.569 0.110

90-3-3 5.1 0.5 27.868 0.138

90-5-1

90 5 jam

5.5 0.55 29.100

31.92

0.180

0.153 20.925

90-5-2 6.1 0.6 32.795 0.166

90-5-3 6.3 0.5 33.871 0.138

110-3-1

110 3 jam

3.7 0.6 19.210

21.04

0.166

0.148 14.216

110-3-2 4.2 0.6 22.653 0.166

110-3-3 3.9 0.4 21.241 0.110

110-5-1

110 5 jam

3.5 0.7 18.004

17.73

0.194

0.152 11.618

110-5-2 3 0.5 15.822 0.138

110-5-3 3.6 0.45 19.354 0.124

(39)

(40)

Hasil foto makro komposit dengan perlakuan post-curing Crack Initiation

Pola patahan Getas

60° selama 3 jam Pola patahan

Getas

Pola patahan Ulet

60° selama 5 jam

(41)

Hasil foto makro komposit dengan perlakuan post-curing Crack Initiation

Pola patahan Getas

90° selama 3 jam Pola patahan

Getas

Pola patahan Ulet

90° selama 5 jam

(42)

Hasil foto makro komposit dengan perlakuan post-curing Crack Initiation

110° selama 3 jam

Pola patahan Ulet Pola patahan Ulet

110° selama 5 jam

(43)

Pengujian DSC

Komposit 15% HGM 60° - 3 jam

Tg  98,07°C

Komposit 15% HGM 60° - 5 jam

Tg  99,59°C

(44)

Pengujian DSC

Komposit 15% HGM 90° - 3 jam

Tg  103,88°C

Komposit 15% HGM 90° - 5 jam

Tg  104,72°C

(45)

Pengujian DSC

Komposit 15% HGM 110° - 3 jam

Tg  105,06°C

Komposit 15% HGM 110° - 5 jam

Tg  107,01°C

(46)

Grafik pengaruh temperatur dan waktu post-curing terhadap temperatur transisi (Tg)

Tg Temperatur post-curing

http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/polymers/therm/therm.htm - Wu, C. S, “Influence of Post Curing and Temperature Effects on Bulk Density, Glass Transition and Stress-Strain Behavior of Imidazole-Cured Epoxy Network”, Journal of Materials Science 27, 1992: pp. 2952–2959.

(47)

Tg Crosslink

Polymer Science Learning Center, The Macrogalleria , Department of Polymer Science, The university of Southern Mississippi, 2005 Clinton,

MA, Polymer Cross-Link , Rockbestos-Surprenant Cable , East Granby, 2003.

- Tensile strength

- Ketahanan terhadap abrasi

- Meningkatkan modulusnya

(48)

Grafik pengaruh temperatur dan waktu post-curing terhadap Percentage of Cure (%)

Percentage cure

Enthalpy

(49)

KESIMPULAN

1. Penambahan fraksi volume HGM 5%, 10%, dan 15% pada

polyester dapat meningkatkan kekuatan tariknya. Kekuatan tarik maksimum sebesar 26,52 MPa didapatkan pada penambahan fraksi volume HGM sebesar 15%.

2. Penambahan fraksi volume HGM sebesar 15% pada komposit meningkatkan temperatur transisinya menjadi 96,29°C.

3. Post-Curing pada komposit dapat meningkatkan kekuatan tarik dan modulus elastisitasnya apabila sebelum melewati temperatur

transisinya (Tg). Temperatur post-curing 90°C menghasilkan kekuatan tarik maksimum sebesar 31,92 MPa.

4. Waktu penahanan post-curing berpengaruh pada kekuatan tarik

komposit. Waktu penahanan 5 jam menghasilkan kekuatan tarik

yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu penahanan 3 jam

apabila sebelum melewati temperatur transisinya (Tg).

(50)