commit to user
KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT
GEOPOLIMER
FLY ASH-RIPOXY
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
ALBERT RAGA ANDHIKA NIM. I1405011
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
HALAMAN PENGESAHANPENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER
FLY ASH-RIPOXY
Disusun oleh
ALBERT RAGA ANDHIKA NIM. I 1405011
Dosen Pembimbing I
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST. MT. NIP 197101031997021001
Dosen Pembimbing II
Bambang Kusharjanta, ST., MT. NIP. 196911161997021001
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 04 Februari 2013
1. Heru Sukanto, ST. MT.
NIP. 197207311997021001 ………
2. Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT.
NIP. 196810041999031002 ………
3. Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT
NIP. 197202292000121001 ………
commit to user
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat di
selesaikan. Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh
gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sebelas Maret. Tugas Akhir ini memaparkan pengaruh penambahan sebuk fly ash
terhadap kekuatan mekanik komposit geopolimer fly ash - ripoxy. Penelitian ini
dilakukan untuk mendapatkan komposit geopolimer fly ash - ripoxy dengan sifat
mekanis yang baik.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya
kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST, MT selaku pembimbing I yang
telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.
2. Bapak Bambang Kusharjanta, MT. selaku pembimbing II atas semua
arahan dan masukannya.
3. Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin,
Fakultas Teknik UNS.
4. Bapak Ir Wiijang WR, ST, bapak Heru Sukanto, ST, MT dan bapak
Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT selaku dosen penguji.
5. Bapak Tri istanto, ST., MT. selaku pembimbing akademik
6. Semua laboran Jurusan Teknik Mesin UNS terkhusus kepada Laboran Lab
Material Maruto Adhi ST.
7. Semua rekan-rekan S1 reguler, non reguler dan Magister (S2) Jurusan
Teknik Mesin Fakultas teknik UNS.
commit to user
vii
Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak
kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi
kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan
terima kasih.
Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat
digunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, Februari 2013
commit to user
iv
PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN
BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER FLY ASH-RIPOXY
Albert Raga Andhika Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta
E-mail : gbrth.ara26@gmail.com
Abstrak
Tujuan penelitian ini untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume dan
kandungan serbuk terhadap kekuatan mekanik (bending dan impak) komposit
geopolimer ripoxy-fly ash.
Komposit dibuat dari limbah fly ash (hasil pembakaran batu bara) dan
vinyl ester ripoxy R 802. Pembuatan spesimen di lakukan dengan metode cetak tekan. variasi campuran fly ash dan ripoxy 10:90; 20:80 ; 30:70; 40:60; 50:50; 60:40 (v/v). Komposit yang telah jadi di postcure pada suhu 80oC selama 2 jam.
Sampel uji dilakukan pengujian bending yang mengacu ASTM D 6272, dan
impak yang mengacu pada ASTM D5941. Penampang patah sampel uji dilakukan
pengamatan menggunakan SEM (scanning electron microscopy).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan kandungan fly ash
menyebabkan peningkatan kekuatan bending dan ketangguhan impak. Perilaku ini
menunjukkan bahwa penambahan fly ash mampu meningkatkan kekuatan
bending pada kandungan 20 (v/v) dan ketangguhan impak pada kandungan 40 v/v komposit geopolimer. Hasil pengamatan SEM menunjukkan pada kandungan 20 (v/v) diperoleh kekuatan bending tertinggi, disebabkan peningkatan adhesi antar
muka antara ripoxy dan partikel fly ash. Kekuatan impak tertinggi pada
kandungan 40 (v/v) adanya fenomena interaksi fisik antara fly ash dengan ripoxy.
commit to user
1BAB I
PENDAHULUAN
I.1. LATAR BELAKANG MASALAH
Perkembangan rekayasa material komposit pada dunia industri telah masuk
pada tahap lebih lanjut. Berbagai partikel, Al2O3, grafit, dan SiC telah digunakan
sebagai bahan penguat dengan paduan matrix dengan tujuan meningkatkan sifat
mekanik komposit. Fly ash mengandung silika dan alumina sebagai sumber
monomer untuk membuat geopolimer. Fly ash memiliki komposisi yang lebih
heterogen daripada kaolin dan metakaolin. Parameter-parameter yang umum
digunakan untuk sintesis geopolimer seperti angka banding Si/Al, SiO2/Na2O,
dan H2O/Na2O dapat digunakan untuk memprediksi geopolimerisasi dan sifat
geopolimer yang dihasilkan (Ekawati, 2011)
Peningkatan produksi batubara tersebut seiring dengan peningkatan
penggunaan batubara di PLTU setiap tahunnya. Hal tersebut sejalan dengan
penambahan PLTU sebagai dampak dari permintaan listrik yang terus meningkat.
Pembakaran batubara akan menghasilkan fly ash dan abu dasar di Pembangkit
Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sebagai contoh, PLTU Asam-asam menghasilkan
limbah fly ash sekitar 97.680 ton dari tahun 2000 hingga tahun 2004. PLTU tersebut menghasilkan fly ash sekitar 24.420 ton per tahun. Akumulasi fly ash
PLTU Asam-asam pada tahun 2010 diperkirakan sebesar 244.200 ton. (Ekawati,
2011)
Penggunaan batubara yang terus meningkat dapat menyebabkan akumulasi
yang luar biasa dari limbah fly ash. Hal ini dapat menimbulkan masalah yang serius bagi lingkungan seperti polusi udara, kontaminasi perairan, dan lain-lain.
Produksi limbah fly ash ini diperkirakan hanya sebagian kecil (sekitar 20-30%) saja yang dimanfaatkan (Fernandez-Jimenez dan Palomo, 2005).
commit to user
kaolin adalah cikal bakal dari pengembangan geopolimer (Komnitsas dan
Zaharaki, 2007).
Komposit geopolimer berpenguat partikel fly ash (FA) lebih kecil
memiliki tegangan dan regangan bending lebih besar. Jenis patahan komposit
FA-UPRs adalah patah tunggal. Semakin kecil ukuran butiran fly ash (FA), semakin halus tekstur penampang patahannya. Komposit FA-UPRs memiliki kekuatan
bending tertinggi pada 40% fly ash (w/w). Modulus bending komposit meningkat
seiring dengan peningkatan kandungan fly ash. Hingga 60% , kekuatan tarik
komposit juga meningkat seiring dengan peningkatan kandungan fly ash (FA).
Kekuatan impak komposit relatif konstan dan tidak dipengaruhi oleh kandungan
FA. Namun demikian, energi serap dan kekuatan impak paling tinggi terjadi pada
50% FA(Diharjo, 2007).
Ripoxy R-802 vinyl ester resin adalah salah satu resin dikembangkan dan
diterapkan awal yang dihasilkan oleh Showa Highpolymer Co, Ltd, diperoleh
dengan memodifikasi dari bis-fenol A resin epoksi dan industrialisasi produksi
telah direalisasikan, dan seluruh proses dikontrol oleh DCS. RIPOXY R-802 vinyl
ester resin memiliki kelebihan seperti tahan terhadap zat asam, air, ketahanan pelarut organik dan lain-lain.dan dapat digunakan dalam bidang perlindungan dari
reaksi kimia. Vinyl ester merupakan jenis resin yang mempunyai ketahanan
mekanik yang lebih baik dari pad jenis resin polyester Justus Kimia Raya (2001).
Seorang insinyur perlu mengetahui seberapa kuat bahan akan bertahan
pada kondisi dimana struktur akan digunakan. Dalam keadaan dimana
keselamatan sangat ekstrem diperlukan, komponen teknik dalam bentuk dan
ukuran sebenarnya diuji pada kemungkinan kondisi yang paling buruk ketika
digunakan. Sebagai contoh, tabung untuk memindahkan bahan bakar nuklir telah
diuji dalam ukuran yang sebenarnya ditabrak dengan kereta api untuk
mendemonstrasikan bahwa bahan tersebut mampu menahan keutuhan strukturnya
commit to user
3
dengan menggunakan beberapa sampel untuk mewakili suatu struktur. Teknologi
komposit geopolimer merupakan teknologi yang masih baru di dunia internasional
dan merupakan teknologi masa depan bagi Indonesia. Kini, teknologi komposit
geopolimer mulai memasuki wilayah baru yang lebih luas dan memberi kontribusi
yang lebih besar pada dunia transportasi, yakni material komponen kendaraan
yang rawan terhadap api/suhu tinggi dan goncangan berat. Pada saat sekarang ini
material komposit gepolimer sedang dikembangkan untuk panel transportasi
publik, maka pengujian mekanik ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar
pengaruh kandungan partikel pada komposit geopolimer. Dengan dukungan bahan
baku yang melimpah, penelitian ini diajukan untuk lebih memperkaya informasi
karakteristik mekanis (khususnya kekuatan bending dan impak) material komposit
berbasis geopolimer.
I.2. RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan dari uraian latar belakang di atas, komposit geopolimer
merupakan komposit yang cocok untuk struktur panel transportasi publik karena
strukturnya yang ringan, bahan baku yang melimpah. maka kajian riset yang
mampu memprediksi pengaruh dari variasi kandungan fly ash terhadap kekuatan
bending dan ketangguhan impak dipandang perlu dilakukan.
I.3. Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambilsebagai berikut :
a. Properties fly ash dianggap homogen.
b. Distribusi fly ash pada komposit geopolimer dianggap seragam.
I.4. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menyelidiki pengaruh kandungan partikel terhadap kekuatan bending
komposit geopolimer Ripoxy-fly ash
2. Menyelidiki pengaruh kandungan partikel terhadap ketangguhan impak
komposit geopolimer Ripoxy-fly ash
commit to user
I.5. Manfaat PenelitianHasil penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai kajian teoritis dan praktis
bagi pihak-pihak terkait yang berkompeten dalam bidang penelitian dan industri,
yaitu:
1.Secara teoritis dapat dipakai untuk mengetahui seberapa besar pengaruh
kekuatan mekanik terhadap variasi kandungan
2. Secara praktis dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan bagi bidang
industri pemakai material komposi sebagai alternatif baru bahan komposit
yang mampu memperbaiki sifat-sifat komposit konvensional.
3.Pemanfaatan limbah fly ash diharapkan dapat mengurangi dampak pencemaran
commit to user
regangan bending lebih besar. Jenis patahan komposit FA-UPRs adalah patahtunggal. Semakin kecil ukuran butiran fly ash (FA), semakin halus tekstur
penampang patahannya. Komposit FA-UPRs memiliki kekuatan bending tertinggi
pada 40% fly ash (w/w). Modulus bending komposit meningkat seiring dengan
peningkatan kandungan fly ash (FA). Hingga 60% fly ash, Kekuatan impak
komposit relatif konstan dan tidak dipengaruhi oleh kandungan FA. Namun
demikian, energi serap dan kekuatan impak paling tinggi terjadi pada 50% FA
(Diharjo, 2007).
Penambahan fly ash untuk matriks RPET mengakibatkan peningkatan
mekanik. Ukuran partikel yang lebih kecil menunjukkan sifat yang lebih baik
dibandingkan dengan partikel yang lebih besar. Sebagai filler loading, tingkat
kejenuhan dipengaruhi oleh susunan pengisi dalam polimer matriks. Dengan
demikian sifat mekanik komposit dipengaruhi fungsi dari ukuran partikel,
dispersi, dan interaksi antara permukaan filler partikel dan matriks polimer. (Kumar, 2010).
Beberapa penelitian yang telah dikembangkan adalah penggunaan fly ash
sebagai bahan dasar sintesis geopolimer. Fly ash mengandung silika dan alumina
amorf sebagai sumber monomer untuk membuat geopolimer. Fly ash batubara
memiliki komposisi yang lebih heterogen daripada kaolin dan metakaolin. Oleh
karena itu, parameter-parameter yang umum dugunakan untuk sintesis geopolimer
seperti angka banding Si/Al, SiO2/Na2O, dan H2O/Na2O dapat digunakan untuk
memprediksi geopolimerisasi dan sifat geopolimer yang dihasilkan. Selain itu,
penggunaan fly ash sebagai bahan baku geopolimer dapat mengatasi masalah
pencemaran lingkungan akibat penumpukkan limbah fly ash (Ekawati, 2011).
Kuat tekan spesimen tergantung pada distribusi ukuran pola partikel fly ash, pada waktu perlakuan dalam oven, dan waktu perlakuan di ruangan. Pada ukuran
commit to user
pemanasan spesimen di dalam oven pada 80 C ditemukan menjadi suhu optimum
dalam perlakuan spesimen geopolymeric. Dalam semua campuran, spesimen
SiO2/Al2O3 dengan ratio sebesar 2,99 memiliki kekuatan tertinggi. Di sisi lain,
kekuatan tertinggi dicapai sampai dengan 58,9 MPa untuk campuran fly ash dan abu sekam 70:30 (Nazari, 2011).
Pengaruh kandungan fly ash dengan matrik PP meningkatkan kekuatan tarik pada kandungan 20% dengan suhu 70o C. Hal ini terjadi karena fly ash teradhesi dengan baik. Ketangguhan impak tertinggi dengan kandungan fly ash 48 %, hal ini disebabkan peningkatan adhesi pada antarmuka dari polimer dan partikel fly
ash. Energi impak meningkat pada 50 dan 70o C . karena ikatan meningkat antara
pengisi dan matriks. Sebagai pengujian, temperatur meningkatkan fenomena
fraktur akan berubah dari rapuh menjadi ulet karena meningkatnya mobilitas dari
rantai polimer menyebabkan penataan adhesi fly ashChandra (2009).
Gambar 2.1 Hubungan kandungan fly ash Gambar 2.2 Hubungan kandungan fly ash
terhadap kekuatan tarik terhadap energi impak
Efek pengisi silika berbahan dari fly ash dan endapan silica pada sifatnya resin poliester diperlakukan dengan 2 cara yaitu pemanasan manual dan
microwive. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kurva untuk pemanasan resin poliester di kedua sistem perlakuan ditunjukkan karakter berbentuk S
menunjukkan masa induksi dalam tahap awal, dan tingkat perlakuan pemanasan
kemudian meningkat tajam dalam tahap propagasi sebelum meratakan pada tahap
commit to user
7
Perbedaan kurva perlakuan dari kedua pengisi fly ash dan endapan silica adalah terkait dengan jumlah hidroksil pada permukaan silika Modulus lentur, impak
kekuatan dan kekerasan meningkat dengan peningkatan pengisi silika sedangkan
kekuatan lentur menurun pada penambahan silika, namun secara bertahap
meningkatkan jumlah pengisi silika. Sifat mekanik silika / resin poliester
Komposit sangat ditingkatkan dengan penambahan KBM-403 sebagai bahan
tambah (Sriloy, 2010).
2.2. Kajian Teori Komposit
Katakomposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau
gabungan. Composite berasal dari kata kerja “to compos” yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana, bahan komposit berarti bahan gabungan
yang tersusun dari dua atau lebih bahan yang berlainan kemudian digabung atau
dicampur secara makroskopis. Penggabungan dua material atau lebih tersebut
dibedakan menjadi dua macam antara lain (Gibson, 1994):
a. Penggabungan makro, yang memiliki ciri-ciri antara lain :
· Dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat.
· Penggabungannya lebih secara fisis dan mekanis.
· Penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis.
· Contoh : Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP).
b. Penggabungan mikro, yang memiliki ciri-ciri antara lain :
· Tidak dapat dibedakan dengan cara melihat secara langsung.
· Penggabunganya lebih secara kimiawi.
· Penggabungannya tidak dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis, tetapi dapat dilakukan secara kimiawi.
· Contoh : Logam paduan, besi cor, baja, dll.
Karena bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro, maka
bahan komposit didefinisikan sebagai suatu bahan hasil penggabungan dua atau
lebih materi penyusun yang berbeda secara makroskopik yang tidak larut satu
commit to user
Penggabungan material ini dimaksudkan untuk menemukan atau
mendapatkan material baru yang mempunyai sifat antara material penyusunnya.
Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki kelemahan
dan kekurangan bahan-bahan penyusunnya. (Jones, 1999).
Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material-material yang
menyusunnya. Interaksi antar unsur-unsur penyusun komposit, yaitu serat dan
matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka (interfacial
strength). Kekuatan ikatan antarmuka yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit
(Gibson, 1994).
Penggabungan material yang berbeda bertujuan untuk menemukan
material baru yang mempunyai sifat antara material penyusunnya (intermediate) yang tidak akan diperoleh jika material penyusunnya berdiri sendiri. Material
penyusun komposit tersebut bisa berupa fibers, particles, laminate or layers,
flakes fillers, dan matrik. Matrik sering disebut sebagai unsur pokok bodi sedangkan fibers, particles, laminate or layers, flakes fillers disebut sebagai unsur pokok struktur (Schwartz, 1986). Sifat material hasil penggabungan ini
diharapkan saling memperbaiki kelemahan dan kekurangan bahan-bahan
penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaiki antara lain kekuatan, kekakuan,
ketahanan lelah, ketahanan bending, ketahanan korosi, berat jenis, pengaruh
terhadap temperatur, isolasi termal, dan isolasi konduktifitas (Jones, 1999).
Menurut bentuk material dan penyusunnya, komposit dapat dibedakan
dalam lima jenis, yaitu (Schwartz, 1986) :
a. Komposit serat (fibrous composite).
b. Komposit partikel (particulate composite).
c. Komposit serpih (flake). d. Komposit sketal (filled).
commit to user
9
2.3. Kompaksi Serbuk
Densitas Serbuk ditingkatkan, maka perlu adanya tekanan dari luar
(kompaksi). Sebelum kompaksi, serbuk memiliki densitas yang disebut dengan
apparent density. (German,1994)
Gambar 2.3. Skema perubahan partikel terhadap penambahan tekanan (German,1994).
Serbuk pada saat itu masih memiliki banyak pori, kemudian setelah diberi
getaran maka densitas akan meningkat, yang disebut dengan tap density. Tahap ini masih terdapat pori, kekuatan yang rendah dan sedikit titik kontak. Saat
tekanan bekerja pori-pori akan mulai terisi dan ketika tekanan dilanjutkan maka
pori-pori akan berkurang sehinga titik kontak partikel semakin besar
(German,1994).
Serbuk saat mulai diberi tekanan, maka partikel-partikel kecil memasuki
pori yang lebih besar. Penambahan tekanan lebih besar menyebabkan
pori-pori menjadi lebih kecil dan kontak antar partikel serbuk akan meningkat.
Penambahan tekanan selanjutnya tidak akan meningkatkan densitas hasil
kompaksi secara signifikan, karena pori-pori antar partikel serbuk mulai menyusut
dengan penambahan kontak antar partikel. Selama kompaksi distribusi tekanan
pada cetakan terlihat dalam seperti gambar 2.6. tekanan yang diberikan (P)
nilainya akan berbeda dengan tekanan yang diteruskan , dikarenakan adanya
gaya gesek antara serbuk dengan cetakan . Gaya gesek timbul karena adanya
commit to user
cetakan, sehingga saat mencapai tepi cetakan serbuk akan bergesek dengan
cetakan. Fenomena ini nantinya akan menyebabkan perbedaan green density
antara bagian dan pinggir (German,1994).
Gambar 2.4. Skema distribusi tekanan system serbuk terhadap kompaksi pada cetakan (German, 1994)
Metode kompaksi akan sangat menentukan dalam keseragaman distribusi
partikel yang dihasilkan. Pada kompaksi jenis uniaxial single compaction tidak akan didapatkan distribusi partikel yang homogen. Distribusi partikel akan
homogen hanya pada sumbu yang dikenai beban tekanan, sedangkan pada sumbu
yang tidak diberi beban, pengaturan partikel hanya sebagai efek gaya normal
(German,1994).
2.4. Fly ash
Fly ash adalah partikel halus yang merupakan endapan dari tumpukan bubuk hasil pembakaran batubara. Limbah pada tiniter dapat dalam jumlah yang
cukup besar, sehingga memerlukan pengolahan agar tidak menimbulkan masalah
lingkungan,seperti pencemaran udara,perairan dan penurunan kualitas ekosistem.
Batubara merupakan hasil tambang, karena batubara terletak pada
kedalaman tanah sekitar 10 sampai 80 meter. Diatas lapisan batubara terdapat
lapisan penutup (overburden) yang terdiri dari lapisan batu lempung (mud stone), batu danau (slitstone), dan batu pasir (sandstone). Proses penambangan batubara dilakukan dengan open pit, yaitu mengambil lapisan penutupnya terlebih
commit to user
11
batubara menghasilkan abu yang disebut dengan fly ash. Fly ash memiliki
beberapa kandungan/unsur kimia utama seperti SiO2 : 48,00%, Al2O3 : 31,86%,
Fe2O3 : 4,89%, CaO : 2,68% dan MgO : 4,66% (Ekawati, 2011). Limbah fly ash
(FA) didominasi SiO2(48%) dan Al2O3 (32%). Semakin kecil partikel FA,
semakin besar kekuatan komposit GeCo. Komposit FA-UPRs memiliki kekuatan
bending tertinggi pada 40% fly ash (w/w) (Diharjo, 2008). Fly ash dioven pada
suhu 1050C selama 24 jam untuk menghilangkankan kandungan air yang dapat
mengganggu proses pembuatan komposit geopolimer. (Ekawati, 2011)
2.5. Ripoxy R- 802
Resin yang ada di pasaran, ada tiga jenis resin yang banyak digunakan,
yaitu polyester, vinyl ester, dan ripoxy. Pada penelitian ini resin yang akan digunakan adalah jenis ripoxy R-802. Pemilihan resin ripoxy sebagai bahan dasar
disebabkan kekuatan resin ripoxy relatif besar dibandingkan dengan polimer jenis
lainnya. Ripoxy R-802 vinyl ester resin adalah salah satu resin dikembangkan dan
diterapkan awal yang dihasilkan oleh Showa Highpolymer Co, Ltd, diperoleh
dengan memodifikasi dari bis-fenol A resin epoksi dan industrialisasi produksi
telah direalisasikan, dan seluruh proses dikontrol oleh DCS. RIPOXY R-802 vinyl
ester resin memiliki kelebihan seperti tahan terhadap zat asam, air, ketahanan pelarut organik dan lain-lain.dan dapat digunakan dalam bidang perlindungan dari
reaksi kimia (PT Justus Kimia Raya, 2002).
Tabel 2.1 Sifat-sifat resin (PT Justus Kimia Raya)
commit to user
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin ripoxy R-802.
Pemberian bahan tambahan PROMOTOR jenis P-EX(campuran 60% 6% cobalt
naphthenate and 40% dimethylaniline) untuk pembuatan material yang tahan bakar dengan komposisi pemakaian 0.5% dari volume total resin. Katalis jenis
methyl ethyl ketton peroxide (MEKPO) pada resin Ripoxy berfungsi untuk
mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam
jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing.
Hal ini dapat menurunkan kualitas atau merusak produk komposit. Oleh karena itu
pemakaian katalis sebanyak 2 % dari volume resin total (PT Justus Kimia Raya,
2002).
2.6. Fraksi Volume Komposit
Salah satu faktor penting yang menentukan sifat fisis dari komposit adalah
commit to user
13
f = massa jenis filler (gr/mm3) m = massa jenis matrik (gr/mm3)
2.7. Proses Pembuatan Komposit
Proses pembuatan komposit sangat beraneka ragam dari yang paling
sederhana sampai dengan yang komplek dengan sistem komputerisasi. Tiap
proses memiliki kelebihannya masing-masing. Ada berbagai macam proses yang
dapat digunakan untuk membuat komposit antara lain metode hand lay-up,
metode spray-up, metode vacuum infusion, metode cetak tekan dan metode resin
transfer moulding. Proses hand lay-up merupakan proses laminasi secara manual, dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit.
Metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana
dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus. Prosesnya
yaitu, menuang resin dengan tangan ke dalam serat berbentuk anyaman, rajutan
atau kain, kemudian memberi tekanan sekaligus meratakannya menggunakan rol
atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang
diinginkan tercapai. Setelah itu, membiarkannya mengeras pada kondisi atmosfir
standar. (ACMA, 2010).
Gambar 2.5. Proses Hand Lay-Up (ACMA, 2010)
Fraksi serat yang tinggi dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan
metode hand lay up dengan cetak tekan (press molding). Pada metode cetak tekan
pengontrolan fraksi volume dapat dilakukan dengan menggunakan stopper
commit to user
2.8. Densitas KompositDensitas suatu material merupakan perbandingan antara berat dan volume
dari material tersebut. Penentuan densitas komposit dapat dilakukan dengan cara
penimbangan. Penentuan densitas material komposit dengan penimbangan yaitu
dengan membandingkan berat material komposit itu di udara dengan berat
material komposit itu di air. (ASTM D 792)
Ww
2.9.1. Kajian teori kekuatan bending.
Kekuatan bending pada suatu material diketahui dengan cara melakukan
pengujian terhadap material tersebut. Pengujian bending, bagian atas spesimen akan mengalami tegangan tekan dan bagian bawah akan mengalami tegangan
tarik. Pengujian berdasarkan standar uji bending (ASTM D 6272).
Gambar 2.6. Pengujian four point bending komposit (ASTM D 6272).
commit to user
15
a. Untuk rentang beban satu setengah dari rentang dukungan:
Rentang beban satu setengah dari rentang dukungan menggunakan persamaan
(2.2) :
S = tegangan sepanjang rentang beban ( MPa)
P = beban yang diberikan pada suatu titik pada kurva beban-defleksi (N)
L = Jarak tumpuan (mm)
b = lebar spesimen (mm)
d = tebal spesimen (mm)
b. Modulus elastisita
Kekakuan suatu material komposit geopolimer dapat menggunakan
persamaan (2.3) :
commit to user
2.9.2. Kajian ketangguhan impakStandar pengujian ketangguhan impak izzod untuk material komposit adalah dengan ASTM D-5941. Ketangguhan impak dapat diketahui dengan
cara, terlebih dahulu dihitung energi yang diserap oleh benda (W) dengan
= Sudut pantul lengan ayun dengan spesimen.
= Sudut naik awal lengan ayun.
’ = Sudut pantul lengan ayun tanpa spesimen
Perhitungan nilai kekuatan impak benda uji menggunakan persamaan (2.5):
commit to user
commit to user
17
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2.Bahan dan Alat Penelitian.
3.2.1. Bahan penelitian
Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain :
a. Fly ash
Fly ash yang digunakan adalah dari limbah hasil pembakaran batu bara di PLTU paiton
b. Resin Vinyl ester
Resin Vinyl ester yang digunakan adalah jenis Ripoxy R-802
c. Hardener.
Hardener yang digunakan jenis methyl ethyl ketton peroxide (MEKPO)
dengan penggunaan 2% dari volume resin total
d. Promotor
Promotor yang dipakai adalah jenis P-EX (campuran 60% 6% Cobalt Naphthenate and 40% Dimethylaniline) dengan penggunaan 0,5% dari volume resin
3.2.2. Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan komposit, yaitu:
a. Timbangan Digital
Timbangan digunakan untuk menimbang seberapa beratnya fly ash dan
komposit yang telah jadi.
b. Oven Listrik
Digunakan untuk mengeringkan fly ash agar kadar air pada fly ash
commit to user
18
c. Cetakan
Digunakan sebagai cetakan dalam pembuatan spesimen.
d. Gelas kaca dan pengaduk
Digunakan untuk tempat pencampuran resin, promotor, katalis, dan fly ash.
3.3. Alat Uji
Proses pengujian bending dilakukan dengan menggunakan mesin UTM
(Unversal Testing Machine) yang dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin FT Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Gambar 3.1. Mesin Uji UTM
Sedangkan untuk pengujian impak menggunakan alat uji impak izzod yang berada
di Laboratorium MIPA Pusat
Gambar 3.2. Mesin Uji Impak Izzod
3.4. Langkah kerja penelitian
3.4.1. Pengeringan fly ash
Sebelum fly ash dicampur dengan resin ripoxy terlebih dahulu dikeringkan
di dalam oven dengan suhu 105o selama 24 jam. Pemanasan tersebut dilakukan
commit to user
3.4.2. Pencetakan spesimen.Beberapa tahap yang dilakukan dalam proses pembuatan komposit :
1. Menyiapkan cetakan yang telah diberi stopper, stopper ini selain untuk
pembatas panjang juga berfungsi sebagai pemberi batas tebal panel komposit
yang akan dibuat.
2. Mengolesi cetakan dengan wax supaya spesimen mudah dilepas dari cetakan.
3. Mencampur resin ripoxy dengan promotor dengan komposisi yang telah
ditentukan 0.5% dari volume resin.
4. Kemudian resin ripoxy yang telah dicampur dengan promotor tersebut
ditambah katalis 2% dari volume resin.
5. Resin ripoxy yang telah tercampur dengan promotor dan katalis ditambahkan
fly ash dengan variasi 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% fly ash
6. Menuangkan campuran resin Ripoxy/promotor/hardener/fly ash kedalam
cetakan. diratakan dengan cara cetak tekan.
7. Kemudian menutup cetakan yang terlebih dahulu diberi lapisan astralon yang
telah diolesi dengan wax .
8. Memberi beban pada cetakan.
3.4.3. Post curing
Spesimen dilakukan post curing sebelum pengujian dimaksudkan agar pada
suhu dan waktu post curing dapat mengoptimalkan ikatan molekul-molekul rantai
polimer yang terpisah atau disebut crosslinking. Post curing dilakukan pada suhu
80oC selama 2 jam.
3.4.4. Tahap pengujian
Pengujian kekuatan impak
Proses pembuatan spesimen dilakukan dengan proses permesinan yaitu
dengan gerinda yang mengacu pada standar uji yang digunakan yaitu standar
ASTM D 5941. Setiap spesimen diberi label dengan catatan jenis variasi untuk
commit to user
20
h L
b
Gambar 3.3. Bentuk spesimen uji impak berdasar ASTM D 5941
Keterangan gambar :
A. L – Panjang Spesimen 80 mm
B. h – Tebal Spesimen 4 mm
C. b - Lebar Spesimen 10 mm
Pengujian kekuatan bending
Proses pembuatan spesimen dilakukan dengan proses permesinan yaitu
dengan gerinda yang mengacu pada standar uji yang digunakan yaitu berdasarkan
standar ASTM D6272. Setiap spesimen diberi label dengan catatan jenis variasi
untuk menghindari kesalahan pembacaan.
d L
b
Gambar 3.4. Tipe spesimen uji bending berdasar ASTM D6272
Keterangan gambar :
A. L : Panjang specimen : 73mm
B. b : Lebar spesimen : 12,7 mm
C. d : Tebal spesimen : 3mm
3.4.5. Pengolahan data
Data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis yaitu
dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekuatan bending dan impak
dari komposit Ripoxy-Fly ash. Hasil pengujian selanjutnya dapat disusun grafik
commit to user
MULAI
Pengadaan material (Fly ash,resin ripoxy R-802,promotor,katalis,cetakan ) dan peralatan penunjang lainnya
Selesai
3.4.6. Diagram Alir
Gambar 3.5. Diagram alir penelitian
Penimbangan fly ash
Pengeringan Fly ash 1050 24 jam
Resin ripoxy R-802
Pengayakan serbuk fly ash dengan mesh 120 Penimbangan resin ripoxy R-802
Pembuatan cetakan dan pemberian wax pada cetakan
Pencampuran resin dengan promotor dan katalis
Campuran matrik ditambah dengan fly ash dengan prosentase 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%
dari perhitungan volume total komposit
Pencetakan komposit
Post curing 800 C 2 jam
Pengujian : Impak dan
bendingcommit to user
22
3.4.6. Jadwal Kegiatan
Tabel 3.1. Jadwal kegiatan.
NO KEGIATAN
BULAN
1 2 3 4 5 6
1 Mencari referensi
2 Pembuatan proposal penelitian
3 Persiapan alat pembuatan komposit
4 Pelaksanaan penelitian
5 Pengambilan data
6 Analisa data
7 Hasil & kesimpulan penelitian
8 Pembuatan laporan
commit to user
23 BAB IVHASIL DAN ANALISA
4.1. Pengujian kekuatan mekanik
4.1.1. Kekuatan Bending komposit geopolimer Ripoxy – Fly ash
Kekuatan bending komposit geopolimer ripoxy-fly ash ditunjukkan pada gambar 4.1. Komposit geopolimer ini, kekuatan bending juga dipengaruhi oleh komposisi partikel fly ash. Penelitian menunjukkan penambahan jumlah fly ash
juga berpengaruh pada kekuatan bending dari komposit geopolimer, dan dapat
memperkecil kekuatan bending pada penambahan partikel fly ash dengan jumlah
yang banyak. Kumar (2010) meneliti penambahan fly ash untuk matriks
mengakibatkan peningkatan kekuatan mekanik.
Gambar 4.1. Kekuatan bending komposit geopolimer
.
Gambar 4.1. komposit dengan fraksi volume 0% sampai 20% fly ash
memiliki kekuatan bending yang meningkat hal ini dikarenakan, matrik memiliki
kemampuan yang baik untuk mengisi daerah antara butir. Fraksi volume 30%
hingga 60% kekuatan bending semakin menurun, dikarenakan semakin tinggi
fraksi volume partikel akan menyebabkan kurangnya kemampuan matrik untuk
commit to user
24
diyakini karena efek stres konsentrasi atau pembentukan antar muka yang lemah
(Candra, 2009).
Komposit geopolimer Ripoxy – fly ash menunjukkan kenaikan modulus
elastisitas bending pada komposisi ripoxy-fly as 80% : 20% yaitu sebesar 9,947
MPa, sedangkan pada penambahan fly ash 30%, 40%, 50%, 60% mempunyai nilai
modulus elastistas bending yang masing-masing 9,175 (MPa); 8,715 (MPa); 8,624
(MPa); 8,503 (MPa). Nilai modulus elastisitas bending sangat dipengaruhi
regangan elastisitasnya, semakin kecil regangan elastisitas yang terjadi dapat
dikatakan material itu semakin kaku.
Gambar 4.2. Hubungan modulus elastisitas bending dengan kandungan fly ash
( a ) 20% kandungan fly ash ( b ) 60% kandungan fly ash
Gambar 4.3 SEM pengujian bending komposit Geopolimer Ripoxy-fly ash
Fly ash
Ripoxy
Fly ash
commit to user
Gambar 4.3 (a), nampak bentuk permukaan patah komposit dimana pada
partikel fly ash dibonding, terlihat pada sisa matrik yang masih menempel pada
permukaan partikel fly ash yang terlepas dari matriknya. Kekuatan mekanik
komposit juga dipengaruhi adhesi antar muka antara matrik dan partikel fly ash juga kemampuan matrik mengisi daerah antar butir (Chandra, 2009). Gambar 4.3
(b). menunjukkan permukaan patah matrik ripoxy dengan karakteristik material yang mengalami kerapuhan karena keleluasaan kemampuan matrik untuk mengisi
daerah antar butir semakin kecil, hal ini menyebabkan menurunya daya ikatan
antar matrik. Pada kandungan 60% fly ash (v/v).
4.1.2. Ketangguhan impak komposit geopolimer Ripoxy-Fly ash.
Pengujian mekanis dilakukan pada semua variasi komposit ripoxy-fly ash.
Hasil pengujian diperoleh nilai kekuatan mekanis tertinggi pada kandungan fly
ash 40% dan mengalami penurunan pada penambahan fly ash 50% hingga 60%.
Energi impak meningkat disebabkan oleh peningkatan adhesi antarmuka dari
matrik dan partikel fly ash juga dikarenakan adanya kemampuan matrik mengisi daerah antar butir.
Gambar 4.4. Hubungan Ketangguhan impak dengan kandungan fly ash pada
commit to user
26
Gambar 4.4 terlihat dimana ketangguhan impak naik seiring penambahan
kandungan fly ash pada matrik murni kekuatan impak sebesar1.697,44 J/m2 dan
mengalami kenaikan kekuatan impak pada penambahan jumlah kandungan fly ash
10%, 20%, 30%, 40% yang masing-masing kekuatan impaknya 2.453,31 J/m2,
3.418,21 J/m2, 3.896,32 J/m2, 4,422 J/m2,
Kenaikan ketangguhan impak di pengaruhi jumlah kandungan fly ash
karena antar fly ash dan matrik terjadi interaksi fisik, dan juga kemampuan matrik
mengisi daerah antar butir lebih luas. Penurunan ketangguhn impak disebabkan
partikel tak terikat secara baik sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan
impak, dan juga ikatan antar matrik yang lemah.
( a ) 40% kandungan fly ash ( b ) 60% kandungan fly ash
Gambar 4.5 SEM pengujian impak komposit Geopolimer Ripoxy-fly ash:
Gambar 4.5. terlihat penampang permukaan patah komposit ripoxy -fly ash
pada pengujian impak. Gambar 4.5 (a), nampak bentuk permukaan patah matrik
ripoxy menunjukkan karakteristik patah pada material komposit, terlihat juga
bagaimana matrikdapat mengisi daerah antar butir, dan adanya interaksi fisik dari
matrik dan partikel fly ash (Candra, 2009).
Gambar 4.5 (b), terlihat permukaan patah komposit menunjukkan
karakteristik material yang mengalami kerapuhan dan nampak juga perenggangan Fly ash
Fly ash Ripoxy
commit to user
ikatan antara ripoxy dengan fly ash. Pada kandungan 60% fly ash (v/v) terlihat kandungan fly ash yang terlalu banyak sehingga ikatan antar matrik menjadi lemah dan adhesi antara matriks dengan polimer berkurang (Chandra, 2009).
Rongga udara (void) juga terlihat pada kandungan 60% fly ash (V/Vf) yang dapat
mengakibatkan lemahnya kekuatan dari komposit. Sifat mekanik komposit
dipengaruhi fungsi dari ukuran partikel, dispersi, dan interaksi antara permukaan
filler partikel dan matriks polimer (Kumar, 2010).
Hasil kekuatan tertinggi dari pengujian bending dan impak berbeda untuk
tiap kandungan. Hal ini disebabkan perbedaan perlakuan pada pengujian.
Pengujian bending spesimen menerima beban secara bertahap, sedangkan pada
pengujian impak spesimen menerima beban kejut. Sehingga bisa dimungkinkan
untuk hasil maksimum yang dicapai dapat berbeda untuk tiap pengujian.
4.2. Hasil uji densitas komposit
Pengujian densitas menunjukkan penambahan serbuk fly ash akan
meningkatkan densitas dari komposit geopolimer. Densitas serbuk fly ash sendiri
ternyata lebih tinggi dari pada matrik ripoxy sehingga penambahan fraksi volume
serbuk fly ash juga akan meningkatkan densitas komposit (Gambar 4.4).
.
commit to user
28 BAB VPENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Dari pembahasan hasil diatas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut :
a. Kandungan fly ash 20% (v/v), komposit geopolimer ripoxy-fly ash memiliki
kekuatan bending tertinggi sebesar 91,93 MPa
b. Komposit geopolimer ripoxy-fly ash memiliki ketangguhan impak tertinggi
3,41 ( J/m2 ) pada kandungan 40% (v/v)
c. Analisa SEM menunjukkan bahwa matrik mampu mengisi daerah antar
butir, kandungan 20% (v/v) bending dan kandungan 40% (v/v) impak
5.2 SARAN
Dari hasil penelitian ini, lebih baik dapat dilanjutkan dengan penelitian
dan pengujian yang lainnya seperti uji tarik, uji bakar, dan pengujian-pengujian
lainnya, dapat juga dilakukan dengan penambahan penguat serat (fiber) sehingga
dapat melengkapi pengetahuan kita tentang kekuatan dari komposit geopolimer fly