Kevin Yoga Pradana Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA

(1)

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

KOMPOSIT POLYESTER - PARTIKEL HOLLOW GLASS MICROSPHERES

• Kevin Yoga Pradana 2109 100 054

• Dosen Pembimbing:

Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA

(2)

Latar Belakang

Keterbatasan persediaan material logam

- Material ringan

- Sifat mekanik sesuai kebutuhan

Particulate Composite

Problem

Need

Solution

(3)

Aplikasi Material

(4)

Rumusan Masalah

Bagaimana pengaruh variasi volume fraksi HGM pada komposit terhadap karakteristik bending.

Bagaimana pengaruh perbedaan

temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing terhadap karakteristik bending dalam volume fraksi tetap.

1.

2.

(5)

Tujuan

Menganalisa pengaruh variasi volume fraksi HGM pada komposit terhadap karakteristik bending.

Menganalisa pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing komposit terhadap karakteristik bending dalam volume fraksi tetap.

1.

2.

(6)

Batasan Masalah

Temperatur pada proses pembuatan dan pengujian dianggap konstan, yaitu 27°C

Spesimen yang dihasilkan dari proses pencetakan dianggap baik (porositas maksimal yang diijinkan adalah 2%)

Komposisi dan dimensi Hollow Glass Microspheres

(HGM) dianggap sama

(7)

DASAR TEORI

Komposit adalah suatu bahan yang merupakan gabungan atau campuran dari dua material atau lebih untuk membentuk material ketiga yang lebih bermanfaat ( Jones, 1975 )

Matriks

Filler

Particulate

Composite

(8)

Matriks

Material yang berfungsi sebagai pengisi dan pengikat yang mendukung, melindungi, dan mendistribusikan beban dengan baik ke material penguat komposit (Sumber : Principles Of Composite Material Mechanics, R.F Gibson)

Jenis komposit berdasarkan

matriks-nya

MMC (Metal Matriks

Composite)

CMC

(Ceramic Matriks Composite)

PMC

(Polymer Matriks Composite)

Ex : Alumunium, magnesium,

titanium

Ex : Alumina, alumunium titanate, silicon

carbide

Ex : thermoplastik, thermoseting

(9)

Jenis komposit berdasarkan

penguatnya

fibricus composite

laminated composite

particulate

composite Hybrid Composite

Penguat

Berfungsi memperkuat matrik karena pada umumnya filler jauh lebih kuat dari pada matriks dan nantinya akan memperkuat pembentukan bahan dengan mempengaruhi sifat fisik dan mekanik bahan yang terbentuk (Sumber : Principles Of Composite Material Mechanics, R.F Gibson)

(10)

Polymer Matriks Composite

Polyester (Matriks)

Hollow Glass Microspheres

(Pengisi)

Particulate Composites

Ringan

Mudah dibentuk

Biaya produksi rendah Daya tahan simpan lama

Tahan korosi

(11)

Resin Unsaturated Polyester

1. Kaku dan rapuh 2. Viskositas rendah

3. Temperatur kerja 100 – 140°C 4. Harga relatif murah

5. Waktu curing yang cepat

(12)

Hollow Glass Microspheres

1. Dimensi rata-rata 22 μm

2. Range temperatur kerja 30°C-220°C dan softening point-nya 600

^o

C

3. Menurunkan konduktivitas termal dan juga densitas

(13)

Pengujian Spesimen

Uji Bending • Tegangan Bending

• Modulus elastisitas

(14)

Curing

• Agar terjadi ikatan crosslink antara polyester dan pengisi.

• Untuk mempercepat  post-curing

(15)

Studi Terdahulu

Komposit campuran resin epoksi + serbuk kaca + katalis

dituang ke cetakan dan dibiarkan selama 24 jam pada suhu kamar kemudian ditempatkan dalam oven pada 50°C selama 3 jam untuk post-curing

adanya kenaikan modulus elastisitas pada komposit yang mengandung 20% serbuk kaca, 30% serbuk kaca dan yang berisi 10% serbuk kaca + 10% partikel grafit.

komposit diperkuat dengan 10% serat kaca + 10%

partikel grafit memiliki tegangan bending tertinggi serta kekakuan yang sangat baik.

Sumber : A.A.Ibrahim, “Flexural Properties of Glass and Graphite Particles Filled Polymer Composites”, College of

Technical-Baghdad, Foundation of Technical Education, 2010.

(16)

Studi Terdahulu

Sumber : Aruniit A., Kers J., “Preliminary Study of the Influence of Post Curing Parameters to the Particle Reinforced Composite's Mechanical and Physical Properties” , Department of Materials Engineering, Tallinn University of Technology, 2011.

(17)

METODOLOGI PENELITIAN

START

Studi Literatur

Proses curing komposit selama 24 jam

Pemilihan variabel yang divariasikan

Pemotongan spesimen sesuai standart dimensi pengujian bending

Proses post-curing spesimen dengan temperatur 60°C selama 3

jam dan 5 jam

Proses post-curing spesimen dengan temperatur 110°C selama

3 jam dan 5 jam Proses post-curing spesimen

dengan temperatur 90°C selama 3 jam dan 5 jam

Pencatatan data hasil pengujian

Pengamatan struktur makro dan mikro/SEM

Analisa data dan Pembahasan

END Kesimpulan Uji bending Pembuatan spesimen dengan variasi volume fraksi HGM mulai

0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%

dan 30%

Pengujian komposit

Uji DSC Uji bending

Pembuatan komposit dengan volume fraksi yang menghasilkan

kekuatan bending optimum

(18)

Material yang Digunakan

Resin unsaturated polyester

HGM jenis K42HS

Katalis MEKPO

(19)

Peralatan yang Digunakan

1. Mesin Uji Tekan-Bending Wolfert 2. Cetakan Kaca Komposit

3. Heater ( furnace ) 4. Termokopel

5. Alat bantu : gerinda, kapi, soket pengaduk, pipet, plastisin, wax

6. Alat ukur : timbangan digital, jangka sorong, gelas ukur

(20)

Peralatan yang Digunakan

7. Mikroskop Stereo Zeiss STEMI DV4 8. Mesin SEM Zeiss EVO MA 10

9. Mesin DSC Mettler-Toledo

(21)

Variabel Penelitian

Kode Spesim en

Fraksi Volum e HGM

(%)

Tempe ratur Penaha nan (°C)

Jumlah Resin

(gr) HGM (gr)

0a, 0b,

0c

0%

27

3 27,337 0 5a,

5b, 5c

5% 3 25,970 0,675

10a, 10b, 10c

10% 3 24,603 1,35

15a, 15b, 15c

15% 3 23,236 2,025

20a, 20b, 20c

20% 3 21,87 2,7

25a, 25b, 25c

25% 3 20,503 3,375

30a, 30b, 30c

30% 3 19,136 4,05

Kode Spesimen

Fraksi Vol.

HGM (%) Temp. Post- Curing

(°C)

Waktu Penahanan

(jam)

Jumlah

A.1 A.2 A.3

X

27 24 3

B.3.1 B.3.2 B.3.3

60

3 3

B.5.1 B.5.2 B.5.3

5 3

B.3.1 B.3.2 B.3.3

90

3 3

B.5.1 B.5.2 B.5.3

5 3

B.3.1 B.3.2 B.3.3

110

3 3

B.5.1 B.5.2 B.5.3

5 3

Variasi temperatur-waktu penahanan post-curing Variasi fraksi volume

(22)

Langkah Percobaan

- Membuat batas cetakan dengan kaca

- Batas samping dan dasar cetakan kaca dilapisi wax

- Berat polyester resin dan HGM diukur sesuai perbandingan fraksi volume

- Campuran diaduk sampai merata, ditambahkan katalis, setelah dicampurkan langsung dituang ke cetakan

- Komposit dilepas dari cetakan, didiamkan selama 24 jam pada suhu kamar kemudian dilakukan uji bending - Setelah didapat volume fraksi dengan tegangan dan

modulus tertinggi, komposit dengan penambahan HGM tertentu tersebut selanjutnya akan divariasikan temperatur-waktu penahanan post-curing pada 60°C, 60°C, dan 60°C masing-masing selama 3 dan 5jam, kemudian diuji bending

(23)

Prosedur Uji Bending

Sumber : ASTM Standards, D 790M-84, Standard Test Method for Flexural and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials

(24)

Data Pengujian Bending

Kode spesi

men

Fraksi volume

HGM (%)

Temp.

Penahan an (°C)

P (K N)

Defle ksi (mm)

S (Mpa)

S Rata (Mpa)

E (Gpa)

0.a

0

Temper

atur kamar

(±27)

0.b

0.c

5.a

5

5.b

5.c

10.a

10

10.b

10.c

15.a

15

15.b

15.c

20.a

20

20.b

20.c

25.a

25

25.b

25.c

30.a

30

30.b

30.c

No Fraksi

Vol.

HGM (%)

Temp.

Post Curing

(°C)

Waktu Penahanan

(jam) P (KN) Defleksi

(mm) S

(Mpa) S Rata (Mpa) E

(Gpa) E Rata (Gpa) A.1

X

27 24

A.2

A.3

B.3.1

60

3

B.3.2

B.3.3

B.5.1

5

B.5.2

B.5.3

C.3.1

90

3

C.3.2

C.3.3

C.5.1

5

C.5.2

C.5.3

D.3.1

110

3

D.3.2

D.3.3

D.5.1

5

D.5.2

D.5.3

Variasi fraksi volume Variasi temperatur-waktu penahanan post-curing

(25)

DATA HASIL PENELITIAN VARIASI VOLUME FRAKSI

Kode Spesimen

Fraksi vol.

HGM

Temp. Post-

Curing P (KN) Defleksi

(mm) S (Mpa) S Rata

(Mpa) E (Gpa) E Rata (Gpa) (°C)

0.a

0%

27

0,5 4 68,055

72,593 21,177

22,589

0.b 0,55 4 74,861 23,295

0.c 0,55 4 74,861 23,295

5.a

5%

0,6 3,5 81,667

74,861 22,236

23,206

5.b 0,5 4 68,056 21,177

5.c 0,55 4,5 74,861 26,206

10.a

10%

0,55 4,5 74,861

79,398 26,206

23,559

10.b 0,6 3,5 81,667 22,236

10.c 0,6 3,5 81,667 22,236

15.a

15%

0,5 4,5 68,056

77,13 23,824

23,824

15.b 0,6 4 81,667 25,412

15.c 0,6 3,5 81,667 22,236

20.a

20%

0,55 4,5 74,861

72,593 26,206

23,559

20.b 0,6 4 81,667 25,412

20.c 0,45 3,5 61,25 19,059

25.a

25%

0,5 4 68,056

63,519 21,177

20,559

25.b 0,45 4,5 61,25 21,442

25.c 0,45 4 61,25 19,059

30.a

30%

0,3 6 40,833

43,102 19,059

19,236

30.b 0,3 5,5 40,833 14,559

30.c 0,35 6,5 47,638 24,089 Volume fraksi HGM (%)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%

Tegangan (MPa)

Volume fraksi HGM (%)

(26)

Hasil Foto Makro

Arah Pembebanan

Crack initiation

Arah Pembebanan

Arah pengambilan foto makro

komposit penambahan HGM 0% dengan perbesaran 10x

(27)

komposit penambahan HGM 10% dengan perbesaran 12x komposit penambahan HGM

5% dengan perbesaran 10x Arah Pembebanan

Arah Pembebanan

Permukaan patah ulet

Permukaan patah getas

(28)

komposit penambahan HGM 20% dengan perbesaran 20x Permukaan patah

ulet Permukaan patah getas

Crack initiation Arah Pembebanan

Arah Pembebanan

(29)

komposit penambahan HGM 30% dengan perbesaran 15x Permukaan patah

ulet Permukaan patah getas

Permukaan patah getas Arah Pembebanan

Arah Pembebanan

(30)

HASIL UJI DSC

Tg Polyester = 76,98°C

Tg HGM = 132,79°C

(31)

HASIL UJI DSC

Gambar grafik hasil uji DSC pada komposit dengan penambahan fraksi volume 10% HGM

Tg Komposit > Tg HGM dan Polyester Jadi, komposit dapat bekerja pada temperatur

lebih tinggi dibandingkan polyester

(32)

Hasil Uji SEM Polyester 100%

Perbesaran 35x

Perbesaran 400x Arah pembebanan

(33)

Hasil Uji SEM Polyester komposit dengan penambahan HGM 10%

Perbesaran 35x

Perbesaran 500x

Matrix cracking Void

Arah pembebanan

HGM yang rusak Debonding

(34)

Hasil Uji SEM Polyester komposit dengan penambahan HGM 30%

HGM yang rusak Debonding

Void Perbesaran 35x

Perbesaran 500x

(35)

DATA HASIL PENELITIAN VARIASI TEMPERATUR DAN WAKTU PENAHANAN POST CURING

No.

Fraksi Volume HGM (%)

Temp. Post

Curing (°C) Waktu Penahanan

(jam) P (KN) Defleksi

(mm) S (Mpa) S Rata

(Mpa) E (Gpa) E Rata (Gpa)

A.1

10

27 24

0,55 4,5 74,861

79,398 26,206

23,559 A.2

0,6 3,5 81,667 22,236

A.3

0,6 3,5 81,667 22,236

B.3.1

60

3

0,75 3 102,08

102,08 23,824

26,647 B.3.2

0,7 3 95,278 22,236

B.3.3

0,8 4 108,89 33,883

B.5.1

5

0,7 4 95,278

106,62 29,648

39,001 B.5.2

0,85 5 115,69 45,001

B.5.3

0,8 5 108,89 42,354

C.3.1

90

3

0,8 4 108,89

117,96 33,883

45,883 C.3.2

0,8 6 108,89 50,824

C.3.3

1 5 136,11 52,942

C.5.1

5

0,9 6 122,5

124,77 57,177

48,177 C.5.2

0,85 5 115,69 45,001

C.5.3

1 4 136,11 42,354

D.3.1

110

3

0,55 4 74,861

72,593 23,295

23,559 D.3.2

0,5 4 68,056 21,177

D.3.3

0,55 4,5 74,861 26,206

D.5.1

5

0,5 3,5 68,056

65,787 18,53

22,942 D.5.2

0,5 5 68,056 26,471

D.5.3

0,45 5 61,25 23,824

(36)

Hasil Foto Makro

Arah Pembebanan

Arah pengambilan foto makro

(37)

komposit penambahan HGM 10% dipost curing 60°C selama 3 jam perbesaran 10x

Arah Pembebanan

(38)

komposit penambahan HGM 10% dipost curing 90°C selama 5 jam perbesaran 10x komposit penambahan HGM

10% dipost curing 90°C selama 3 jam perbesaran 10x

Crack initiation Arah Pembebanan

Arah Pembebanan

(39)

Permukaan patah getas Arah Pembebanan

Arah Pembebanan

(40)

HASIL UJI DSC

Tg 60°C – 3 jam = 99,67°C

Tg 60°C – 5 jam = 101,18°C

(41)

Tg 90°C – 3 jam = 102,73°C

Tg 90°C – 5 jam = 103,31°C

(42)

Tg 110°C – 3 jam = 105,90°C

Tg 110°C – 5 jam = 108,54°C

(43)

Grafik Hasil Pengaruh Temperatur dan Waktu Post-Curing Komposit dengan Penambahan 10%

HGM terhadap Temperature of Cure (%) Grafik Hasil Pengaruh Temperatur dan Waktu

Post-Curing Komposit dengan Penambahan 10%

HGM terhadap Glass Transition Temperature (Tg)

Temperatur post curing Tg

Sumber: Jurnal Thermal Properties of Polymers

http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/polymers/therm/therm.htm

Crosslink Enthalpy Crosslink

(44)

KESIMPULAN

1. Penambahan fraksi volume HGM pada polyester

berpengaruh terhadap peningkatan tegangan bending dan modulus elasisitas komposit. Tegangan bending optimum

komposit sebesar 79,398 MPa didapatkan dari penambahaan fraksi volume HGM sebanyak 10%.

2. Perbedaan temperatur post-curing dan waktu penahanan pada komposit berpengaruh terhadap peningkatan tegangan bending dan modulus elastisitasnya apabila komposit dengan penambahan fraksi volume HGM 10% di post-curing sebelum melewati temperatur transisinya (Tg). Temperatur post-

curing yang paling optimal adalah 90°C dan waktu

penahanan yang paling maksimum adalah 5 jam.

(45)

SARAN

1. Perlunya penyebaran Hollow Glass Microspheres yang lebih merata agar dapat mengisi matriks pada polyester sehingga void tidak banyak ditemukan dan dapat meningkatkan

kekuatan mekaniknya

2. Penelitian lebih lanjut bisa dikembangkan dengan

menggunakan HGM dengan ukuran butir yang bervariasi sehingga dapat diketahui ukuran butir Hollow Glass

Microspheres ideal yang harus dicampurkan agar nilai

tegangan bendingnya maksimum.

(46)