LAPORAN PENELITIAN
PENGARUH HOMOGENIZER & FILLER TERHADAP
SIFAT MEKANIK KARET UNTUK TAPAK BAN
PESAWAT TERBANG
DI PUSAT TEKNOLOGI MATERIAL-BPPT
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan program Diploma IV Program Studi Teknik Kimia Polimer
Disusun oleh :
Ahmad Dandi Indrabayu 1513071
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA POLIMER POLITEKNIK STMI JAKARTA
POLITEKNIK STMI JAKARTA
KEMENTERIAN PERINDUSTRIAN R.I
LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING
JUDUL PENELITIAN
PENGARUH HOMOGENIZER & FILLER TERHADAP SIFAT MEKANIK KARET UNTUK BAN PESAWAT
DISUSUN OLEH :
NAMA : AHMAD DANDI INDRABAYU
NIM : 1513071
PROGRAM STUDI : TEKNIK KIMIA POLIMER
Menyetujui
Ketua Program Studi Teknik Kimia Polimer
I r . Roosm a r iha r so, M B A NIP. 195405231980031004
Jakarta, ……...2017
Dosen Pembimbing
I r . P a ruli a n L e o n a rd M, MM NIP. 195702141985031002
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING PENELITIAN
JUDUL PENELITIAN
PENGARUH HOMOGENIZER & FILLER TERHADAP SIFAT MEKANIK KARET UNTUK BAN PESAWAT
DISUSUN OLEH :
NAMA : AHMAD DANDI INDRABAYU
NIM : 1513071
PROGRAM STUDI : TEKNIK KIMIA POLIMER
Jakarta, ………2017
Telah diperiksa dan disetujui oleh : Pembimbing
I r. L i e s A . W i s ojodh a r m o NIP.195508181982032004
iv iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN PENELITIAN
Saya Mahasiswa Program Studi Teknik Kimia Polimer, Politeknik
STMI Jakarta, Kementerian Perindustrian Republik Indonesia.
Nama : Ahmad Dandi Indrabayu
NIM : 1513071
Program Studi : Teknik Kimia Polimer
Dengan ini menyatakan bahwa hasil karya Tugas Akhir yang saya
buat dengan judul :
PENGARUH HOMOGENIZER & FILLER TERHADAP
SIFAT MEKANIK KARET UNTUK BAN PESAWAT
TERBANG
Dibuat dan diselesaikan sendiri dengan menggunakan literatur hasil kuliah, survei lapangan, bimbingan dengan dosen pembimbing dan pembimbing penelitian, melalui tanya jawab maupun asistensi serta buku-buku jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada karya tulis Tugas Akhir ini.
Bukan merupakan duplikasi yang sudah dipublikasikan atau yang pernah dipakai untuk mendapatkan gelar sarjana di Universitas/Perguruan Tinggi lain, kecuali pada bagian-bagian tertentu digunakan referensi pendukung untuk melengkapi informasi dan sumber informasi dengan dicantumkan melalui referensi yang semestinya.
Bukan merupakan karya tulis terjemahan dari kumpulan buku atau jurnal acuan yang tertera dalam referensi pada karya Tugas Akhir saya.Jika terbukti saya tidak memenuhi apa yang telah saya nyatakan seperti apa yang diatas, maka karya Tugas Akhir saya ini dibatalkan.
Jakarta, 2017
Yang Membuat Pernyataan
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan Laporan Penelitian kami yang berjudul ― Pengaruh Homogenizer dan Filler Terhadap Sifat Mekanik Karet Untuk Tapak Ban Pesawat Terbang ― di Pusat Teknologi Material-Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi yang terletak di Serpong, Tangerang Selatan.
Penulisan laporan ini bertujuan guna memenuhi salah satu syarat kelulusan dari program studi Teknik Kimia Polimer Politeknik STMI Jakarta, Kementerian Perindustrian Republik Indonesia.
Dalam pelaksanaan dan penulisan Laporan Penelitian ini, kami mendapatkan dukungan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu, kami mengucapkan terima kasih kepada :
1. Orang tua kami yang telah memberikan dukungan secara moral maupun materil.
2. Bapak Dr. Mustofa ST, MT., selaku Direktur Politeknik STMI Jakarta Kementerian Perindustrian Republik Indonesia.
3. Bapak Ir. Roosmariharso, MBA., selaku Ketua Program Studi Teknik Kimia Polimer, Politeknik STMI Jakarta dan
4. Bapak Ir. Parulian Leonard Marpaung, MM selaku dosen pembimbing penelitian.
vi
Pusat Teknologi Material – Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi yang telah banyak membantu selama penelitian.
Demikian laporan ini kami sampaikan, kritik dan saran dari semua pihak untuk kesempurnaan laporan ini kami harapkan. Semoga Laporan Penelitian ini dapat bermanfaat bagi kami maupun untuk para pembaca umumnya.
Jakarta, 2017
x
ABSTRAK
Homogenizer dalam pembuatan kompon karet adalah suatu
bahan yang digunakan di laboratorium untuk proses homogenisasi berbagai jenis bahan pada pembuatan kompon karet. Sedangkan penambahan bahan pengisi ditambahkan untuk memperkuat struktur fisik, memperbaiki karakteristik pengolahan, dan menambah volume kompon karet. Tujuan penelitian secara triplo, vestenamer menunjukkan performa terbaik dalam hal pengujian sifat mekanik karet sehingga digunakan sebagai homogenizer pada varian berikutnya. Penggunaan filler carbon black dan silika dengan jumlah phr 50/0; 40/10; 25/25; 10/40; 0/50 memberikan hasil optimum pada varian FS3 dengan jumlah phr 25/5 dan FS4 dengan jumlah phr 10/40 dalam tiap pengujian sifat mekanik karet.
x
ABSTRACT
Homogenizer on the rubber compounding is a material which used in laboratoy for the homogenization of various types of material to rubber compounding. While addition of filler for the strength of physical structures, improves the processing characteristics, and increases rubber compound volume. The purpose of this research is to know about influence of homogenizer and filler to the rubber mechanical properties for produces the aircraft tire tread. Three types of homogenizer are vestenamer, aktiplast8, and rhenosin with 3 phr. After this experiment with triplo methods, vestenamer has the best performance on the mechanical properties testing
x DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN DOSEN PEMBIMBING ... ii
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING PENELITIAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN PENELITIAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vii ABSTRACT... viii
DAFTAR ISI... ix
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR SIMBOL ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 1
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
1.5 Manfaat Penelitian... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 Kompon Karet ... 3
2.1.1 Polimer ... 3
2.1.1.1 Karet Alam (Ribbed Smoked Sheet) ... 3
2.1.1.2 Karet Sintetik (Butadiene Rubber) ... 5
2.1.2 Bahan Pelunak (Peptizer) ... 6
2.1.3 Bahan Penghomogenisasi (Homogenizer) ... 6
2.1.3.1 Vestenamer ... 6
2.1.3.2 Aktiplast8 ... 7
2.1.3.3 Rhenosin ... 8
2.1.4 Bahan Pemercepat (Accelerator) ... 9
2.1.5 Bahan Penggiat (Activator) ... 11
2.1.6 Retarders ... 12
x
2.1.7.1 Carbon Black ... 13
2.1.7.2 Silika ... 16
2.1.8 Antidegradant ... 18
2.1.9 Processing Oil ... 18
2.2 Reaksi Vulkanisasi ... 19
2.2.1 Mengukur Vulkanisasi ... 19
2.2.2 Bahan Pemvulkanisasi (Vulcanizing Agent)... 21
2.2.3 Vulkanisasi Sulfur ... 22
2.3 Pengujian Sifat Mekanik Kompon Karet ... 23
2.3.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test) ... 23
2.3.2 Pengujian Kekuatan Tear ( Tearing Test) ... 24
2.3.3 Pengujian Kekerasan (Hardness Test) ... 24
2.3.4 Pengujian Densitas ... 25
x
2.3.6 Pengujian Pantul (Rebound Resilience Test) ... 25
2.3.7 Pengujian Ketahanan Kikis (Abrassion Resistance Test) 2.4 Pengujian FT-IR ( Fourier Transform Infrared ) ... 27
2.5 Pengujian TGA ( Thermogravimetric Analysis ) ... 28
BAB III METODE PENELITIAN... 29
3.1 Tempat dan Waktu ... 29
3.2 Alat dan Bahan ... 29
3.2.1 Alat ... 29
3.2.2 Bahan... 29
3.3 Formulasi Kompon Karet ... 30
3.4 Skema Penelitian... 31
3.5 Prosedur Penelitian ... 33
3.5.1 Tahap Pembuatan Kompon Karet ... 33
3.5.2 Tahap Uji Waktu Kematangan ... 32
3.5.3 Tahap Pembuatan Sampel Untuk Uji Karakteristik ... 34
3.6 Pengujian Sampel Kompon Karet ... 35
3.6.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test) dan Kekuatan Tear (Tearing Strength Test) ... 36
3.6.2 Pengujian Ketahanan Kikis (Abrasion Resistance Test) .. 36
xi
3.6.4 Pengujian Kekerasan (Hardness Test) ... 37 3.6.5 Pengujian Pantul (Rebound Resilience) ... 37 3.6.6 Pengujian Pampatan Tetap (Compression Set Test)... 37 3.7 Prinsip Kerja Pengujian Spektrofotometer Fourier Transform
Infrared (FT-IR) ... 38 3.8 Prinsip Kerja Pengujian Thermogravimetric Analysis (TGA).. 38 3.9 Target Spesifikasi Teknis ... 39
xi
4.1 Pengujian secara berulang untuk variasi Homogenizer ... 40 4.1.1 Pengaruh variasi jenis Homogenizer terhadap waktu
matang ... 41
4.1.2 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekuatan Tarik (Tensile Strength) .../... 41 4.1.3 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekuatan Tear
(Tear Strength) ... 42 4.1.4 Pengaruh variasi jenis Homogenizer terhadap kekuatan
pantul (Rebound)... 43 4.1.5 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekerasan
(Hardness)... 44 4.1.6 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Densitas ... 45 4.1.7 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Pampatan Tetap
(Compression Set) ... 46 4.1.8 Pengaruh Variasi Homogenizer terhadap Ketahanan Kikis
(Abrassion Resistance) ... 47 4.2 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Sifat Mekanik Kompon
Karet ... 49 4.2.1 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap waktu matang ... 49 4.2.2 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Kekuatan Tarik
(Tensile Strength) ... 50 4.2.3 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Kekuatan Tear
(Tear Strength) ... 51 4.2.4 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Kekuatan Pantul
(Rebound) ... 51 4.2.5 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Kekerasan
xii
4.2.6 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Densitas ... 53
4.2.7 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Pampatan Tetap (Compression Set) ... 53
4.2.8 Pengaruh variasi jumlah Silika terhadap Ketahanan Kikis (Abrasion Resistance)... 54
4.3 Hasil Pengujian FT-IR (Fourier Transform Infrared) dan TGA (Thermogravimetric Analysis) pada Formulasi Silika ... 60
4.3.1 FT-IR (Fourier Transform Infrared) ... 60
4.3.2 TGA (Thermogravimetric Analysis) ... 61
BAB V PENUTUP ... 71
5.1 Kesimpulan ...71
5.2 Saran ... 72
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel II.1 Karakteristik dan Sifat Mekanik Karet Alam ... 4
Tabel II.2 Standar Mutu Ribbed Smoke Sheet ... 4
Tabel II.3 Karakteristik dan Sifat Mekanik Karet Butadiene ... 6
Tabel II.4 Macam-macam Tipe Bahan Pemercepat Akselerator ... 10
Tabel II.5 Kode ASTM dan Aplikasi dari Carbon Black... 14
Tabel II.6 Komposisi Kimia Carbon Black ... 15
Tabel II.7 Operasi Proses dan Bantuan Proses untuk Vulkanisasi dan Kegunaannya ... 19
Tabel II.8 Panjang Gelombang Berdasarkan Uji FT-IR ... 28 Tabel III.1 Komposisi Kompon Karet Formula Homogenizer... 30
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1. Struktur Kimia Karet Alam ... 5
Gambar II.2. Struktur Kimia Butadiene Rubber... 5
Gambar II.3. Struktur Kimia Polioktenamer ... 7
Gambar II.4. Struktur Kimia Logam Kompleks ... 8
Gambar II.5. Struktur Kimia Fenol Formaldehid ... 9
Gambar II.6. Struktur Pemilihan Akselerator ( Bahan Pemercepat ) ... 10
Gambar II.7. Struktur Kimia CBS ... 11
Gambar II.8 Efek pada aktivator dalam laju penyembuhan, di mana A adalah 2,5 phr sulfur, B sulfur ditambah asam stearat (2 phr) ditambah zink oksida (5 phr) ,C sulfur ditambah TBBS (0,6 phr), D sulfur ditambah asam stearat, E sulfur ditambah TBBS plus ZnO, F sulfur plus TBBS + ZnO + asam stearat ...12
Gambar II.9 N-sikloheksiltioftalimida ... 13
Gambar II.10. Struktur Carbon Black ... 15
Gambar II.11. Model Struktur Atom Grafit (a) dan Carbon Black (b) ... 16
Gambar II.12. Struktur Kimia Silika ( Silikon Dioksida ) ...17
Gambar II.13. Struktur Kimia Silane ... 17
Gambar II.14 Kurva Penyembuhan dari ODR (Oscillating Disk Rheometer) dimana A mereprentasikan keamanan pembakaran, B merepresentasikan Laju penyembuhan, C wilayah penyembuhan,D penyembuhan optimum, dan E adalah reversi... 21
Gambar II.15 Efek dari Aliran silang dimana A merepresentasikan Kekuatan potong, Kekakuan dan Ketangguhan; B Keelastisan dan Kekakuan; C Kekuatan tarik; dan D Histeresis, set permanen, dan koefisien friksi... 22
Gambar IV.1 Pengaruh variasi jenis homogenizer terhadap waktu matang kompon karet formulasi homogenizer ... 41
Gambar IV.2 Hasil uji kekuatan tarik karet matang formulasi homogenizer ... 42
Gambar IV.3 Hasil uji Tearing pada karet matang formulasi homogenizer ... 42
Gambar IV.5 Hasil uji kekerasan pada karet matang formulasi homogenizer ... 44
Gambar IV.6 Hasil uji Densitas pada karet matang formulasi homogenizer ... 45
Gambar IV.7 Hasil uji pampatan tetap pada karet matang formulasi homogenizer 46 Gambar IV.8 Hasil uji ketahanan kikis pada karet matang formulasi homogenizer 48 Gambar IV.9 Pengaruh variasi jenis homogenizer terhadap waktu matang kompon karet formulasi silika ...49
Gambar IV.10 Hasil uji kekuatan tarik karet matang formulasi silika ... 50
Gambar IV.11 Hasil uji Tearing pada karet matang formulasi silka ... 51
Gambar IV.12 Hasil uji pantul pada karet matang formulasi silika ... 51
Gambar IV.13 Hasil uji kekerasan pada karet matang formulasi silika ... 52
Gambar IV.14 Hasil uji Densitas pada karet matang formulasi silika ... 53
Gambar IV.15 Hasil uji pampatan tetap pada karet matang formulasi silika ... 53
Gambar IV.16 Hasil uji ketahanan kikis pada karet matang formulasi silika ... 54
Gambar IV.17 Hasil uji FT-IR seluruh formulasi silika ...55
Gambar IV.18 Hasil uji TGA FS1 ... 56
Gambar IV.19 Hasil uji TGA FS2 ... 57
Gambar IV.20 Hasil uji TGA FS3 ... 58
Gambar IV.21 Hasil uji TGA FS4 ... 59
Gambar IV.22 Hasil uji TGA FS5 ... 60
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Indonesia merupakan salah satu negara produsen utama karet alam terbesar kedua di dunia setelah Thailand yang dapat mengekspor hasil komoditas perkebunan karet ke beberapa negara. Di mana kontribusinya terhadap produksi karet dunia mencapai 27,06%. (Sinung Hendratno, 2011)
Karet merupakan bahan atau material yang tidak bisa dipisahkan dari kehidupan manusia, sebagai bahan yang sangat mudah didapat, praktis, ringan dan tentu saja modern.
Akan tetapi penggunaan karet alam tersebut masih sangat terbatas pada produk-produk yang umum saja , padahal dengan suatu teknik perekayasaan karet alam tersebut dapat dimanfaatkan pada industri pembuatan produk teknik dengan nilai yang tinggi. Salah satu produk teknik tersebut adalah ban pesawat dimana produk tersebut bahannya sebagian besar masih di impor dengan kualitas dan harga yang sangat beragam.
Homogenizer adalah salah satu dari faktor yang berpengaruh terhadap sifat mekanik kompon karet untuk ban pesawat terbang. Homogenizer merupakan salah satu bahan formulasi karet yang digunakan untuk menghomogenkan berbagai bahan pembuatan kompon dan juga menstabilkan sifat karakteristik kompon karet. Selain homogenizer, filler juga berpengaruh terhadap sifat mekanik kompon karet dan filler juga berguna untuk meningkatkan sifat mekanik kompon karet disamping homogenizer.
Namun, diantara jenis homogenizer dan juga jenis filler yang digunakan pasti ada salah satu dari berbagai jenis yang sesuai dan tepat untuk dijadikan sebagai bahan dalam formulasi karet untuk pembuatan ban pesawat terbang.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dipaparkan, maka rumusan permasalahan dari penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh tiap homogenizer terhadap sifat mekanik karet yang dihasilkan dalam pembuatan ban pesawat ?
2. Apakah penggunaan silika pada industri karet dapat mempengaruhi sifat mekanik karet pada pembuatan ban pesawat terbang ?
2 1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Dengan suatu teknik perekayasaan karet alam dapat dimanfaatkan pada industri pesawat terbang salah satu contoh teknik yang digunakan memiliki nilai tinggi, produk teknik tersebut adalah tapak ban pesawat terbang.
2. Pengujian karakteristik pemrosesan kompon karet dengan pengujian waktu matang menggunakan rheometer serta pengujian karakteristik vulkanisat karet dengan menggunakan FT-IR dan TGA.
3. Variasi homogenizer yang digunakan yaitu vestenamer, aktiplast8, dan rhenosin masing-masing 3 phr untuk formulasi homogenizer. Sementara itu untuk formulasi silika dengan perbandingan carbon black-silika masing-masing sebesar 50/0; 40/10; 25/25; 10/40 dan 0/50 phr.
Keterangan : phr ( per hundred rubber ) yaitu satuan dalam formulasi Kompon Karet.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk :
1. Mengetahui pengaruh variasi jenis homogenizer terhadap kualitas sifat mekanik tapak ban pesawat terbang.
2. Mengetahui pengaruh jumlah variasi filler yang digunakan terhadap kekuatan fisik pada produk karet untuk tapak ban pesawat.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Mengembangkan formulasi kompon karet dengan Homogenizer.
2. Memberikan informasi pengaruh filler carbon black dan silika terhadap produk.
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kompon Karet
Kompon karet adalah karet mentah yang telah dicampur dengan bahan baku penunjang lainnya seperti filler, processing oils, accelerator dan sebagainya dengan menggunakan mesin giling karet seperti open mill dan kneader yang mana jika dipanaskan dengan temperatur dan waktu yang cukup akan berubah menjadi barang jadi yang bersifat permanen ( vulcanized rubber ). Karet yang digunakan untuk kompon terdiri dari bahan kimia pembantu proses. Bahan kimia utama adalah bahan kimia yang digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat fisik karet, sehingga produk karet yang dihasilkan akan memiliki sifat fisik dan kimiawi yang lebih stabil (SS.Sipahutar, 2011). Bahan-bahan kimia yang digunakan untuk pembuatan kompon karet adalah sebagai berikut:
2.1.1 Polimer
2.1.1.1 Karet Alam (Ribbed Smoked Sheet)
4
Tabel II.1 Karakteristik dan Sifat Mekanik Karet Alam
Polymer Polyisoprene (C5H8)n Modulus of Elasticity 2500 lb/in.2 (18 MPa) Tensile Strenght 3500 lb/in.2 (25 MPa)
Elongation 700% at failure
Abrasion Resistance Good to Excellent
Compression Set Excellent
Rebound Resilience Excellent
Hardness 30-95 Shore A
Specific Gravity 0.93
High-Temperature Limit
Low-Temperatute Limit -Sumber : Robinson Rubber Product, 2005
Tabel II.2 Standar Mutu Ribbed Smoke Sheet
No. Jenis Uji Satuan Persyaratan
Mutu 1 Mutu 2 Mutu 3
Tidak cacat dan rusak yang berupa sobek, lubang, retak gosekan, serta karet lembaran harus tercetak penuh
Tegangan Putus N/mm2 Min 16 Min 11 Min 5,0
-Perpanjangan Putus %
Min 250 Min 200 Min 150
Kekerasan Shore A 55-80 55-80 55-80
Ketahanan
Bobot Jenis gr/cm3 Maks 1,2 Maks 1,3 Maks 1,4
Ketahanan Kikis Mm3 Maks 250 Maks 300 Maks 350
Ketahanan retak lentur 150 KCS
- Tidak retak Tidak retak Tidak retak
5 Gambar II.1. Struktur kimia karet alam
2.1.1.2 Karet Sintetik ( Butadiene Rubber )
Karet sintetik adalah setiap bahan elastomer yang artifisial. Karet sintetik merupakan polimer-polimer yang disintesis dari produk samping petroleum. Sekitar 15 miliar kilogram ( 5,3 x 1011 oz ) karet diproduksi secara terus menerus, dan jumlah total produksi karet terbesar kedua dari ketiga adalah sintetik (Desmond Threadingham, 2011).
Contoh dari karet sintetik antara lain: Isoprene Rubber (IR), Styrene Butadiene Rubber (SBR), Butadiene Rubber (BR), dan sebagainya.
Butadiene Rubber (BR) adalah homopolimer dari 1,3 butadiena, monomernya mengandung 4 atom karbon dan 6 atom hidrogen (C4H6). Keempat atom karbon dalam rantai lurus memiliki dua ikatan ganda, dapat dilihat pada gambar II.2
Gambar II.2. Struktur Kimia Butadiene Rubber
6
abrasi. Digunakan secara mencampur dengan karet SBR maupun karet alam, kelebihan utamanya mengurangi terjadinya pemanasan dalam (hysteresis) pada produk ban (Matondang, 2010). Karakteristik dan sifat mekanik karet butadiene dapat dilihat pada tabel II.3
Tabel II.3 Karakteristik dan Sifat Mekanik Karet Butadiene Polymer Polybutadiene (C4H6)n Modulus of Elasticity 2000 lb/in.2 (15 MPa)
Tensile Strenght 3500 lb/in.2 (25 MPa)
Elongation 500% at failure
Abrasion Resistance Fair to Excellent
Compression Set Good to Excellent
Rebound Resilience Fair to Excellent
Hardness 45-80 Shore A
Specific Gravity 0.93
High-Temperature Limit
Low-Temperatute Limit -Sumber : Robinson Rubber Product, 2005
2.1.2 Bahan Pelunak (Peptizer)
Karet alam memiliki sifat liat, kering, dan sulit dicampur dengan bahan lain pada proses pelunakan karet (mastikasi), untuk mempermudah proses tersebut digunakan peptizer. Peptizer merupakan bahan bantu proses yang digunakan untuk mempercepat pelunakan karet sebelum menerima bahan kimia karet.
2.1.3 Bahan Penghomogenisasi (Homogenizer)
Homogenizer adalah suatu senyawa yang digunakan di laboratorium
atau bahan perlengkapan dalam industri yang digunakan untuk proses homogenisasi berbagai jenis material, termasuk karet. Dengan adanya homogenizer dalam proses pembuatan kompon karet, cairan-cairan atau liquid yang tidak dapat terlarut dalam seluruh bagiannya menjadi suatu emulsi di mana larutan-larutan bahan dalam proses mixing tersebut menjadi koloid hingga menghasilkan kompon karet yang bagus. (David J. McClements, 2008)
Contoh dari homogenizer yaitu seperti jenis polioktanamer seperti Trans -Polyoctenylene-Rubber ( nama kimia untuk homogenizer seperti vestenamer ), jenis logam kompleks seperti Seng kompleks ( untuk aktiplast 8 ), dan fenol formaldehida ( rhenosin ).
2.1.3.1 Vestenamer
7
dalam industri karet selama bertahun-tahun. Dengan kegunaannya yang baik, polioktenamer yang menguap bisa meredakan suatu berbagai masalah dalam compounding dan pemrosesan pada karet.
Vestenamer adalah suatu bahan aditif poliolefin semikristalin yang juga digambarkan sebagai proporsi dalam ikatan-ikatan dobel trans. Sebagai suatu tujuan pemrosesan senyawa polimer, vestenamer bertindak sebagai suatu plasticizer pada kompon karet dalam pencampuran dan proses manufaktur. Akibat kehadiran ikatan ganda, vestenamer mengambil bagian dalam proses vulkanisasi dan juga dalam matriks karet. Walaupun begitu, vestenamer adalah satu-satunya plasticizer reaktif dari yang lain. (Vestenamer Evonik Power To Create, 2012)
Sifat karakteristik dari vestenamer ( polioktenamer ) : 1. Titik leleh yang rendah
2. Viskositasnya rendah ketika meleleh ( Mooney < 10 )
3. Kristalinitas tinggi, laju rekristalisasinya cepat
4. Memiliki persentase yang tinggi pada makrosiklus ( > 30% )
5. Proporsi yang tinggi pada ikatan ganda konfigurasi trans.
Gambar II.3 Struktur Kimia Polioktenamer
2.1.3.2 Aktiplast8
8
untuk mendapatkan energi yang penting dan penyimpanan waktu untuk karet. Umumnya efek tersebut bertambah dengan suhu karet. Aktiplast8 secara partikular cocok untuk NR (Natural Rubber/Karet Alam) dan IR (Isoprene Rubber) yang mana memiliki efek proses peptizing yang bahkan suhu karet berada pada 80 °C. Aktiplast8 juga melakukan proses pepti ing pada karet sintetik seperti SBR (Styrene Butadinene Rubber), IR dan BR (Butadiene Rubber). (Rhein Chemie, 2016)
Sifat karakteristik dari Aktiplast8 ( logam kompleks ) :
1. Memiliki senyawa logam kompleks dalam bahan muatan organik
2. Permukaannya butir-butir berwarna coklat.
3. Memiliki densitas rata-rata sekitar 1,10 gr/cm3
4. Memiliki titik solidifikasi sekitar 91 °C.
Gambar II.4 Struktur Kimia Logam Kompleks
2.1.3.3 Rhenosin
9
Gambar II.5. Struktur Kimia Fenol Formaldehid Sumber: Rhein Chemie, 2016
2.1.4 Bahan Pemercepat (Accelerator)
Accelerator adalah senyawa-senyawa kimia yang apabila
ditambahkan pada Kompon Karet sebelum proses vulkanisasi akan mempercepat proses vulkanisasi. Selain itu, penggunaan accelerator akan mengurangi jumlah bahan vulkanisasi yang digunakan.
10
Gambar II.6 Struktur Pemilihan Akselerator ( Bahan Pemercepat )
Ada juga bermacam-macam bahan pemercepat yang tidak masuk dalam kategori ini. Dalam penambahan, campuran beberapa akselerator dipersiapkan yang telah didesain sebagai paket penyembuhan untuk akselerator yang spesifik. Pemilihan sistem penyembuhan terbaik memperoleh pengetahuan ekstensif pada tipe-tipe bahan pemercepat dan aplikasi dari masing-masing elastomer.
Tabel II.4 Macam-macam Tipe Bahan Akselerator
Tipe
Tidak ada Hanya sulfur rendah S4-S8
Guanidina Difenil
Guanidine DPG moderat moderat S2-S4
Mercapto-11 Thiuram
Tetrametil-thiuram disulfida
TMTD singkat sangat cepat S2
Dithiokarba
Untuk mempercepat proses vulkanisasi maka digunakanlah bahan berupa katalisator. Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan accelerator antara lain:
Penggunaan panas alat dapat dikurangi
Hasil akhir lebih seragam
Dapat digunakan bahan dasar kualitas rendah
Dapat memperbaiki sifat-sifat fisik barang jadinya
Dapat memperbaiki performa dan kemampuan untuk diberi warna
Meningkatkan daya tahan terhadap aging
Mengurangi kecenderungan untuk memisahkan diri dari permukaan. (Surya, 2009)
Secara umum, bahan pemercepat mengandung sulfur dan nitrogen, contohnya adalah sulfur dan N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsufenamide (CBS).
Gambar II.7. Struktur Kimia CBS
2.1.5 Bahan Penggiat (Activator)
12
dan oleat. Zink yang terlarut pada asam lemak seperti zink 2- etilheksanoat juga digunakan, dan aktivator karet-terlarut efektif dalam karet alam dalam menghasilkan set rendah, kompon creep rendah yang digunakan dalam aplikasi pemuatan barang. Studi terhadap efek asam stearat dan zink oksida dalam suatu sulfenamida yang dipercepat, Kompon Karet alam sulfur yang sembuh menunjukkan kebutuhan antara zink dan aktivator asam lemak pada gambar II.8
Gambar II.8 Efek pada aktivator dalam laju kematangan, di mana A adalah 2,5 phr sulfur, B sulfur ditambah asam stearat (2 phr) ditambah zink oksida (5 phr), C sulfur ditambah TBBS (0,6 phr), D sulfur ditambah asam stearat,
E sulfur ditambah TBBS plus ZnO, F sulfur plus TBBS + ZnO + asam stearat
2.1.6 Retarders
13
Walaupun begitu, gugus-gugus ini efektif dalam penundaan timbulnya awal penyembuhan.
Gambar II.9 N-sikloheksiltioftalimida
2.1.7 Bahan Pengisi (Filler)
Penambahan bahan pengisi ditambahkan untuk memperkuat struktur fisik, memperbaiki karakteristik pengolahan, dan menambah volume Kompon Karet (Craig, 1969). Bahan pengisi diklasifikasikan menjadi dua yaitu carbon black dan bahan pengisi non black atau biasa disebut bahan pengisi berwarna. Bahan pengisi berdasarkan keaktifannya terdiri dari dua jenis yaitu bahan pengisi aktif dan bahan pengisi tidak aktif. Pada pembuatan Kompon Karet sering digunakan campuran antara bahan pengisi aktif dan bahan pengisi tidak aktif dengan memperhatikan harga, kemudian pengolahan dan sifat produk karet yang diinginkan (Sasongko, 2012).
- Reinforcing filler ( bahan pengisi aktif ) : berfungsi meningkatkan kekerasan, ketahanan sobek, ketahanan kikis, dan tegangan putus barang jadi karet. Contoh: carbon black, silika, ZnO, Magnesium Karbonat
- Inert filler ( bahan pengisi tidak aktif ) : berfungsi sebagai penambah volume, menambah kekerasan dan kekakuan barang jadi karet.
Contoh: CaCO3, kaolin, BaSO4 (Victor Tulus, 2014)
Pada pembuatan kompon karet, umumnya filler yang digunakan adalah reinforcing filler seperti carbon black dan silika.
2.1.7.1 Carbon Black
Carbon Black adalah suatu bahan yang sangat penting digunakan
secara prinsip dalam memperkuat kompon karet, sebagaimana suatu pigmen hitam. Carbon Black adalah bubuk hitam yang rata dengan kehalusan yang sangat tinggi dan memiliki luas permukaan yang tinggi, yang tersusun secara essensial pada unsur karbon. (J.F. Aucher, 2002)
Kode ASTM
DBP adsorbtion
cm3/100 gr Aplikasi
N 990 36 Inner liner, freon hose, nitril hose, mesin pencuci, ikat pinggang
N-787 80 Kawat dan Kabel tegangan rendah
N-762 65 Extrusion mouldings
N-660 90 Body mounts, hydraulic hose, tire breads
N-630 78 Passenger carcass, O-rings, body mounts
N-582 180 Barang-barang mekanik, Konduktor
N-550 121 Body mounts, windshield wiper, brake cups, motor mounts, pipe rings
N-472 178 Kawat dan Kabel
N-347 124 Tapak ban passenger, truck
N-339 120 Tapak ban passenger, truck
N-330 102 Motor mounts, dock fender, weather strips, tapak ban passenger, ban sepeda
N-326 72 Motor mounts, wire belt coat
N-242 121 Motor mounts, tapak ban passenger
N-220 114 Tapak ban truk, off the road tread
N-110 113 Tapak ban truk, tank tread pad, compression pad
14
paling stabil. Pada umumnya, carbon black secara luas menggunakan nano-material dengan dimensi agregat yang mulai dari puluhan hingga beberapa ratus nanometer (nm), dan menanamkan sifat khusus untuk komposit yang merupakan bagian darinya.
Tabel II.5 Kode ASTM dan Aplikasi dari Carbon Black
Sumber : Pendidikan dan Pelatihan Ekspor Indonesia, 2015
Carbon Black adalah produk dari suatu teknologi yang
menggabungkan rekayasa seni dan pengendalian proses. Kemurniannya membedakannya dari jelaga yang tercemar by-product dari pembakaran batu bara dan minyak dan dari penggunaan bahan bakar diesel. Carbon Black secara esensial bebas dari kontaminan anorganik dan karakteristik residu organik yang dapat diekstrak dari sebagian besar bentuk jelaga. (G. Kuhner,
15
Gambar II.10. Struktur Carbon Black Sumber: L. L. Ban dan W. M. Hess, 1969
Struktur carbon black secara skematis ditunjukkan pada gambar II.7, unit utama carbon black yang terdispersi adalah suatu agregat yang menjadi keberadaan zat koloid yang kaku. Kandungan kimia carbon black terdiri dari unsur utama seperti karbon, kemudian unsur senyawa lainnya seperti hidrogen, oksigen, sulfur, nitrogen, abu, dan uap. Secara kegunaan industri manufaktur, carbon black jenis Oil-furnace black yang digunakan oleh industri karet mengandung komposisi > 97% unsur karbon. Sedangkan untuk tipe thermal black dan acetylene black mengandung komposisi > 99% unsur karbon. (J.B. Donnet, 1976)
Tabel II.6 Komposisi Kimia Carbon Black
Jenis Karbon(%) Hidrogen(%) Oksigen(%) Sulfur(%) Nitrogen(%) Abu(%) Uap(%) Furnace
Black 99,8 0,05-0,10 0,10-0,15
0,02-0,05 N α 0,00 <0,40 Sumber: B. J. Donnet, 1976
piringan-piringan grafit yang berkembang secara kasar justru paralel kepada satu sama lain namun acak dalam orientasinya yang mengarah pada lapisan yang berdekatan.
Gambar II.11. Model Struktur Atom Grafit (a) dan Carbon Black (b)
Carbon black bila dilihat dari sifat penghantar panasnya adalah konduktor yang baik, dengan emisivitasnya yang sempurna sehingga ketika proses vulkanisasi karet terjadi, carbon black jauh lebih cepat matang dibanding filler non-black. (W.W. Barbin, 1994)
2.1.7.2 Silika
Silika adalah bahan pengisi ( filler) yang berbentuk serbuk putih kristal yang ramah lingkungan. Umumnya digunakan secara luas dalam berbagai industri, termasuk makanan, pelindung tanaman, kertas, obat-obatan, ban hijau, dan juga termasuk karet (Mason & Berry, 1968). Lebih dari itu, bila dibandingkan dengan filler carbon black, silika telah menunjukkan suatu resistensi rolling lebih rendah tanpa kehilangan resistensi tergelincir, justru membuat silika lebih menjanjikan dalam manufaktur "ban hijau" yang ramah lingkungan dengan efisiensi bahan bakar yang tinggi, emisi gas rumah hijau rendah, dan keamanan saat berkendara tinggi.
17
untuk memperbaiki dan meningkatkan kekuatan tarik pada produk industri otomotif, termasuk karet. (J. B. Donnet, 1976)
Gambar II.12. Struktur Kimia Silika ( Silikon Dioksida )
Sumber: B. J Skinner, 1963
Silika sintetis bentuknya amorf, namun tidak seperti padatan-padatan kristal umumnya, silika tidak memiliki ordo tiga dimensi dalam jangkauan yang panjang. Penggunaan difraksi X-Ray tidaklah mungkin dilakukan. Seperti halnya kaca ataupun gelas, silika itu keras tapi mudah getas (brittle) yang mana mempunyai luas permukaan dengan jangkauan pendek yang ditentukan oleh evaluasi analisis difusi difraksi X-Ray. (R. K. Iler, 1979)
Silika, dalam hubungannya erat dengan silane sebagai coupling agent, yang secara luas digunakan dalam manufaktur produksi barang-barang dari karet seperti segel, kabel, ikat pinggang, dompet, dan lain-lain. Sistem Silika-Silane dibutuhkan dalam industri barang-barang karet untuk memperoleh kombinasi perbaikan yang besar yang memungkinkan untuk memproduksi produk-produk berwarna putih ataupun yang berwarna-warni. (M. V. Heimendahl, 1979)
18 2.1.7 Antidegradant
Antidegradant adalah bahan kimia yang berfungsi sebagai anti ozon dan anti oksidan yang melindungi bahan jadi karet dari pengusangan dan peningkatan usia penggunaannya. Karet tanpa anti oksidan akan mudah teroksidasi sehingga menjadi lunak kemudian lengket dan akhirnya menjadi keras dan retak-retak (aging).
Pemakaian anti oksidan harus memenuhi beberapa syarat, antara lain:
- Mudah terdispersi pada seluruh bagian karet
- Inert terhadap hasil-hasil vulkanisasi pada setiap jenis tegangan - Tidak mempunyai pengaruh terhadap warna hasil vulkanisasi
(Viktor Tulus, 2014)
Antidegradant digunakan dalam kompon untuk melindungi Kompon
Karet terhadap kerusakan yang ditimbulkan oleh oksigen, ozon cahaya matahari, katalis logam, dan benturan mekanik. Penggunaan bahan anti degradant pada umumnya berkisar 1-2 phr. Bahan anti degradant secara garis besar dibagi menjadi :
1. Turunan amina. Antioksidan ini tergolong staining, biasanya anilin dan difenilamin karena dapat memudarkan warna bukan hitam bila diekspos didalam cahaya. Contoh: Phenyl-(alfa,beta)-naphthylamine, Keton-amin kondensat seperti Flectol H, Permanax TQ, substitusi p-phenilenediames seperti IDDS, Santoflex 13, Permanax 6PPD.
2. Turunan fenol. Antioksidan ini tergolong non staining yang tidak banyak mempengaruhi warna vulkanisat. Contoh: Substitusi fenol seperti Vulkanox DS, Ionol, Permanax SP, Montaclere Fenil alkana seperti Vulkanox NKF, Naugawhite, Santowhite Waxex, umumnya dipakai untuk mencegah terjadinya aging yang disebabkan oleh sinar ultraviolet dan ozon. (Ridha Arizal, 2015)
2.1.8 Processing Oil
19 2.2 Reaksi Vulkanisasi
Vulkanisasi adalah suatu proses kimia yang bersifat irreversible dengan menggunakan bahan pemvulkanisasi seperti sulfur bahan yang mengandung sulfur dan peroksida organik Proses vulkanisasi karet biasanya melibatkan pemanasan karet pada suhu 100 C – 180 C dengan bahan pemvulkanisasi sehingga membentuk produk yang disebut vulkanisat (Craig, 1969). Melalui vulkanisasi komponen karet, molekul karet yang semula lurus atau berupa struktur dua dimensi, berubah menjadi struktur tiga dimensi karena terbentuk ikatan silang oleh bahan pemvulkanisasi (Craig, 1969). Vulkanisasi belerang merupakan bahan vulkanisasi yang umum dan banyak digunakan. Menurut Long (1985), laju vulkanisasi dapat ditingkatkan melalui penambahan bahan pemercepat dan penggiat. Kombinasi antara bahan pemvulkanisasi, bahan pemercepat, dan bahan penggiat disebut sistem vulkanisasi. Sistem vulkanisasi dapat didefinisikan sebagai jumlah aditif yang diperlukan untuk memvulkanisasi elastomer atau karet yang semula bersifat plastis, liat, dan tidak mantap terhadap suhu (thermoplastic) berubah menjadi elastis, kuat, dan mantap bentuknya terhadap perubahan suhu (thermoset). Menurut Lee dan Whelan (1997), sistem vulkanisasi yang digunakan akan menentukan jenis ikatan silang yang terbentuk. Sistem vulkanisasi karet dapat dibedakan atas tiga jenis, yaitu sistem konvensional, sistem efisien (EV), dan sistem semi efisien (semi EV).
2.2.1 Mengukur Vulkanisasi
Formasi dari struktur ikatan silang tiga dimensi selama vulkanisasi meningkatkan kekakuan ( modulus ) kompon. Meskipun itu, berdasarkan modulus yang bertambah dengan versi waktu perbaikan menyediakan suatu gambar yang berlanjut pada proses vulkanisasi. Oscillating Disk Rheometers (ODR) dan Moving Die Rheometers (MDR) menyajikan metode yang berguna dalam vulkanisasi (Standard Test Method for Rubber Property, 1995). Dalam pengujian ini, suatu sample yang belum ditimbang pada karet yang belum baik diletakkan dalam suatu rongga yang dipanaskan yang memuat suatu rotor kerucut. Rongga ditutup dan rotor diatur untuk berputar dalam sampel karet. Sebagaimana proses vulkanisasi, resistensi kompon pada gerakan rotor bertambah dan resistensinya berjalan seiring waktu vulkanisasi, sehingga menghasilkan profil yang terus menerus pada perilaku perbaikan.
Tabel II.7 Operasi Proses dan Bantuan Proses untuk Vulkanisasi dan Kegunaannya
Operasi Proses Bantuan Proses Contoh Fungsi
Mixing Chemical peptizer 2,2-
dibenzamididifenil-disulfida
Mengurangi
Physical Peptizer
Assembly Tackifier Resin hidrokarbondan resin fenolik Meningkatkan greentack; menggunakan resin hidrokarbon di musim panas, fenolik di musim dingin, atau juga pada berbagai macam suhu
Pematangan Bahan Pengerasan Karet-Resin Stirene
21
Sumber : 1) Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1997 2) Rubber Compounding, Chemistry and Applications, 2001
3) Rubber Handbook, 2001
Gambar II.14 Kurva Penyembuhan dari ODR ( Oscillating Disk Rheometer ) dimana A mereprentasikan keamanan pembakaran, B merepresentasikan Laju penyembuhan, C
wilayah penyembuhan, D penyembuhan optimum, dan E adalah reversi.
2.2.2 Bahan Pemvulkanisasi (Vulcanizing Agent)
22 2.2.3 Vulkanisasi Sulfur
Vulkanisasi sulfur adalah suatu reaksi kompleks yang berlangsung antara jumlah densitas dan tipe (struktur) pada aliran silang berlangsung secara terus menerus terjadi sebagaimana proses reaksinya. Struktur-struktur kimia tersebut terbentuk pada setiap waktu yang diberikan selama penyembuhan bisa mereaksikan salah satu sifat sebagaimana kekuatan potong yang sementara tidak optimum bagi sifat lainnya sebagimana histeresis dan set kompresi. Suatu sistem penyembuhan didesain untuk meminimalis percobaan ini selalu objektif pada teknologi karet (W.F. Helt, 1991)
Gambar II.15 Efek dari Aliran silang dimana A merepresentasikan Kekuatan potong, Kekakuan dan Ketangguhan; B Keelastisan dan Kekakuan; C Kekuatan tarik; dan D
Histeresis, set permanen, dan koefisien friksi.
23
rhombik yang muncul sebagaimana suatu siklik atau struktur cincin delapan anggota. Sulfur yang tak terlarut yaitu suatu bentuk senyawa polimer amorf dengan berat molekul 100.000 – 300.000. Karena bahannya tidak larut dalam karet, tahan migrasi ke permukaan sebelum penyembuhan dan atribut mekar bebas ini memberikan kontribusi untuk mempertahankan taktik bangunan yang lebih baik dan komponen yang lebih baik untuk adhesi komponen (J.A. Brydson, 1978). Sulfur memuat bahan kimia sebagaimana Dimorfolinil Disulfida (DTDM) dan Tetrametiltiuram Disulfida (TMTD) yang tidak hanya pemercepat efektif, tapi juga digunakan sebagai donor sulfur.
2.3 Pengujian Sifat Mekanik Kompon Karet
Pengujian sifat mekanik kompon karet dilakukan untuk mengetahui sifat kompon karet tersebut, apakah kompon karet cocok ataukah tidak digunakan sebagai barang jadi karet yang dikehendaki, sesuai dengan persyaratan yang telah ditentukan. Sifat-sifat mekanik kompon karet tersebut antara lain :
2.3.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test)
Pengujian Tensile Strength digunakan dalam mengukur tekanan yang maksimal yang dinyatakan sebagai tegangan putus pada saat di mana terjadi pemutusan dari karet matang, perpanjangan pada saat putus (Elongation) dan tegangan yang terjadi pada saat dicapai perpanjangan tertentu (Tensile Stress).
24 Mn =
. ... (1)
Di mana:
Mn = Tensile Stress ( N/cm2)
Fn = Beban (N), pada n% elongation A = Luas contoh sampel (cm2)
Nilai Tensile Strength dihitung dengan menggunakan persamaan :
TB =
24 Di mana:
TB = Tensile Strength (N/cm2) FB = Beban maksimum (N)
A = Luas contoh sampel (cm2)
(Maksum dkk, 2015)
2.3.2 Pengujian Tear ( Tearing Test)
Pengujian Tear Strength biasanya ditentukan perpanjangan pada saat putus (Elongation).
25 EB =
x 100 % ...(3)
Di mana :
EB = Elongation (%)
L0 = Panjang contoh sampel mula-mula (cm)
L = Panjang contoh sampel sesudah putus (cm)
(Maksum dkk, 2015)
2.3.3 Pengujian Kekerasan (Hardness Test)
2.3.4 Pengujian Densitas
Pengujian ini dilakukan untuk menentukan densitas karet. Prinsipnya dengan mengukur massa sampel awal dan massa sampel basah. Kemudian dihitung dengan rumus :
ρ = x ( ρ0 – d ) + d ... (4)
B = Berat Basah
ρ0 = Densitas air pada suhu 26 C = 0,99704 gr/cm3
d = 0,0012 gr/cm2 ρ = densitas karet
(Victor Tulus dkk, 2015)
2.3.5 Pengujian Pemampatan Tetap (Compression Set Test)
Pengujian ketahanan tekanan dilakukan untuk mengukur perubahan bentuk karena kompresi, yang disebabkan karena pemanasan dari karet vulkanisasi yang dikenakan pemampatan tetap.
Nilai Compression Set dihitung dengan menggunakan persamaan :
C = x 100 % ... (5)
Di mana :
C = Nilai compression test (%)
To = Rata-rata tebal awal sampel (mm)
Ti = Rata-rata tebal akhir sampel (mm)
Tn = Tebal spacer alat (9,5 mm) (Maksum dkk, 2015)
2.3.6 Pengujian Pantul (Rebound Resilience Test)
2.3.7 Pengujian Ketahanan Kikis (Abrassion Resistance Test)
Pengujian ketahanan kikis bertujuan untuk menentukan kehilangan volum dari karet matang yang mengalami pada satu kondisi tertentu. Pengikisan terjadi bila contoh sampel ditekan pada permukaan yang bersifat menggesek yang mengakibatkan volum sampel mengalami pengurangan atau disebut volume loss.
∆V = ... (6)
Di mana :
∆V IN Abrasion loss (mm3)
∆mt = massa karet sampel yang terkikis (gr)
∆mr = rata-rata massa karet standar yang terkikis (gr)
∆mconst = 200 (mg)
ρkaret = massa jenis karet (1,348 gr/cm3)
Nilai Abrasion Resistance dihitung dengan menggunakan persamaan :
ARI = ... (7)
Di mana :
ARI = Abrasion Resistance Index (%)
∆mr = rata-rata massa karet standar yang terkikis (gr)
∆mt = massa karet sampel yang terkikis (gr)
ρt = massa jenis karet (1,348 gr/cm3)
ρr = massa jenis aktual karet (gr/cm3)
2.4 Pengujian FT-IR ( Fourier Transform Infrared )
Pengujian FT-IR bertujuan untuk mengidentifikasi gugus fungsi dan senyawa atau ikatan yang terkandung dalam karet matang. FT-IR ini digunakan untuk mengamati spektrum infrared pada molekul dengan menggunakan radiasi elektromagnetik yang berada pada panjang gelombang dari 4000 cm-1 s/d 500 cm-1. (P. Griffiths, 2007)
Sebuah spektrometer FT-IR secara simultan mengumpulkan resolusi data atas suatu jangka spektral yang cukup luas. (J.A. de Hasseth, 2007)
Puncak absoprsi pada pengujian FT-IR diamati dalam film pSiCOH.
v untuk peregangan, untuk bending atau pengikatan ρ untuk rocking, a untuk antisimetris, dan s untuk simetris. (Porous pSICOH Ultralow-k Dielectrics for Chip Interconnects, 2009)
Puncak absorpsi dalam film tersebut dapat mengidentifikasi kemungkinan adanya gugus fungsi dan senyawa yang terdapat pada karet matang.
Tabel II.8 Panjang Gelombang Berdasarkan Uji FT-IR Panjang Gelombang
1720 ν C=O Hanya terdeposit
1461 δ C-H2 CH2 terpisah dari Si, alkil lebih panjang
1412 δa C-H3 SiMex
1375 Me-C Pengikatan CH3-C
1360 δ C-H2 Si-CH2-Si
1068 νa Si-O-Si Ikatan Si-O-Si, sudut ~144o
1035 νa Si-O-Si Silikon suboksida, Si-O-Si sudut <144o
990 νa Si-O HSi-O-SiH
Si-O-Si Si-O-Si , CH2 rocking*
440 δ of O-Si-O Ikatan dan cincin yang membuka getaran
Sumber: Porous pSICOH Ultralow-k Dielectrics for Chip Interconnects, 2009
2.5 Pengujian TGA ( Thermogravimetric Analysis )
BAB III
dilaksanakan selama 2 bulan pada bulan April-Mei 2017.
Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini yaitu :
1) Rubber Cutting Machine 2) Neraca Analitik AND GR-200
3) Kenader Machine 4) Open Mill Machine 5) Hot Press 300 P/M
6) Cetakan Vulkanisasi ( Vulcanizing Mold ) 7) MonTech Moving Die Rheometer MDR-3000 8) GOTECH Al-7000-S Tensile Strength Tester 9) DIN Abrassion Tester AT150
10) Gibitre Instrument Rebound Tester 11) Mitutoyo Shore A Hardness Tester 12) Compression Device
3.2.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu :
3) Vestenamer
9) Silane Coupling Agent 10) Carbon Black (N220)
11) TriMethylQuinon (TMQ)
12) 6PPD
Formulasi kompon karet dapat dilihat pada tabel III.1 dan tabel III.2
Tabel III.1 Komposisi Kompon Karet Formula Homogenizer Formula Homogenizer (Phr)
Nama Bahan FV FA FR
RSS Carbon Black (N220) TMQ
Tabel III.2 Komposisi Kompon Karet Formula Silika
Formula Silika (Phr)
Nama Bahan FS1 FS2 FS3 FS4 FS5
RSS BR Vestenamer ZnO
Asam Stearat Silika
Persiapan Bahan Baku
Pencampuran I
3
Pencampuran II
Pencampuran III
RSS, BR, Homogenizer untuk pembuatan 3 Formula(Vestenamer,Aktiplast8 dan Rhenosin)
ZnO, Asam Stearat, Carbon Black (N220),Silika, SiCoupler, TMQ,6PPD,Wax, ½ paraffinic oil
Penggilingan
Masterbatch
Pencampuran IV
Masterbatch dipotong kecil-kecil untuk di campur ke mixing machine
Pencampuran V Penggilingan II
Kompon Karet
Uji Kematangan (Moving
Die Rheometer)
Pembuatan sampel kompon karet untuk uji karakterisasi
Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test), Uji Tearing, Uji Kekerasan (Hardness Test),
Uji Pantul (Rebound Test), Uji Ketahanan Kikis (Abrasion Resistance Test), Uji
33 3.5 Prosedur Penelitian
3.5.1 Tahap Pembuatan Kompon Karet
a. Persiapan bahan baku
RSS dan Butadiene Rubber dipotong menggunakan Cutting Machine dan ditimbang. Serta persiapan bahan-bahan lain seperti: Vestenamer (untuk pembuatan formula F-V), Aktiplast8 (untuk pembuatan formula F-A), dan Rhenosin (untuk pembuatan formula F-R), Asam Stearat, Carbon Black (N220), Silika, SiCoupler , TMQ, 6PPD, Wax, Paraffinic Oil, Sulfur, dan CBS ditimbang sesuai dengan tiap komposisi formulasi pembuatan kompon karet menggunakan neraca digital.
b. Pencampuran (Mixing) I
RSS, Butadiene Rubber, dan homogenizer ( Vestenamer untuk F-V, Aktiplast8 untuk F-A, dan Rhenosin untuk F-R dimasukkan ke dalam alat kneader dengan set suhu 100 °C kecepatan 32 rpm dan waktu 5 menit. Mixing dimulai pada suhu 80 °C
c. Pencampuran (Mixing) II
Menambahkan bahan-bahan lain seperti : ZnO, Asam Stearat, Carbon Black (N220), Silika, SiCoupler, TMQ, 6PPD, Wax, dan ½ dari paraffinic oil ke dalam kneader. Mixing dilakukan selama 6 menit.
d. Pencampuran (Mixing) III
Menambahkan ½ dari paraffinic oil ke dalam kneader. Mixing dilakukan selama 2 menit.
e. Penggilingan (Milling) I
Menggiling hasil mixing dari kneader dengan menggunakan openmill dengan suhu 70 °C sebanyak 5 kali penggilingan sehingga terbentuk lembaran kompon karet yang disebut juga sebagai masterbatch.
f. Pencampuran (Mixing) IV
34 g. Pencampuran (Mixing) V
Menambahkan bahan-bahan curratives seperti: sulfur dan CBS ke dalam kneader. Mixing dilakukan selama 2 menit.
h. Penggilingan (Milling) II
Menggiling hasil mixing dari kneader dengan menggunakan open mill dengan suhu 70 °C sebanyak 5 kali penggilingan sehingga terbentuk lembaran kompon karet yang selanjutnya akan diuji waktu kematangan (Rheometer) terlebih dahulu untuk menentukan waktu matang karet untuk dilakukan pembuatan sampel pada hotpress.
3.5.2 Tahap Uji Waktu Kematangan
35
3.5.3 Tahap Pembuatan Sampel Untuk Uji Karakteristik
36 3.6 Pengujian Sampel Kompon Karet
3.6.1 Pengujian Kekuatan Tarik (Tensile Strength Test) dan Kekuatan Tear (Tear Strength)
Pada pengujian kekuatan tarik ini menggunakan alat Universal
Testing Machine (UTM) Gotech Al-7000-S dengan standar ASTM
D412-16 dan pengujian ASTM D624-00. Sebelum dilakukan uji, pertama-tama kita harus mengukur sampel yang akan diuji dari mulai ketebalannya (thickness), lebar sampel (width), panjang total sampel, dan Grip (jarak antar jepit bawah dan atas dimulai dengan ballpoint) dengan menggunakan Calliper (jangka sorong). Kemudian pasangkan sampel di tempat sampel dengan cara posisikan sampel agar tepat di tengah atau seimbang. Setelah itu, pasangkan penjepit sampel pada bagian atas dan bawah sampel sesuai dengan grip, lalu atur pembatas atas dan bawah untuk menghindari terjadinya penempelan antara tempat sampel dengan bagian atas alat. Kemudian kita buka software UTM pada perangkat lunak komputer, kemudian masukkan data yang sudah diukur. Setelah dimasukkan datanya, lalu tekan tombol START pada alat dan tunggu hingga sampel putus.
3.6.2 Pengujian Ketahanan Kikis (Abrasion Resistance Test)
37 3.6.3 Pengujian Densitas (Density Test)
Pada pengujian ini hanya menggunakan neraca dengan standar ASTM D297. Untuk pengujiannya, kita timbang berat awal karet matang, lalu timbang berat basahnya. Setelah itu dihitung dengan persamaan untuk mencari densitas karet.
3.6.4 Pengujian Kekerasan (Hardness Test)
Pada pengujian ini digunakan alat Durometer Hardness tipe
Mitutoyo Shore A dengan standar ASTM D2240-15. Untuk
pengujiannya, pertama kita pasang durometer pada operating stand. Lalu letakkan sampel pada universal specimen stage, kemudian lakukan satu kali pengujian sampel diambil 5 titik dengan masing- masing jarak titik 6 mm. Setelah itu data diambil pada saat 1 detik setelah indentor mengenai sampel.
3.6.5 Pengujian Pantul (Rebound Test)
Pada pengujian ini menggunakan alat Gibitre Instrument
Rebound Tester dengan standar ASTM D2632-15. Masukkan sampel
ke tempat sampel kemudian kencangkan setiap mur agar sampel tidak lepas. Lalu kita atur encorder tersebut sebesar ± 0,05 dan ± 9 C. Setelah itu dilakukan pengujian dengan enam kali pengukuran, yang terdiri dari tiga kali pengukuran adalah conditioning, dan tiga kali pengukuran berikutny data yang harus dicatat.
3.6.6 Pengujian Pemampatan (Compression Set Test)
38
3.7 Prinsip Kerja Pengujian Spektrofotometer Fourier Transform Infrared ( FT-IR )
Sistem optik Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red ( FT-IR ) dilengkapi dengan cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak ( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagai retardasi δ Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistem optik dari Spektrofotometer Infra Red yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistem optik Fourier Transform Infra Red ( FT-IR ).
Pada sistem optik FT-IR digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.
3.8 Prinsip Kerja Pengujian Thermogravimetric Analysis ( TGA )
Cara menggunakan Thermogravimetric Analysis (TGA) bergantung pada jenis dan merk alat. Alat dengan merk yang berbeda memiliki bagian yang berbeda pula. Thermogravimetric Analysis (TGA) dilengkapi dengan alat atau bagian yang berbeda-beda sehingga cara menggunakannya disesuaikan dengan jenis alat. Cara pemakaian TGA dapat dilakukan dengan material yang berupa serbuk dimasukkan ke dalam cawan kecil dari bahan platina, atau alumina ataupun teflon. Pemilihan bahan dari cawan ini perlu disesuaikan dengan bahan uji. Pastikan bahan uji tidak bereaksi dengan bahan cawan serta tidak lengket ketika dipanaskan.
39
Setelah sampel dimasukkan maka kita bisa memprogram urutan pemanasannya. Kita dapat memprogram temperatur dan juga kecepatan pemanasan, alat ini bisa memanaskan sampai sekitar 1000 °C dengan kecepatan sampai 100 °C/menit atau lebih tergantung tipe alat.
3.9 Target Spesifikasi Teknis
Pada pembuatan kompon karet dalam pembuatan tapak ban pesawat terbang dari tiap pengaruh homogenizer, hasilnya diharapkan mencapai target spesifikasi teknis yang ditentukan.
Berikut adalah target spesifikasi yang ditentukan:
Kekerasan : 60-66 shore Å
Kekuatan tarik : > 20 MPa
Elongation at Break : 500 % max Abrasion Resistance : > 120 % ARI Rebound : 45-70 %
40
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini, dilakukan pembuatan kompon karet sebanyak 14 kompon karet dengan 9 diantaranya adalah formulasi homogenizer yang dilakukan secara triplo dan 5 kompon karet lainnya yaitu formulasi silika. Penelitian ini dilakukan untuk membandingkan sifat mekanik yang dihasilkan dari kompon karet dari tiap homogenizer dan juga dari tiap jumlah variasi filler yang digunakan. Hasil penelitian ini diharapkan bahwa kompon karet yang memakai salah satu dari homogenizer dan salah satu dari jumlah variasi filler dapat memenuhi target spesifikasi teknis yang telah ditetapkan sehingga kompon tersebut memiliki nilai paling optimum.
4.1 Pengujian secara berulang untuk variasi Homogenizer
Pengujian sifat mekanik untuk formulasi homogenizer dilakukan secara triplo agar hasil yang didapatkan semakin akurat, baik dari waktu matangnya maupun dari sifat mekanik karet yang dihasilkannya. Untuk formulasi homogenizer, jenis homogenizer yang dipakai ada 3 macam, yaitu vestenamer, aktiplast8, dan rhenosin. FV untuk formula yang memakai vestenamer, FA untuk formula yang memakai aktiplast8, dan FR untuk formula yang memakai rhenosin.
4.1.1 Pengaruh variasi jenis Homogenizer terhadap waktu matang (curing time) pada kompon karet Formulasi Homogenizer
41
Gambar IV.1 Pengaruh variasi jenis homogenizer terhadap waktu matang kompon karet formulasi homogenizer
Berdasarkan grafik diatas nilai rheo dari pengujian sampel secara triplo berbeda-beda. Pada FV, batch 1 dan batch 3 berbeda 1,38 menit, sedangkan pada batch 2 waktu rheo-nya sangat signifikan tingginya sebesar 13,95 menit. Pada FA, batch 2 dan batch 3 tidaklah berbeda signifikan dan hampir sama persis nilainya, sedangkan pada batch 1 waktu rheo-nya cukup rendah sebesar 10,81 menit. Pada FR, batch 2 dan batch 3 tidaklah berbeda signifikan dan hampir sama persis nilainya, sedangkan pada batch 1 waktu rheo-nya cukup tinggi sebesar 13,83 menit. Tiap formulasi homogenizer berbeda waktu matangnya karena dari tiap formulasi memiliki struktur ikatan kimia yang juga berbeda bentuk penyusunannya dan dari percobaan secara triplo didapatkan hasil bahwa FA pada batch 2 dan batch 3 tidak berbeda signifikan dan waktu rheo-nya paling tinggi dari formulasi lainnya karena aktiplast8 dengan logam kompleksnya mempercepat proses mastikasi, menyimpan energi yang cukup pennting dan waktu yang cukup lama sehingga pada pengujian rheo tersebut FA memiliki waktu matang terlama. (Rhein Chemie, 2016)
4.1.2 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
42
sedangkan pada batch 2 nilainya jauh berbeda. Namun, dari kesemua batch, yang memperoleh nilai kekuatan tarik tertinggi adalah FA dan FA pun memenuhi target spesifikasi teknis.
Karena dari FA sendiri, terdapat ikatan senyawa logam yang mana struktur rantai molekulnya pada kompon karet dipecah oleh suatu proses sehingga oksigen pada atmosfer tersebut berpartisipasi, terutama pada kekuatan tarik dan tear. Maka dengan begitu kompon karet pun dapat memiliki kekuatan tarik dan tear yang sangat kuat. (Rhein Chemie, 2016)
43
4.1.3 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekuatan Tear (Tear Strength)
Gambar IV.3 Hasil uji Tearing pada karet matang formulasi homogenizer
Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat bahwa pada batch 1 dan batch 3 selama percobaan secara triplo, pengujian tear untuk memperoleh nilai elongation atau perpanjangan dari kesemua formulasi dari kedua batch tersebut semuanya mencapai target spesifikasi teknis dengan nilai yang maksimal 500% elongation. Namun, pada batch 2 hanya nilai FR yang belum memenuhi target spesifikasi teknis karena nilai FR melebihi nilai standar maksimal. Dari batch 1 dan batch 3, nilai Tear untuk elongation atau perpanjangan yang terbesar diperoleh FA.
44
4.1.4 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekuatan Pantul (Rebound)
Gambar IV.4 Hasil uji pantul pada karet matang formulasi homogenizer
Berdasarkan grafik diatas dapat disimpulkan bahwa batch 1 dan batch 3 kesemua formulasi mencapai target spesifikasi teknis di mana untuk nilai rebound harus memenuhi target antara 45-70%. Sedangkan pada batch 2, FR tidak memenuhi target spesifikasi teknis karena berada dibawah 45 %.
Nilai rebound tertinggi dan memenuhi target spesifikasi teknis diperoleh FV baik pada batch 1 dan batch 3 yang perbedaannya gak jauh signifikan dan nilai FV memiliki nilai pantul terbaik. Sedangkan pada batch 2 diperoleh pada FA dengan nilai 48,50 %.
45
4.1.5 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Kekerasan (Hardness)
Gambar IV.5 Hasil uji Hardness pada karet matang formulasi homogenizer
Berdasarkan grafik diatas bahwa dari kesemua formulasi untuk nilai kekerasan belum ada yang memenuhi nilai target spesifikasi teknis. Di mana nilai target spesifikasi teknis untuk kekerasan yaitu antara 60-66 shore Å. Maka, dari gambar di atas dapat dilihat bahwa kesemua formulasi baik FV, FA, dan FR semuanya memiliki nilai di atas 66 shore Å.
4.1.6 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Densitas
Gambar IV.6 Hasil uji densitas pada karet matang formulasi homogenizer
Berdasarkan grafik diatas bahwa setiap nilai densitas pada semua formulasi tersebut mencapai target spesifikasi teknis dengan nilai diatas 1 gr/cm3. Pada batch 2 dan 3 nilainya tak jauh berbeda begitupula dengan batch 1 pun tak jauh berbeda. Namun dari kesemuanya, yang memiliki nilai densitas tertinggi pada kesemua batch adalah FV karena pada polioktenamer sendiri, vestenamer memiliki titik leleh yang rendah dan viskositas yang juga rendah saat meleleh sehingga densitas pada FV sangat tinggi.
4.1.7 Pengaruh variasi Homogenizer terhadap Pampatan Tetap (Compression Set)
Berdasarkan grafik diatas, maka nilai pampatan tetap tertinggi baik pada batch 1 maupun batch 3 diperoleh FR. Sedangkan nilai pampatan tetap terendah baik pada batch 1 dan batch 3 diperoleh FV di mana bila nilai pampatan tetap semakin kecil maka berarti kemampuan karet untuk kembali ke bentuk semula setelah mengalami penekanan akan jauh semakin baik.
Maka FV memiliki pampatan tetap yang jauh lebih baik dari formulasi karet yang lain. Pada pengujian pantul secara triplo, FV memiliki nilai pampatan tetap terbaik karena vestenamer dengan susunan monomer-monomer yang banyak dengan ikatan ganda yang memiliki proporsi yang tinggi maka polioktenamer memberikan nilai pampatan tetap yang baik karena memiliki sifat elastomer yang baik. (Vestenamer Evonik Power To Create, 2012)
4.1.8 Pengaruh Variasi Homogenizer terhadap Ketahanan Kikis (Abrassion Resistance)
