PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER FLY ASH-RIPOXY

Transkripsi

1 PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP 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. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013

2 HALAMAN PENGESAHAN PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER FLY ASH-RIPOXY Disusun oleh ALBERT RAGA ANDHIKA NIM. I Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST. MT. NIP Bambang Kusharjanta, ST., MT. NIP Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 04 Februari Heru Sukanto, ST. MT. NIP Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT. NIP Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Didik Djoko Susilo, ST, MT NIP Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP

3 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. semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik anda semuanya. vi

4 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 Penulis vii

5 PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER FLY ASH-RIPOXY Albert Raga Andhika Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta 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 80 o C 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. Kata Kunci : Komposit geopolimer, Fly ash, bending, Impak, ripoxy iv

6 BAB I PENDAHULUAN I.1. LATAR BELAKANG MASALAH Perkembangan rekayasa material komposit pada dunia industri telah masuk pada tahap lebih lanjut. Berbagai partikel, Al 2 O 3, 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, SiO 2 /Na 2 O, dan H 2 O/Na 2 O 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 ton dari tahun 2000 hingga tahun PLTU tersebut menghasilkan fly ash sekitar ton per tahun. Akumulasi fly ash PLTU Asam-asam pada tahun 2010 diperkirakan sebesar 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). Geopolimer dapat dibuat dari kaolin, metakaolin fly ash, dan material lain yang mengandung silika dan alumina. Pembuatan geopolimer berbahan dasar commit 1 to user

7 2 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 (structural integrity). Pengujian dengan ukuran sebenarnya sangat mahal dan sangat jarang dilakukan. Oleh karena itulah pengujian seringkali dilakukan

8 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 diambil sebagai 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 3. Menganalisa penampang patah dengan SEM

9 4 I.5. Manfaat Penelitian Hasil 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 lingkungan

10 2.1. Tinjauan Pustaka BAB II DASAR TEORI Komposit 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 (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, SiO 2 /Na 2 O, dan H 2 O/Na 2 O 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 partikel yang lebih halus dan lebih padat sifat spesimen lebih baik. Di sisi lain, commit 5 to user

11 6 pemanasan spesimen di dalam oven pada 80 C ditemukan menjadi suhu optimum dalam perlakuan spesimen geopolymeric. Dalam semua campuran, spesimen SiO 2 /Al 2 O 3 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 70 o 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 70 o 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 ash Chandra (2009). Gambar 2.1 Hubungan kandungan fly ash terhadap kekuatan tarik Gambar 2.2 Hubungan kandungan fly ash 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 akhir. Konversi persentase meningkat seiring dengan peningkatan silika.

12 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) Kajian Teori Komposit Kata komposit (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 dengan yang lainnya (Schwartz, 1986).

13 8 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). e. Komposit laminat (laminate composite).

14 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-pori yang lebih besar. Penambahan tekanan lebih besar menyebabkan poripori 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 kecenderungan timbulnya gaya normal yang arahnya keluar (sentrifugal) ke

15 10 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) 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 dahulubaru kemudian diambil batubaranya.sisa hasil pembakaran dengan

16 11 batubara menghasilkan abu yang disebut dengan fly ash. Fly ash memiliki beberapa kandungan/unsur kimia utama seperti SiO 2 : 48,00%, Al2O3 : 31,86%, Fe2O3 : 4,89%, CaO : 2,68% dan MgO : 4,66% (Ekawati, 2011). Limbah fly ash (FA) didominasi SiO 2 (48%) dan Al2O 3 (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 C 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) Item Barang Unit Satuan R-802 R-806 Penampilan baik Warna Gardner 0-5 nilai Asam KOH mg / g Kekentalan Pa.s (Pascal Sekon) Penyimpanan (120 C) min 45 Gelatinisasi (25 C) min Min. waktu curing (25 C) min Max. panas-release suhu (25 C) C

17 12 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) Fraksi Volume Komposit Salah satu faktor penting yang menentukan sifat fisis dari komposit adalah perbandingan matrik dan FA. Perbandingan tersebut dapat dihitung menggunakan persamaaan: Fraksi Volume (V) : V filler = Volume filler x100% (1) Volume komposit V filler = x100% (2) m m V matrik = Volume matrik x 100% (3) Volume komposit V matrik = m m m x 100% (4) M f f + m m m Dengan; m f = massa filler (gr) m m = massa matrik (gr)

18 13 f = massa jenis filler (gr/mm 3 ) m = massa jenis matrik (gr/mm 3 ) 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 (Prayetno, 2007).

19 Densitas Komposit Densitas 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) w. W a c =...(2.1) W a - Ww c : densitas komposit, gr/m 3 w : berat jenis air, gr/m 3 W a : berat komposit di udara, gr W w : berat komposit di air, gr 2.9. Kajian teori kekuatan mekanik 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). Gambar 2.7. Rentang beban satu setengah dari rentang dukungan (ASTM D 6272)

20 15 a. Untuk rentang beban satu setengah dari rentang dukungan: Rentang beban satu setengah dari rentang dukungan menggunakan persamaan (2.2) : 3 PL S = (2.2) 2 4 bd Dimana : S P L b d = tegangan sepanjang rentang beban ( MPa) = beban yang diberikan pada suatu titik pada kurva beban-defleksi (N) = Jarak tumpuan (mm) = lebar spesimen (mm) = tebal spesimen (mm) b. Modulus elastisita Kekakuan suatu material komposit geopolimer dapat menggunakan persamaan (2.3) : 3 0,17 L m E B = (2.3) 3 bd Dimana : E B L b d m = modulus elastisitas bending, (MPa) = Panjang support span, (mm) = Lebar spesimen, (mm) = Tebal spesimen, (mm) = Kemiringan kurva tegangan-regangan.

21 Kajian ketangguhan impak Standar pengujian ketangguhan impak izzod untuk material komposit adalah dengan ASTM D Ketangguhan impak dapat diketahui dengan cara, terlebih dahulu dihitung energi yang diserap oleh benda (W) dengan persamaan (2.4) : W impak = W spesimen W gesek = = w.r (cos (2.4) Dimana : W = Energi yang diserap benda (J). w = Berat pendulum (N). = m (kg). g (m/s 2 ) R = Jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat masa (m). = 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): dengan : h = Ketebalan benda uji (m). i u b = Lebar benda uji (m). Wimpak = ( J/m 2 ) (2.5) h b

22 17

23 3.1. Tempat Penelitian BAB III METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta Bahan dan Alat Penelitian 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 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 berkurang, dan juga untuk post cure pada komposit. 17

24 18 c. Cetakan Digunakan sebagai cetakan dalam pembuatan spesimen. d. Gelas kaca dan pengaduk Digunakan untuk tempat pencampuran resin, promotor, katalis, dan fly ash 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 Pengeringan fly ash Sebelum fly ash dicampur dengan resin ripoxy terlebih dahulu dikeringkan di dalam oven dengan suhu 105 o selama 24 jam. Pemanasan tersebut dilakukan untuk mengurangi kadar air dalam fly ash.

25 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 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 80 o C selama 2 jam 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 Setiap spesimen diberi label dengan catatan jenis variasi untuk menghindari kesalahan pembacaan.

26 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 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 hubungan antara prosentase fly ash terhadap kekuatan bending dan impak.

27 Diagram Alir MULAI Pengadaan material (Fly ash,resin ripoxy R-802,promotor,katalis,cetakan ) dan peralatan penunjang lainnya Pembuatan cetakan dan pemberian wax pada cetakan Resin ripoxy R-802 Pengayakan serbuk fly ash dengan mesh 120 Penimbangan resin ripoxy R-802 Pengeringan Fly ash jam Pencampuran resin dengan promotor dan katalis Penimbangan fly ash Campuran matrik ditambah dengan fly ash dengan prosentase 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dari perhitungan volume total komposit Pencetakan komposit Post curing 80 0 C 2 jam Pengujian : Impak dan bending Analisa & SEM Selesai Gambar 3.5. Diagram alir penelitian

28 Jadwal Kegiatan Tabel 3.1. Jadwal kegiatan. NO KEGIATAN BULAN 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.

29 BAB IV HASIL DAN ANALISA 4.1. Pengujian kekuatan mekanik 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 mengisi daerah antar butir. Penurunan kekuatan dengan penambahan fly ash commit 23 to user

30 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 Fly ash Fly ash Ripoxy Ripoxy ( a ) 20% kandungan fly ash ( b ) 60% kandungan fly ash Gambar 4.3 SEM pengujian bending komposit Geopolimer Ripoxy-fly ash

31 25 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) 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 komposit geopolimer

32 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. Ripoxy Ripoxy Fly ash Fly ash ( 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 matrik dapat 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

33 27 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 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).. Gambar 4.6. Hubungan densitas komposit terhadap kandungan fly ash.

34 BAB V PENUTUP 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/m 2 ) 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 ash ripoxy. commit 28 to user