PENGARUH PENAMBAHAN KATALIS TERHADAP SIFAT MEKANIS RESIN POLIESTER TAK JENUH

Transkripsi

1 PENGARUH PENAMBAHAN KATALIS TERHADAP SIFAT MEKANIS RESIN POLIESTER TAK JENUH Hendri Hestiawan, Jamasri, Kusmono Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta hestiawan1@yahoo.com Abstract The aim of this research is to investigate the effect of catalist addition on the mechanical properties of polyester resin. The research materials are unsaturated polyester resin Yukalac 157 BQTN-EX7 and catalist methyl ethyl ketone peroxide (MEKP). The specimen based on ASTM D638 standard for tensile test and ASTM D790M standard for flexure test. Research specimens varied in catalist cocentration are from 0.5 to 3% with changed every 0.5%. Manufacture of specimens use acrylic material with hand lay-up method. The tensile test showed that the addition of catallist cocentration resulted decrease in tensile and flexure strength after 1% catalist cocentration. The highest tensile and flexural strength was found for the catalist cocentration of 1%, i.e. 62 MPa and 132 MPa respectively. Macrostructure observation of the fracture surface of tensile test showed relatively flat and shiny indicating that polyester resin composites are brittle. Keywords: unsaturated polyester resin, catalist cocentration, hand lay-up, mechanical properties 1. PENDAHULUAN Polimer baik termoset maupun termoplastik, keduanya cocok digunakan sebagai matrik untuk membentuk material komposit. Tingkat kemudahan membasahi serat selama proses produksi merupakan parameter yang penting untuk memperoleh ikatan yang baik antara serat dan matrik. Polimer termoset yang banyak digunakan antara lain resin epoxy, polyester, dan phenol [1]. Poliester merupakan resin cair dengan viskositas relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan dan tidak perlu diberi penekanan untuk pencetakan. Secara umum, resin polyester tahan terhadap kelembaban dan sinar UV apabila dibiarkan di luar, kemampuan cuaca sangat baik tetapi sifat tembus cahaya akan rusak dalam beberapa tahun [2]. Poliester tak jenuh merupakan termoset yang banyak digunakan sebagai matrik komposit dengan penguat dari serat alam selulosa [3]. Berthelot [4] melaporkan bahwa resin ini banyak digunakan untuk aplikasi komposit di dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah, waktu curing cepat, warna jernih, kestabilan dimensional yang baik dan mudah penanganannya. Davallo, et al. [5] melaporkan bahwa resin poliester banyak digunakan di industri perkapalan. Prasetyaningrum dkk [6] melaporkan bahwa resin poliester memiliki kekuatan mekanik yang baik dan didukung oleh harga yang lebih Teknosia Vol. III, No. 1, Maret

2 ekonomis karena memiliki sifat-sifat berupa: 1) gaya adhesi yang cukup baik, namun lebih rendah dari epoxy, 2) ketahanan yang baik terhadap panas, bahan kimia, asam, maupun basa, dan 3) membentuk komposit yang baik dengan kayu, logam, serat gelas, plastik, dan serat alam. Di samping keunggulan yang dimilikinya, poliester juga memiliki kelemahan, antara lain: 1) nilai regangan lebih rendah dibandingkan resin epoksi, dan 2) sifat ketahanan nyala api dan ketahanan panas lebih rendah dibandingkan resin phenolyc. Pemberian bahan tambahan katalis pada resin poliester berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing [7]. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan katalis terhadap kekuatan tarik dan bending resin poliester tak jenuh yang akan digunakan sebagai matrik komposit. terbuat dari kaca, seperti terlihat pada Gambar 1. Pembuatan spesimen menggunakan metode hand lay up pada temperatur ruangan dengan memvariasikan prosentase penambahan katalis mulai 0,5 hingga 3% dengan tiap kenaikan katalis 0,5%. a) Cetakan b) Proses pencetakan 2. METODE PENELITIAN Bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari resin poliester tak jenuh 157 BQTN-EX dan katalis methyl ethyl ketone peroxide (MEKP). Semua bahan diperoleh dari PT. Justus Sakti Raya Semarang. Bahan cetakan terbuat dari akrilik dengan alas cetakan c) Hasil pencetakan Gambar 1. Proses manufacturing spesimen uji tarik Teknosia Vol. III, No. 1, Maret

3 30,5 61 P 12,8 51 3,2 Gambar 2. Spesimen uji bending standar ASTM D790M Uji tarik menggunakan standar ASTM D 638, seperti terlihat pada Gambar 1. Mesin uji tarik menggunakan Servopulser dengan kapasitas beban 2000 kgf. Uji bending menggunakan metode three point bending berdasarkan standar ASTM D 790M, seperti ditampilkan pada Gambar 2. Mesin uji bending menggunakan Torsee s Universal dengan kapasitas beban 5000 kgf. Pengujian dilakukan di Laboratorium Bahan, Departemen Teknik Mesin dan Industri FT- UGM. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sifat Tarik Dari hasil uji tarik diperoleh hubungan kekuatan tarik terhadap penambahan katalis seperti terlihat pada Gambar 3. Dari Gambar 3 terlihat bahwa penambahan katalis setelah 1% secara umum menurunkan kekuatan tarik resin poliester tak jenuh. Kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada penambahan 1 % katalis, yaitu 62 MPa. Apabila nilai kekuatan tarik ini dibandingkan dengan spesifikasi standar yang dikeluarkan oleh pihak perusahaan PT. Justus Kimia Raya, Jakarta terdapat pebedaan. Hasil uji tarik ini memberikan nilai kekuatan tarik yang lebih baik sekitar 13% pada penambahan katalis 1%. Begitu juga penelitian yang dilakukan oleh Diharjo [8] pada penambahan 1% katalis MEKP diperoleh kekuatan tarik poliester tak jenuh yang lebih tinggi, yaitu sebesar 50,7 MPa. Sementara Davallo et al. [5] melaporkan bahwa kekuatan tarik unsaturated polyester resin (UPR) dengan 2% katalis MEKP adalah 63 MPa. Walaupun diperoleh hasil kekuatan tarik yang hampir sama, tetapi penelitian ini menggunakan accelerator cobalt sebesar 0,03% untuk mempercepat reaksi antara UPR dengan MEKP. B. Sifat Bending Dari hasil uji bending diperoleh hubungan kekuatan bending terhadap penambahan katalis seperti terlihat pada Teknosia Vol. III, No. 1, Maret

4 Gambar 4. Dari Gambar 4 terlihat bahwa hasil uji bending memberikan hasil yang hampir sama dengan hasil uji tarik. Penambahan katalis setelah 1% secara umum menurunkan kekuatan bending komposit resin poliester. Kekuatan bending tertinggi diperoleh pada penambahan katalis 1%, yaitu 132 MPa. Apabila nilai kekuatan bending ini dibandingkan dengan spesifikasi standar yang dikeluarkan oleh pihak perusahaan PT. Justus Kimia Raya, Semarang terdapat perbedaan. Hasil uji bending menunjukkan bahwa nilai kekuatan bending pada penambahan 1% katalis lebih tinggi sekitar 39% dibandingkan spesifikasi standar. Perbandingan kekuatan bending dari beberapa penelitian yang telah dilakukan dapat dilihat pada Tabel 1. Gambar 3. Perbandingan kekuatan tarik terhadap penambahan katalis Gambar 4. Perbandingan kekuatan bending terhadap penambahan katalis Teknosia Vol. III, No. 1, Maret

5 o Tabel 1. Kekuatan bending dari beberapa penelitian Kat Kekuatan alis (%) Bending (MPa) Penelitian Hendri et al. 1,5 78 Davallo et al. [5] 1 88,48 Ibrahim et al. [9] 1,5 63,4 Nabinejad et al. [10] Shenoy dan Melo 2 87 [11] C. Foto Struktur Makro Hasil patahan uji tarik diamati struktur makronya untuk mengetahui jenis patahan yang terjadi, seperti yang terlihat pada Gambar 5. Dari Gambar 5 terlihat bahwa hasil patahan tidak mengalami pengecilan diameter dan perpanjangan. Permukaan patahan relatif rata dan mengkilap. Hal ini menunjukkan bahwa spesimen bersifat getas. Yuwono [12] melaporkan bahwa ciri-ciri patahan yang bersifat getas ialah permukaan patahan mengkilap dan mulus. Patahan getas ini dikarenakan bahan yang digunakan dalam penelitian ini hanya menggunakan resin poliester dan katalis yang termasuk ke dalam jenis polimer termoset. a) b) Teknosia Vol. III, No. 1, Maret

6 c) d) e) f) Gambar 5. Foto makro patahan spesimen uji tarik 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil dan pembahasan di atas maka dapat diambil kesimpulan bahwa penambahan katalis MEKP di atas 1% dapat menurunkan kekuatan tarik dan bending resin poliester tak jenuh dengan kekuatan tarik dan bending tertinggi diperoleh pada penambahan 1% katalis, yaitu masing-masing sebesar 62 MPa dan 132 MPa. DAFTAR PUSTAKA [1]. Mwaikambo, L.Y., & Ansell, M.P., 2002, Chemical Modification of Hemp, Sisal, Jute, and Kapok Fibers by Alkalization, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 84, pp [2]. Surdia, T., dan Saito, S., 1999, Pengetahuan Bahan Teknik, Cetakan Keempat, Pradnya Paramita, Jakarta. [3]. Mwaikambo, L.Y., Bisanda, E.T.N., 1999, The performance of cotton kapok fabric polyester composites, Polymer Testing, Vol. 18, pp [4]. Berthelot, J.M., 1999, Composite Materials Teknosia Vol. III, No. 1, Maret

7 Mechanical Behavior and Structural Analysis, Springer- Verlag, New York. [5]. Davallo, M., Pasdar, H., Mohseni, M., 2010, Mechanical Properties of Unsaturated Polyester Resin, International Journal of ChemTech Research, Vol. 2, No. 4, pp [6]. Prasetyaningrum, A., Rokhati, N., Rahayu, A.K., 2009, Optimasi Proses Pembuatan Serat Daun agel untuk Menghasilkan Komposit Serat dengan Kualitas Fisik dan Mekanik yang Tinggi, Jurnal Riptek, Vol. 3, No. 1, pp [7]. Bilmeyer Jr, F.W., 1984, Textbook of Polymer Science, 3 rd Ed., John Wiley & Sons, Inc. [8]. Diharjo, K., 2009, Kajian Sifat Fisis, Mekanis dan Akustik Komposit Sandwich Serat Kenaf Bermatrik Polyester dengan Core Kayu Sengon Laut, Disertasi, Tidak Dipublikasikan, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. [9]. Ibrahim, M.S., Sapuan, S.M., Faieza, A.A., 2012, Mechanical and Thermal Properties of Composites from Unsaturated Polyester Filled with Oil Palm Ash, Journal of Mechanical Engineering and Sciences (JMES), Vol. 2, pp [10]. Nabinejad, O., Sujan, D., Rahman, M.E., Davies, I.J., 2015, Effect of oil palm shell powder on the mechanical performance and thermal stability of polyester composites, Materials and Design 65 (2015) pp [11]. Shenoy, M.A., Melo, D.J.D., 2007, Evaluation of mechanical properties of unsaturated polyester-guar gum/hydroxypropyl guar gum composites, Express Polymer Letters Vol.1, No.9, pp [12]. Yuwono, H. A., 2009, Buku Panduan Karakterisasi Material I Pengujian Merusak (Destructive Testing), Departemen Metalurgi dan Material FT- UI, Jakarta. Teknosia Vol. III, No. 1, Maret