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

Transkripsi

1 PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME, TEMPERATUR DAN WAKTU POST-CURING TERHADAP KARAKTERISTIK BENDING KOMPOSIT POLYESTER - PARTIKEL HOLLOW GLASS MICROSPHERES Kevin Yoga Pradana Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA

2 Latar Belakang Problem Keterbatasan persediaan material logam Need - Material ringan - Sifat mekanik sesuai kebutuhan Solution Particulate Composite

3 Aplikasi Material

4 Rumusan Masalah 1. Bagaimana pengaruh variasi volume fraksi HGM pada komposit terhadap karakteristik bending. 2. Bagaimana pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing terhadap karakteristik bending dalam volume fraksi tetap.

5 Tujuan 1. Menganalisa pengaruh variasi volume fraksi HGM pada komposit terhadap karakteristik bending. 2. Menganalisa pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing komposit terhadap karakteristik bending dalam volume fraksi tetap.

6 Batasan Masalah Temperatur pada proses pembuatan dan pengujian dianggap konstan, yaitu 27 C Spesimen yang dihasilkan dari proses pencetakan dianggap baik (porositas maksimal yang diijinkan adalah 2%) Komposisi dan dimensi Hollow Glass Microspheres (HGM) dianggap sama

7 DASAR TEORI Matriks Particulate Composite Filler Komposit adalah suatu bahan yang merupakan gabungan atau campuran dari dua material atau lebih untuk membentuk material ketiga yang lebih bermanfaat ( Jones, 1975 )

8 Matriks Jenis komposit berdasarkan matriks-nya MMC (Metal Matriks Composite) CMC (Ceramic Matriks Composite) PMC (Polymer Matriks Composite) Ex : Alumunium, magnesium, titanium Ex : Alumina, alumunium titanate, silicon carbide Ex : thermoplastik, thermoseting Material yang berfungsi sebagai pengisi dan pengikat yang mendukung, melindungi, dan mendistribusikan beban dengan baik ke material penguat komposit (Sumber : Principles Of Composite Material Mechanics, R.F Gibson)

9 Penguat Jenis komposit berdasarkan penguatnya fibricus composite laminated composite particulate composite Hybrid Composite Berfungsi memperkuat matrik karena pada umumnya filler jauh lebih kuat dari pada matriks dan nantinya akan memperkuat pembentukan bahan dengan mempengaruhi sifat fisik dan mekanik bahan yang terbentuk (Sumber : Principles Of Composite Material Mechanics, R.F Gibson)

10 Polymer Matriks Composite Ringan Polyester (Matriks) Mudah dibentuk Particulate Composites Biaya produksi rendah Hollow Glass Microspheres (Pengisi) Daya tahan simpan lama Tahan korosi

11 Resin Unsaturated Polyester 1. Kaku dan rapuh 2. Viskositas rendah 3. Temperatur kerja C 4. Harga relatif murah 5. Waktu curing yang cepat

12 Hollow Glass Microspheres 1. Dimensi rata-rata 22 μm 2. Range temperatur kerja 30 C-220 C dan softening point-nya 600 o C 3. Menurunkan konduktivitas termal dan juga densitas

13 Pengujian Spesimen Uji Bending Tegangan Bending Modulus elastisitas

14 Curing Agar terjadi ikatan crosslink antara polyester dan pengisi. Untuk mempercepat post-curing

15 Studi Terdahulu Komposit campuran resin epoksi + serbuk kaca + katalis dituang ke cetakan dan dibiarkan selama 24 jam pada suhu kamar kemudian ditempatkan dalam oven pada 50 C selama 3 jam untuk post-curing adanya kenaikan modulus elastisitas pada komposit yang mengandung 20% serbuk kaca, 30% serbuk kaca dan yang berisi 10% serbuk kaca + 10% partikel grafit. komposit diperkuat dengan 10% serat kaca + 10% partikel grafit memiliki tegangan bending tertinggi serta kekakuan yang sangat baik. Sumber : A.A.Ibrahim, Flexural Properties of Glass and Graphite Particles Filled Polymer Composites, College of Technical-Baghdad, Foundation of Technical Education, 2010.

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

17 METODOLOGI PENELITIAN START Studi Literatur Pemilihan variabel yang divariasikan Pembuatan spesimen dengan variasi volume fraksi HGM mulai 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% dan 30% Proses curing komposit selama 24 jam Pemotongan spesimen sesuai standart dimensi pengujian bending Pengujian komposit Uji DSC Uji bending Pembuatan komposit dengan volume fraksi yang menghasilkan kekuatan bending optimum Proses post-curing spesimen dengan temperatur 60 C selama 3 jam dan 5 jam Proses post-curing spesimen dengan temperatur 90 C selama 3 jam dan 5 jam Proses post-curing spesimen dengan temperatur 110 C selama 3 jam dan 5 jam Uji bending Pencatatan data hasil pengujian Pengamatan struktur makro dan mikro/sem Analisa data dan Pembahasan Kesimpulan END

18 Material yang Digunakan HGM jenis K42HS Resin unsaturated polyester Katalis MEKPO

19 Peralatan yang Digunakan 1. Mesin Uji Tekan-Bending Wolfert 2. Cetakan Kaca Komposit 3. Heater ( furnace ) 4. Termokopel 5. Alat bantu : gerinda, kapi, soket pengaduk, pipet, plastisin, wax 6. Alat ukur : timbangan digital, jangka sorong, gelas ukur

20 Peralatan yang Digunakan 7. Mikroskop Stereo Zeiss STEMI DV4 8. Mesin SEM Zeiss EVO MA Mesin DSC Mettler-Toledo

21 Variabel Penelitian Variasi fraksi volume Kode Spesim en 0a, 0b, 0c 5a, 5b, 5c 10a, 10b, 10c 15a, 15b, 15c 20a, 20b, 20c 25a, 25b, 25c 30a, 30b, 30c Fraksi Volum e HGM (%) 0% Tempe ratur Penaha nan ( C) Jumlah Resin (gr) HGM (gr) 3 27, % 3 25,970 0,675 10% 3 24,603 1,35 15% ,236 2,025 20% 3 21,87 2,7 25% 3 20,503 3,375 30% 3 19,136 4,05 Variasi temperatur-waktu penahanan post-curing Kode Spesimen A.1 A.2 A.3 B.3.1 B.3.2 B.3.3 B.5.1 B.5.2 B.5.3 B.3.1 B.3.2 B.3.3 B.5.1 B.5.2 B.5.3 B.3.1 B.3.2 B.3.3 B.5.1 B.5.2 B.5.3 Fraksi Vol. HGM (%) X Temp. Post- Curing ( C) Waktu Penahanan (jam) Jumlah

22 Langkah Percobaan - Membuat batas cetakan dengan kaca - Batas samping dan dasar cetakan kaca dilapisi wax - Berat polyester resin dan HGM diukur sesuai perbandingan fraksi volume - Campuran diaduk sampai merata, ditambahkan katalis, setelah dicampurkan langsung dituang ke cetakan - Komposit dilepas dari cetakan, didiamkan selama 24 jam pada suhu kamar kemudian dilakukan uji bending - Setelah didapat volume fraksi dengan tegangan dan modulus tertinggi, komposit dengan penambahan HGM tertentu tersebut selanjutnya akan divariasikan temperatur-waktu penahanan post-curing pada 60 C, 60 C, dan 60 C masing-masing selama 3 dan 5jam, kemudian diuji bending

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

24 Data Pengujian Bending Variasi fraksi volume Variasi temperatur-waktu penahanan post-curing Kode spesi men 0.a 0.b 0.c 5.a 5.b 5.c 10.a Fraksi volume HGM (%) 0 5 Temp. Penahan an ( C) P (K N) Defle ksi (mm) S (Mpa) S Rata (Mpa) E (Gpa) E (Gpa) No A.1 A.2 A.3 B.3.1 B.3.2 B.3.3 B.5.1 B.5.2 B.5.3 Fraksi Vol. HGM (%) Temp. Post Curing ( C) Waktu Penahanan (jam) P (KN) Defleksi (mm) S (Mpa) S Rata (Mpa) E (Gpa) E Rata (Gpa) 10.b 10.c 15.a 15.b 15.c 20.a Temper atur kamar (±27) C.3.1 C.3.2 C.3.3 C.5.1 C.5.2 C.5.3 D.3.1 X b 20.c 25.a 20 D.3.2 D b 25.c 25 D a 30.b 30.c 30 D.5.2 D.5.3 5

25 DATA HASIL PENELITIAN VARIASI VOLUME FRAKSI Kode Spesimen Fraksi vol. HGM Temp. Post- Curing ( C) P (KN) Defleksi (mm) S (Mpa) S Rata (Mpa) E (Gpa) E Rata (Gpa) 0.a 0,5 4 68,055 21,177 0.b 0% 0, ,861 72,593 23,295 22,589 0.c 0, ,861 23,295 5.a 0,6 3,5 81,667 22,236 5.b 5% 0,5 4 68,056 74,861 21,177 23, c 0,55 4,5 74,861 26, a 0,55 4,5 74,861 26, b 10% 0,6 3,5 81,667 79,398 22, c 0,6 3,5 81,667 22, a 0,5 4,5 68,056 23,824 23,559 Tegangan (MPa) b 15% 27 0,6 4 81,667 77,13 25,412 23, c 0,6 3,5 81,667 22, % 5% 10% 15% 20% 25% 30% 20.a 0,55 4,5 74,861 26, b 20% 0,6 4 81,667 72,593 25,412 23,559 Volume fraksi HGM (%) 20.c 0,45 3,5 61,25 19, a 0,5 4 68,056 21, b 25% 0,45 4,5 61,25 63,519 21,442 20, c 0, ,25 19, a 0,3 6 40,833 19, b 30% 0,3 5,5 40,833 43,102 14, c 0,35 6,5 47,638 24,089 19,236 Volume fraksi HGM (%)

26 Hasil Foto Makro Arah Pembebanan Arah Pembebanan Arah pengambilan foto makro Crack initiation komposit penambahan HGM 0% dengan perbesaran 10x

27 komposit penambahan HGM 5% dengan perbesaran 10x Arah Pembebanan komposit penambahan HGM 10% dengan perbesaran 12x Arah Pembebanan Crack initiation Permukaan patah getas Permukaan patah ulet

28 komposit penambahan HGM 15% dengan perbesaran 15x Permukaan patah getas Arah Pembebanan Arah Pembebanan Permukaan patah ulet Crack initiation komposit penambahan HGM 20% dengan perbesaran 20x

29 Permukaan patah getas Arah Pembebanan Arah Pembebanan Permukaan patah getas Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 25% dengan perbesaran 15x Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 30% dengan perbesaran 15x

30 HASIL UJI DSC Tg Polyester = 76,98 C Tg HGM = 132,79 C

31 HASIL UJI DSC Gambar grafik hasil uji DSC pada komposit dengan penambahan fraksi volume 10% HGM Tg Komposit > Tg HGM dan Polyester Jadi, komposit dapat bekerja pada temperatur lebih tinggi dibandingkan polyester

32 Hasil Uji SEM Polyester 100% Arah pembebanan Perbesaran 35x Perbesaran 400x

33 Hasil Uji SEM Polyester komposit dengan Arah pembebanan penambahan HGM 10% HGM yang rusak Debonding Matrix cracking Void Perbesaran 35x Perbesaran 500x

34 Hasil Uji SEM Polyester komposit dengan penambahan HGM 30% HGM yang rusak Debonding Void Perbesaran 35x Perbesaran 500x

35 DATA HASIL PENELITIAN VARIASI TEMPERATUR DAN WAKTU PENAHANAN POST CURING No. Fraksi Volume HGM (%) Temp. Post Curing ( C) Waktu Penahanan (jam) P (KN) Defleksi (mm) S (Mpa) S Rata (Mpa) E (Gpa) E Rata (Gpa) A.1 0,55 4,5 74,861 26,206 A ,6 3,5 81,667 79,398 22,236 23,559 A.3 0,6 3,5 81,667 22,236 B.3.1 0, ,08 23,824 B ,7 3 95, ,08 22,236 26,647 B.3.3 B , ,89 33,883 0,7 4 95,278 29,648 B , ,69 106,62 45,001 39,001 B.5.3 0, ,89 42,354 C.3.1 0, ,89 33,883 C , ,89 117,96 50,824 45,883 C.3.3 C ,11 52,942 0, ,5 57,177 C , ,69 124,77 45,001 48,177 C ,11 42,354 D.3.1 0, ,861 23,295 D ,5 4 68,056 72,593 21,177 23,559 D.3.3 D ,55 4,5 74,861 26,206 0,5 3,5 68,056 18,53 D ,5 5 68,056 65,787 26,471 22,942 D.5.3 0, ,25 23,824

36 Hasil Foto Makro Arah Pembebanan Arah pengambilan foto makro

37 Permukaan patah getas Arah Pembebanan Permukaan patah getas Arah Pembebanan Crack initiation Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 10% dipost curing 60 C selama 3 jam perbesaran 10x Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 10% dipost curing 60 C selama 5 jam perbesaran 10x

38 Permukaan patah getas Arah Pembebanan Permukaan patah getas Arah Pembebanan Crack initiation Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 10% dipost curing 90 C selama 3 jam perbesaran 10x Permukaan patah ulet Crack initiation komposit penambahan HGM 10% dipost curing 90 C selama 5 jam perbesaran 10x

39 Permukaan patah getas Arah Pembebanan Permukaan patah getas Arah Pembebanan Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 10% dipost curing 110 C selama 3 jam perbesaran 10x Permukaan patah ulet komposit penambahan HGM 10% dipost curing 110 C selama 5 jam perbesaran 10x

40 HASIL UJI DSC Tg 60 C 3 jam = 99,67 C Tg 60 C 5 jam = 101,18 C

41 Tg 90 C 5 jam = 103,31 C Tg 90 C 3 jam = 102,73 C

42 Tg 110 C 5 jam = 108,54 C Tg 110 C 3 jam = 105,90 C

43 Grafik Hasil Pengaruh Temperatur dan Waktu Post-Curing Komposit dengan Penambahan 10% HGM terhadap Glass Transition Temperature (Tg) Grafik Hasil Pengaruh Temperatur dan Waktu Post-Curing Komposit dengan Penambahan 10% HGM terhadap Temperature of Cure (%) Temperatur post curing Tg Crosslink Enthalpy Crosslink Sumber: Jurnal Thermal Properties of Polymers

44 KESIMPULAN 1. Penambahan fraksi volume HGM pada polyester berpengaruh terhadap peningkatan tegangan bending dan modulus elasisitas komposit. Tegangan bending optimum komposit sebesar 79,398 MPa didapatkan dari penambahaan fraksi volume HGM sebanyak 10%. 2. Perbedaan temperatur post-curing dan waktu penahanan pada komposit berpengaruh terhadap peningkatan tegangan bending dan modulus elastisitasnya apabila komposit dengan penambahan fraksi volume HGM 10% di post-curing sebelum melewati temperatur transisinya (Tg). Temperatur postcuring yang paling optimal adalah 90 C dan waktu penahanan yang paling maksimum adalah 5 jam.

45 SARAN 1. Perlunya penyebaran Hollow Glass Microspheres yang lebih merata agar dapat mengisi matriks pada polyester sehingga void tidak banyak ditemukan dan dapat meningkatkan kekuatan mekaniknya 2. Penelitian lebih lanjut bisa dikembangkan dengan menggunakan HGM dengan ukuran butir yang bervariasi sehingga dapat diketahui ukuran butir Hollow Glass Microspheres ideal yang harus dicampurkan agar nilai tegangan bendingnya maksimum.

46 Terima Kasih