PENGARUH SUHU PENCAMPURAN TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN FRACTURE TOUGHNESS EPOXY RESIN - ORGANOCLAY MONTMORILLONITE NANOKOMPOSIT SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : DHIDHIT WAHYU WIDYATMAJA NIM. I1406022 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2013
MOTTO Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar (Al-Baqarah: 153) Bagi seorang penakut, hidup itu bagaikan mendaki tebing tinggi yang di bawahnya dipenuhi dengan batuan terjal. Fokus terhadap tujuan yaitu puncak dari tebing tersebut, sekali waktu menoleh kebawah agar menjadikan kamu waspada betapa mengerikan jika sampai terjatuh. Jangan terlalu sering menoleh karena tujuanmu bukanlah untuk jatuh, melainkan terus mendaki sampai kamu menemukan puncaknya dan nikmati akhir dari pengorbananmu berupa kebahagiaan, kepuasan, serta kesenangan. Sebab kamu telah mengalahkan rasa takut itu. (Penulis) PERSEMBAHAN Segalanya telah Kau tetapkan, hidupku dalam tanganmu, dalam takdirmu, dalam rencanamu ya Allah. Rencana yang indah telah Kau siapkan bagi masa depanku yang penuh harapan, harapan kesuksesan terpangku di pundakku sebagai janji kepada Ayah dan Bunda. Kini ku persembahkan skripsi ini sebagai ungkapan syukur dan terimakasihku untuk semua orang yang ku cintai, untuk Ayah dan Bunda tercinta, untuk dosen yang telah berjasa, untuk adik dan kakakku tersayang, untuk kekasihku tercinta Ditta dan untuk semua sahabat-sahabat NR seperjuanganku Terimakasih ku tiada terhingga buat semua. Akhir kata. Aku bukanlah siapa-siapa dan takkan berarti apa-apa tanpa mereka disisiku Syukurku padamu ya Allah ii
PENGARUH SUHU PENCAMPURAN TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN FRACTURE TOUGHNESS EPOXY RESIN - ORGANOCLAY MONTMORILLONITE NANOKOMPOSIT Dhidhit Wahyu Widyatmaja Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail : dhit_wahyu@yahoo.com Intisari Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu pencampuran terhadap karakteristik mekanik Epoxy Resin - Organoclay Montmorillonite nanokomposit berupa kekuatan tarik dan fracture toughness. Komposit dibuat dari nanomer I.30E, bisphenol A epoksi resin dan versamide curing agent 140 dengan metode pencampuran panas variasi suhu 60 C, 80 C, 100 C, 120 C, 140 C. Proses pencampuran dilakukan selama 3 jam pada kecepatan 350 rpm dengan 2% montmorillonite dari fraksi volume. Kekuatan tarik mengacu pada ASTM D 638 sedangkan pengujian ketangguhan retak mengacu pada ASTM D 5045. Pengamatan pada permukaan penampang patah komposit dilakukan dengan menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy). Hasil penelitian ini adalah sebagai berikut: (1) peningkatan suhu pencampuran dari 60 C sampai 100 C akan meningkatkan kekuatan mekanik komposit, (2) kekuatan tarik meningkat 7,21% ketangguhan retak naik sebesar 50%, (3) setelah mencapai suhu 120 C kekuatan mekanik mulai turun sebab ikatan sekundernya terputus dan karena adanya void, (4) kekuatan tarik turun 2,58% dan ketangguhan retak turun sebesar 23,33%. Kata Kunci: Komposit epoxy-montmorillonite, kekuatan tarik, fracture toughness, kecepatan putaran pengaduk. iii
EFFECT OF MIXING TEMPERATURE ON THE TENSILE STRENGTH AND FRACTURE TOUGHNESS EPOXY RESIN - ORGANOCLAY MONTMORILLONITE NANOCOMPOSITE Dhidhit Wahyu Widyatmaja Mechanical Engineering Sebelas Maret University, Surakarta dhit_wahyu@yahoo.com Abstract This research aimed to determine the effect of mixing temperature on the mechanical characteristics epoxy resin - organoclay montmorillonite nanocomposite form of tensile strength and fracture toughness. Composites made from nanomer I.30E, bisphenol A epoxy resin and curing agent versamide 140 with heat mixing method with variations in temperature 60 C, 80 C, 100 C, 120 C, 140 C. Mixing process is carried out for 3 hours at a speed of 350 rpm with 2% of the volume fraction of montmorillonite. Tensile strength refers to the ASTM D 638 while the fracture toughness testing refers to ASTM D 5045. Observations on the fracture surface of the composite cross section is done using SEM (Scanning Electron Microscopy). The results of this study are as follows: (1) increase in temperature from 60 C mixing to 100 C will raise the mechanical strength of the composite, (2) tensile strength increased by 7.21% fracture toughness increased by 50%, (3) after the temperature reaches 120 C mechanical strength began to drop because the secondary bond is lost and because of the void, (4) down 2.58% tensile strength and fracture toughness down by 23.33%. Keywords : Epoxy-montmorillonite composite, tensile strength, fracture toughness. iv
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat, hidayah dan inayah- Nya lah serta penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menghaturkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada : 1. Kedua Orang tuaku tercinta Bapak Drs. H. Soewarto, MM dan Ibu Hj. SW Hastutie, S.Pd. MM, adik dan kakakku Adi Wahyu Wibowo, SS., Bryan Wahyu Widyarta, S.Farm. Apt., Arlida Titania Sekar Putri terimakasih atas do a, kasih sayang, semangat dan dukungan baik secara moral maupun materiil hingga terselesaikannya studi S1 saya. 2. Bapak Ir. Wijang W.R, M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi I yang dengan sabar dan tulus ikhlas telah membantu serta membimbing dalam penyusunan skripsi. 3. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi II yang dengan sabar membimbing dan memberikan solusi dalam penyusunan skripsi. 4. Bapak Purwadi Joko Widodo, S.T., M.Kom., Bapak Teguh Triyono, S.T., dan Bapak Wibowo, S.T., M.T., sebagai tim penguji yang telah memberikan masukan-masukan dan ilmu yang berharga. 5. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 6. Bapak Bambang Kusharjanta, S.T., M.T., selaku pembimbing akademik yang selama ini telah membantu dan memperjuangkan dalam kelancaran kegiatan akademik. 7. Seluruh Dosen beserta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut mendidik dan membuka wacana keilmuan serta membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1 Teknik Mesin. v
8. Teman seperjuangan skripsi Supardi, S.T. dan Aji Pramujo yang telah banyak memberikan dukungan serta semangat hingga terselesaikannya skripsi ini. 9. Teman-teman Teknik Mesin Fakultas Teknik Non Reguler UNS angkatan 2006-2007, mas Wisnu Pandoyo, S.T. dan semua tanpa terkecuali yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi. 10. Ditta Agnesti yang selalu sabar dan tak henti-hentinya memberi motifasi dan semangat untuk terus tetap berjuang hingga terselesaikannya studi S1 saya. Terimakasih banyak. ketulusan serta keikhlasan akan berbuah manis dan indah pada waktunya Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan kita semua, Amin. Surakarta, September 2013 Penulis vi
DAFTAR ISI INTISARI... iii ABSTRACT... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR GAMBAR... x BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3 1.5. Sistematika Penulisan... 4 BAB II. DASAR TEORI... 5 2.1. Tinjauan Pustaka... 5 2.2. Teori Tentang Komposit... 7 2.2.1. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit... 7 2.3. Nanokomposit Epoxy-Organoclay Montmorillonite (OMMT)... 8 2.3.1. Resin Epoxy... 9 2.3.2. Organoclay Montmorillonite (OMMT)... 10 2.3.3. Pencampuran Epoxy-Organoclay Montmorillonite (OMMT)... 10 2.3.4. Post Curing... 11 2.4. Pengujian Spesimen... 11 2.4.1. Pengujian Kekuatan Tarik... 11 2.4.2. Pengujian Fracture Toughnes)... 11 2.5. Foto SEM (Scanning Electron Microscopy)... 12 BAB III. METODE PENELITIAN... 13 3.1. Tempat Penelitian... 13 3.2. Bahan Penelitian... 13 3.3. Alat Penelitian... 14 3.4. Alat Uji... 15 vii
3.5. Parameter... 17 3.6. Langkah Kerja Penelitian... 18 3.6.1. Pengeringan Organoclay Montmorillonite... 18 3.6.2. Pembuatan Cetakan... 18 3.6.3. Proses Mixing... 19 3.6.4. Pengecekan Kehomogenan Campuran... 20 3.6.5. Pencetakan Spesimen... 21 3.6.6. Post Curing... 21 3.6.7. Tahap Pengujian...21 a. Pengujian Kekuatan Tarik... 21 b. Pengujian Fracture Toughness... 23 3.6.8. Foto SEM (Scanning Electron Microscopy)... 24 3.6.9. Pengolahan Data... 24 3.7. Diagram Alir Penelitian...25 BAB IV. HASIL DAN ANALISA... 26 4.1. Pengaruh Suhu Pencampuran Terhadap Kekuatan Tarik... 26 4.2. Pengaruh Suhu Pencampuran Terhadap Fracture Toughness... 30 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 33 5.1. Kesimpulan... 33 5.2. Saran... 33 DAFTAR PUSTAKA... 34 LAMPIRAN... 36 viii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1. Nilai Uji Tarik Nanokomposit 0% MMT 350Rpm... 27 Tabel 4.2. Pengaruh suhu terhadap kehomogenan campuran... 27 Tabel 4.3. Prosentase void pada setiap variasi suhu... 29 ix
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Struktur Intermolekular Thermoset... 6 Gambar 2.2. Penetrasi polimer ke dalam silikat... 6 Gambar 2.3. Perbandingan kekuatan tarik dari setiap jenis resin... 9 Gambar 3.1. Bahan penelitian... 13 Gambar 3.2. Alat Penelitian... 15 Gambar 3.3. Universal Testing Machine... 16 Gambar 3.4. Scanning Electron Microscopy... 17 Gambar 3.5. Diagram alir pembentukan matrik nanokomposit... 18 Gambar 3.6. Pembuatan cetakan silikon... 19 Gambar 3.7. Rangkaian Alat Penelitian... 20 Gambar 3.8. Pengecekan kehomogenan campuran... 20 Gambar 3.9. Proses pencetakan spesimen... 21 Gambar 3.10. Spesimen uji tarik... 22 Gambar 3.11. Dimensi spesimen uji tarik... 22 Gambar 3.12. Skema pengujian dan spesifikasi spesimen uji fracture... 23 Gambar 3.13. Diagram Alir Penelitian... 25 Gambar 4.1. Pengaruh variasi suhu pencampuran terhadap kekuatan tarik komposit epoxy-mmt... 26 Gambar 4.2. Struktur intermolekular thermoset (primer dan sekunder)... 29 Gambar 4.3. Struktur intermolekular thermoset (primer)... 29 Gambar 4.4. Pengaruh variasi suhu pencampuran terhadap ketangguhan retak komposit epoxy-mmt... 30 Gambar 4.5. Pengamatan foto SEM komposit epoxy-montmorillonite dengan perbesaran 1000x pada spesimen fracture suhu 100 0 C... 31 Gambar 4.6. Pengamatan foto SEM komposit epoxy-montmorillonite dengan perbesaran 1000x pada spesimen fracture suhu 60 0 C... 32 x