PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME, TEMPERATUR DAN WAKTU POST-CURING TERHADAP KARAKTERISTIK TARIK KOMPOSIT POLYESTER PARTIKEL HOLLOW GLASS MICROSPHERES Irwan Nugraha Saputra 2109100100 Dosen Pembimbing : Putu Suwarta ST, MSc
Latar Belakang
Aplikasi
Rumusan Masalah Bagaimana pengaruh penambahan variasi vol. fraksi HGM pada polyester terhadap kekuatan tarik komposit Bagaimana pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing terhadap karakteristik tarik komposit dalam fraksi volume tetap
Tujuan Menganalisa pengaruh penambahan variasi vol. fraksi HGM pada polyester terhadap kekuatan tarik komposit Menganalisa pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing terhadap karakteristik tarik komposit dalam fraksi volume tetap
Batasan masalah Temperatur pada proses pembuatan dan pengujian dianggap konstan yaitu 27⁰C Spesimen yang dihasilkan dari proses pencetakan dianggap baik (porositasnya < 2%) Holow Glass Microsphere yang digunakan memiliki komposisi dan dimensi yang sama
Dasar Teori Matriks Penguat Komposit
Matriks Polymer matrix composite Ceramic matrix composite Metal matrix composite
Penguat Serat serat pisang, serat bambu Partikel hollow glass, calcium carbonat Laminate karbon fiber Whisker aluminium borate
Polyester Hollow Glass Microspheres Komposit partikel dengan matriks polymer
Polyester HGM Penambahan 25% fraksi berat HGM Katalis MEKP 0,85% dan Cobalt 0,03 % Post curing 52 C 4 jam, 63 C 5 jam Variasi dimensi butir HGM Hasil Modulus Young meningkat R. J. Cardoso dan A. Shukla, tahun 2002
HGM-polyester J. S. Huang dan L. J. Gibson pada tahun 1992
Polyester-HGM D HGM 20µm, Dow Corning Z-6070 1%, katalis 1%, post-curing 40 C 2 hari Hasil kekuatan tarik optimal 10 % HGM, diatas 10% turun Daniel Jung pada tahun 1997
Epoxy-HGM Post curing 40 C 16 jam, 50 C 16 jam,60 8 jam Hasil kekuatan tarik optimal 5 % HGM, diatas 10% turun Modulus Young naik pada 5% & 25% Peter Wong pada tahun 2012
Post Curing Kurang sempurna pada temperatur kamar Post curing meningkatkan ikatan cross-linking komposit sehingga sifat mekanik meningkat (sebelum Tg) SP-Systems
Diagram alir penelitian
Bahan
Alat 1. Timbangan digital 2. Gelas ukur + sendok pengaduk 3. Cetakan kaca 4. Lilin malam 5. Gerinda pemotong 6. Plat baja 7. Lem Epoxy 8. Jangka sorong 9. Heater (furnace) 10. Mesin Uji Tarik 11. Scanning Electron Microscope Zeiss EVO MA 10 12. Alat uji DSC
Variabel penelitian Kode nomor Fraksi Vol. Temper atur jumlah Resin HGM Spesimen HGM Curing (gram) (gram) 01-03 0% 3 78.732 0 51-53 5% 3 74.7954 1.425 101-103 10% 3 70.8588 2.851 151-153 15% 27⁰C 3 66.9222 4.276 201-203 20% 3 62.9856 5.702 251-253 25% 3 59.049 7.712 301-303 30% 3 55.1124 8.553 Kode nomor Fraksi Vol. Temperat ur Waktu jumlah Spesimen HGM Curing ( C) Curing (jam) 60-3-1-60-3-3 3 3 60 60-5-1-60-5-3 5 3 90-3-1-90-3-3 3 3 90 90-5-1-90-5-3 5 3 15% 110-3-1-110- 3-3 3 3 110 110-5-1-110- 5-3 5 3
Proses pembuatan Persiapan cetakan kaca Pelapisan permukaan kaca dengan wax Pengadukan campuran selama 30 menit Penuangan ke dalam cetakan Proses curing selama 24 jam Proses pemotongan komposit sesuai dimensi ASTM D3039-76
Data Hasil Penelitian
No 01 Fraksi vol. HGM P (KN) Δl (mm) berat (g) σ UTS (MPa) ε (%) Mod. Young Hasil 2.4 0.65 75.77 13.029 Rerata Hasil 0.181 02 0% 5.3 0.4 76.21 28.132 21.22 0.111 03 4.2 0.5 70.88 21.972 0.139 51 5.5 0.4 68.31 29.57 0.111 52 5% 4.3 0.4 65.67 24.194 23.28 0.111 53 3.2 0.5 67.52 17.149 0.139 101 5.4 0.55 63.44 28.939 0.153 102 10% 4.2 0.5 63.84 22.508 24.5 0.139 103 4.1 0.5 62.62 22.043 0.139 151 6 0.5 59.76 32.258 0.181 152 15% 4.8 0.5 60.51 25.806 26.52 0.139 153 4 0.6 60.15 21.505 0.167 201 3.8 0.4 56.68 20.43 0.111 202 20% 3.5 0.35 57.54 18.817 21.12 0.097 203 4.5 0.4 56.88 20.9 0.111 251 4 0.5 54.55 21.436 0.139 252 25% 3.2 0.4 53.68 17.204 20.05 0.097 253 4 0.4 54.5 21.505 0.111 301 4.4 0.35 52.39 26.667 0.097 302 30% 3.6 0.3 53.71 19.417 20.57 0.083 303 3.3 0.3 51.14 17.857 0.083 Rerata (GPA) 0.143 16.118 0.120 19.637 0.143 17.068 0.148 17.903 0.106 18.828 0.120 16.655 0.088 24.230 Skala 60 KN
21,22 26,52 Mpa 24,59 %
Peningkatan kekuatan - HGM berbentuk bulat - Fungsi matriks polyester
HGM
Hasil foto makro
Hasil foto makro Crack Initiation Pola patahan Getas 5% polyester
Hasil foto makro Pola patahan getas Pola patahan ulet 10% 15%
Hasil foto makro Pola patahan Ulet Crack Initiation Pola patahan Getas 20% 25%
Hasil foto makro Pola patahan Ulet 30%
Hasil SEM POLYESTER 35x 200x
Hasil SEM Matrix Cracking Penambahan 15% HGM debonding Void HGM yang rusak 35x 500x
Hasil SEM Penambahan 25% HGM debonding Void HGM yang rusak 35x 500x
Pengujian DSC Polyester Tg 76,98 C HGM Tg 132,79 C
Pengujian DSC Tg 96,29 C Komposit dengan penambahan 15% fraksi volume HGM Tg Komposit dapat bekerja pada temperatur lebih tinggi dibandingkan polyester
Hasil Komposit 15% HGM dengan perlakuan post-curing No 60-3-1 Fraks i vol. HGM temp ( C) waktu P (KN) Δl (mm) σ UTS (MPa) ε (%) Hasil 4.2 0.4 23.333 Rerata Hasil 0.110 60-3-2 60 3 jam 4.5 0.5 22.189 22.30 0.166 60-3-3 4 0.5 21.367 0.138 60-5-1 4.9 0.5 27.041 0.166 60-5-2 60 5 jam 4.4 0.5 23.965 24.53 0.138 60-5-3 4.2 0.45 22.580 0.124 90-3-1 5 0.5 26.205 0.138 90-3-2 90 3 jam 5.5 0.4 29.569 27.88 0.110 90-3-3 5.1 0.5 27.868 0.138 15% 90-5-1 5.5 0.55 29.100 0.180 90-5-2 90 5 jam 6.1 0.6 32.795 31.92 0.166 90-5-3 6.3 0.5 33.871 0.138 110-3-1 3.7 0.6 19.210 0.166 110-3-2 110 3 jam 4.2 0.6 22.653 21.04 0.166 110-3-3 3.9 0.4 21.241 0.110 110-5-1 3.5 0.7 18.004 0.194 110-5-2 110 5 jam 3 0.5 15.822 17.73 0.138 110-5-3 3.6 0.45 19.354 0.124 Rerata Mod. Young (GPA) 0.129 17.224 0.134 18.297 0.129 21.534 0.153 20.925 0.148 14.216 0.152 11.618
Hasil foto makro komposit dengan perlakuan post-curing Crack Initiation Pola patahan Getas Pola patahan Ulet Pola patahan Getas Pola patahan Ulet 60 selama 3 jam 60 selama 5 jam
Hasil foto makro komposit dengan perlakuan post-curing Crack Initiation Pola patahan Getas Pola patahan Ulet Pola patahan Getas Pola patahan Ulet 90 selama 3 jam 90 selama 5 jam
Hasil foto makro komposit dengan perlakuan post-curing Crack Initiation Pola patahan Ulet Pola patahan Ulet 110 selama 3 jam 110 selama 5 jam
Pengujian DSC Komposit 15% HGM 60-3 jam Tg 98,07 C Komposit 15% HGM 60-5 jam Tg 99,59 C
Pengujian DSC Komposit 15% HGM 90-3 jam Tg 103,88 C Komposit 15% HGM 90-5 jam Tg 104,72 C
Pengujian DSC Komposit 15% HGM 110-3 jam Tg 105,06 C Komposit 15% HGM 110-5 jam Tg 107,01 C
Grafik pengaruh temperatur dan waktu post-curing terhadap temperatur transisi (Tg) Temperatur post-curing Tg http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/polymers/therm/therm.htm - Wu, C. S, Influence of Post Curing and Temperature Effects on Bulk Density, Glass Transition and Stress-Strain Behavior of Imidazole-Cured Epoxy Network, Journal of Materials Science 27, 1992: pp. 2952 2959.
Tg Crosslink Polymer Science Learning Center, The Macrogalleria, Department of Polymer Science, The university of Southern Mississippi, 2005 Clinton, - Tensile strength - Ketahanan terhadap abrasi - Meningkatkan modulusnya MA, Polymer Cross-Link, Rockbestos-Surprenant Cable, East Granby, 2003.
Grafik pengaruh temperatur dan waktu post-curing terhadap Percentage of Cure (%) Enthalpy Percentage cure
KESIMPULAN 1. Penambahan fraksi volume HGM 5%, 10%, dan 15% pada polyester dapat meningkatkan kekuatan tariknya. Kekuatan tarik maksimum sebesar 26,52 MPa didapatkan pada penambahan fraksi volume HGM sebesar 15%. 2. Penambahan fraksi volume HGM sebesar 15% pada komposit meningkatkan temperatur transisinya menjadi 96,29 C. 3. Post-Curing pada komposit dapat meningkatkan kekuatan tarik dan modulus elastisitasnya apabila sebelum melewati temperatur transisinya (Tg). Temperatur post-curing 90 C menghasilkan kekuatan tarik maksimum sebesar 31,92 MPa. 4. Waktu penahanan post-curing berpengaruh pada kekuatan tarik komposit. Waktu penahanan 5 jam menghasilkan kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu penahanan 3 jam apabila sebelum melewati temperatur transisinya (Tg).
SARAN 1. Perlunya peningkatan ikatan adhesi antara matriks dengan HGM untuk meningkatkan sifat mekaniknya. 2. Penelitian lebih lanjut bisa dikembangkan dengan menggunakan HGM dengan ukuran butir yang bervariasi.
TERIMA KASIH