PENGARUH KECEPATAN PUTARAN PENGADUK TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK EPOXY - ORGANOCLAY MONTMORILLONITE NANOKOMPOSIT SKRIPSI

  PENGARUH KECEPATAN PUTARAN PENGADUK TERHADAP KARAKTERISTIK MEKANIK EPOXY - ORGANOCLAY MONTMORILLONITE NANOKOMPOSIT SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : SUPARDI NIM. I1407033 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

  

PENGARUH KECEPATAN PUTARAN PENGADUK TERHADAP

KARAKTERISTIK MEKANIK

EPOXY - ORGANOCLAY MONTMORILLONITE NANOKOMPOSIT

Supardi

  

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta, Indonesia

E-mail : supardi_soedarmo@yahoo.com

  

Intisari

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik komposit epoxy-

montmorillonite berupa, kekuatan tarik, fracture toughness dengan adanya variasi

kecepatan putaran pengaduk.

  Bahan utama yang digunakan adalah resin epoxy jenis bisphenol A dengan hardener versamide 140 dan organoclay montmorillonite nanomer I.30E. Pembuatan

spesimen menggunakan metode hot mixing, dengan variasi kecepatan putaran

pengaduk yang digunakan adalah 150, 250, 350, 450 rpm. Proses pencampuran

dilakukan selama 3 jam pada suhu 75 °C dengan fraksi berat montmorillonite 2%.

  

Pengujian kekuatan tarik mengacu pada ASTM D638, sedangkan pengujian kekuatan

fracture toughness mengacu pada ASTM D5045. Pada penelitian ini juga dilakukan

pengamatan permukaan patah hasil uji tarik dengan SEM (scanning electron

micrograph) .

  Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan tarik dan fracture toughness

meningkat secara berturut-turut seiring bertambahnya kecepatan putaran pengaduk

hingga pada kecepatan 350 rpm sebesar 19,18% dan 25,18%. Kekuatan kemudian

turun pada kecepatan 450 rpm sebesar 7,39% dan 10,69% untuk kekuatan tarik dan

fracture toughness .

  Kata Kunci: Komposit epoxy-montmorillonite, kekuatan tarik, fracture toughness, kecepatan putaran pengaduk.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat, hidayah dan inayah- Nyalah 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 Samiran Prapto Sudarmo dan Ibu Sumilah, kakak-kakakku Hari kusumawan, Sugiarto, Tri gunarsih dan Fitri yuniarsih terimakasih atas do’a, kasih sayang, semangat dan dukungan baik secara moral maupun materiil hingga terselesaikannya studi S1 saya.

  2. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

  3. Bapak Rendy Adhi Rachmanto, S.T., M.T., dan Bapak Tri Istanto, S.T., M.T., selaku pembimbing akademik yang selama ini telah membantu dan memperjuangkan dalam kelancaran kegiatan akademik.

  4. Bapak Ir. Wijang R, M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi I yang dengan sabar dan tulus ikhlas telah membantu serta membimbing dalam penyusunan skripsi.

  5. Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing skripsi II yang dengan sabar membimbing dan memberikan solusi dalam penyusunan skripsi.

  6. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T., M.T., Bapak Purwadi Joko Widodo, S.T., M.Kom., dan Bapak Wahyu Purwo R, S.T., M.T., sebagai tim penguji yang telah memberikan masukan-masukan dan ilmu yang berharga.

  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.

  8. Teman seperjuangan skripsi Dhidhit Wahyu Widyatmaja 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 2007 (Eko Sri Wahyudi, Khamdan Mujadi, Iva Irawan, Heri Saputro, Frans Sukma, Apriyan Triyasmoko Eko Yulianto, Agus Sunanto, Dany Pradipta yang dengan ikhlas memberi “rumah kedua” untuk singgah selama kuliah, Hery Kusbandriyo, Mahalevi Balamukti, Diky Prasetya P, Willy Saputra, Tri Haryono, Purwoto Utomo, Fandi Danar P, Tri Prastyo, Pradiptra Fajar Y, Wisnu Adi PJ, Triono Karso,) dan semua tanpa terkecuali yang telah memberikan dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi.

  10. Elisa Mursriyani yang selalu sabar dan tak henti-hentinya memberi motifasi dan semangat untuk terus tetap berjuang hingga terselesaikannya studi S1 saya. Terimakasih banyak. “yang baik pasti akan mendapatkan yang terbaik”

  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, Juli 2012 Penulis

  

DAFTAR ISI

  INTISARI ................................................................................................................ v

  

ABSTRACT .............................................................................................................. vi

  KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii

  perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

  DAFTAR ISI ........................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. xii

  BAB I. PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

  1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1

  1.2. Perumusan Masalah .............................................................................. 2

  1.3. Batasan Masalah ................................................................................... 3

  1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian............................................................... 3

  1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................... 3

  BAB II. DASAR TEORI .......................................................................................... 5

  2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 5

  2.2. Teori Tentang Komposit........................................................................ 6

  2.2.1. Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit............................ 6

  2.3. Nanokomposit Epoxy-Organoclay montmorillonite (OMMT).............. 7

  2.3.1. Resin Epoxy.................................................................................. 7

  2.3.2. Organoclay montmorillonite (OMMT)......................................... 8

  2.3.3. Pencampuran Epoxy-Organoclay montmorillonite (OMMT)....... 9

  2.3.4. Post Curing.................................................................................... 11

  2.4. Pengujian Spesimen................................................................................ 11

  2.4.1. Pengujian Kekuatan Tarik............................................................. 11

  2.4.2. Pengujian fracture toughnes)........................................................ 12 2.5. SEM (Scanning Electron Microscopy)..........................................

  12 BAB III. METODE PENELITIAN .......................................................................... 13

  3.1. Tempat Penelitian .................................................................................. 13

  perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

  3.6.7.1. Pengujian kekuatan tarik.................................................. 19

  5.1. Kesimpulan ............................................................................................ 26

  BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 26

  4.3. Pengaruh Kecepatan Putaran Terhadap Fracture Toughness................. 24

  22

  BAB IV. HASIL DAN ANALISA .......................................................................... 22 4.1. Pengaruh Kecepatan Putaran Terhadap Kekuatan Tarik....................

  3.7. Diagram Alir Penelitian ..........................................................................21

  3.6.8. Foto SEM (Scanning Electron Microscopy)................................. 20

  3.6.7.2. Pengujian Fracture Toughness........................................ 19

  3.6.7. Tahap pengujian............................................................................ 19

  3.4. Alat Uji................................................................................................... 15

  3.6.6. Post Curing................................................................................... 18

  3.6.5. Pencetakan spesimen..................................................................... 18

  3.6.4. Pengecekan kehomogenan campuran............................................ 18

  3.6.3. Proses Mixing................................................................................ 17

  3.6.2. Pembuatan cetakan....................................................................... 16

  3.6.1. Pengeringan Organoclay Montmorillonite.................................... 16

  3.6. Langkah Kerja Penelitian ...................................................................... 16

  3.5. Parameter................................................................................................ 15

  5.2. Saran ..................................................................................................... 26 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 27 LAMPIRAN ............................................................................................................ 28

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Polymer-clay nanokomposit merupakan kelas baru dari material komposit dimana clay yang tersusun lapisan silikat berukuran nanometer terdispersi/tersebar acak pada matrik polimer. Sebagai akibat penyebaran clay tersebut maka nanokomposit menunjukkan sifat yang lebih unggul dibanding komposit yang diperkuat serat. Hanya dengan penambahan clay yang sangat sedikit (<5% berat) ke dalam matrik polimer, dapat meningkatkan kekuatan komposit (Kusmono, 2010).

  Pemilihan resin epoxy pada penelitian ini disebabkan kekuatan dan kekakuan resin epoxy relatif lebih besar dibandingkan dengan polimer jenis lainnya. Selain itu resin epoxy mempunyai penyusutan yang kecil dibandingkan dengan polimer lain. Namun pada keadaan padatnya, resin epoxy biasanya bersifat brittle dan tidak resistan terhadap keretakan, namun jika dikombinasikan dengan nanoclay, maka sifat mekaniknya menjadi lebih baik.

  Feng dkk (2004), menyebutkan bahwa material penguat yang berukuran nanometer seperti clay merupakan material yang bisa berfungsi sebagai penguat antara campuran polimer yang tidak saling melarutkan. Penambahan unsur clay jenis nanomer lebih mudah terdispersi dalam resin dan bahan ini menawarkan perbaikan sifat mekanis yang lebih baik dibanding sebelum diberi tambahan partikel nano. Karabulut (2003), meneliti tentang pengaruh kadar montmorillonite terhadap karakteristik mekanik nanokomposit. Dari penelitian tersebut dihasilkan nanokomposit dengan karakteristik mekanik yang paling optimum pada penambahan MMT 2% wt.

  Banyak faktor yang mempengaruhi sifat nanokomposit, diantaranya adalah perbandingan komposisi polimer dengan clay dan perlakuan selama proses pembuatan yang salah satunya adalah kecepatan putaran pengaduk saat proses pencampuran. Jika kecepatan pengadukan terlalu rendah maka partikel clay tidak akan tersebar secara merata dalam polimer, namun jika putaran pengaduk terlalu tinggi maka akan muncul void yang akan berpengaruh terhadap kekuatan dari komposit tersebut. Sehingga perlu dilakukan penelitian untuk mendapatkan proses yang tepat khususnya mengenai kecepatan putaran pengaduk agar didapatkan komposit dengan kualitas mekanik terbaik.

  Kord dkk (2011), meneliti tentang pengaruh kecepatan putar pengaduk terhadap karakteristik mekanik nanokomposit. Pada penelitian tersebut dipakai lima parameter kecepatan yaitu 60, 90, 120, 150, 180 rpm. Didapatkan pada kecepatan 180 rpm menghasilkan penyebaran clay yang paling merata sehingga komposit memiliki kekuatan tarik lebih baik dibandingkan komposit dengan putaran 60, 90, 120 maupun 150.

  Khosrokhavar (2010), meneliti tentang pengaruh kecepatan pengaduk jenis screw dengan variasi kecepatan 50, 100 dan 150 rpm terhadap karakteristik mekanik nanokomposit. Dari variasi tersebut didapatkan pada kecepatan 150 rpm memiliki karakteristik mekanik tebaik dibandingkan pada kecepatan lainnya. Karabulut (2003) dalam penelitiannya menghasilkan pada putaran pengadukan 350 rpm menghasilkan kekuatan tarik tertinggi dibanding pada putaran 150 dan 500 rpm.

  Dari penelitian yang telah dilakukan sebelumnya tersebut mendasari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh variasi kecepatan putar pengaduk pada saat proses mixing dengan empat variasi kecepatan yang berbeda yaitu: 150 rpm, 250 rpm, 350 rpm, 450 rpm. Sehingga diharapkan dari variasi tersebut akan didapatkan nilai kecepatan terbaik yang sesuai dengan komposit epoxy-clay dan dapat menghasilkan kekuatan tertinggi pada komposit.

1.2 Perumusan Masalah

  Penelitian nanokomposit Epoxy-Organoclay Montmorillonite (OMMT) berfokus pada pengaruh variasi putaran pengadukan saat proses pencampuran terhadap karakteristik nanokomposit. Adapun sifat sifat yang ingin diketahui adalah

  1. Sifat mekanik (kekuatan tarik, fracture toughness)

  2. Morfologi berdasar SEM

  1.3 Batasan Masalah

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik nanokomposit Epoxy-Organoclay Montmorillonite (OMMT) berupa:

  Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

  1.5 Sistematika Penulisan

  3. Nanokomposit diharapkan dapat menghasilkan material komposit alternatif baru yang mampu memperbaiki sifat-sifat komposit konvensional.

  2. Penelitian ini dapat dipakai sebagai literatur pada penelitian yang sejenis dalam rangka pengembangan teknologi nanokomposit.

  1. Nilai tambah pengetahuan tentang nanokomposit Epoxy-Organoclay Montmorillonite (OMMT) .

  2. Fracture toughness Hasil penelitian yang diperoleh diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

  1. Kekuatan tarik

  1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Penelitian ini akan menggunakan beberapa batasan masalah untuk memfokuskan hasil yang akan dituju. Adapun batasan-batasan tersebut adalah :

  (9,21% volume tanki)

  3

  5. Volume campuran 83,15 cm

  4. Komposisi montmorillonite dalam campuran adalah 2% fraksi berat.

  3. Pengaduk yang digunakan adalah jenis turbin bersudu empat.

  2. Temperatur pada proses pencampuran dianggap konstan.

  1. Kecepatan putaran pengaduk pada setiap variasi kecepatan dianggap konstan.

  1. Bab I Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penulisan tugas akhir.

  2. Bab II Dasar teori, berisi tinjauan pustaka serta kajian teoritis yang memuat penelitian-penelitian sejenis serta landasan teori yang berkaitan dengan permasalahan yang diteliti.

  3. Bab III Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data.

  4. Bab IV Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

  5. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulan memuat pertanyaan singkat dan tepat yang dijabarkan dari hasil penelitian serta merupakan jawaban dari tujuan penelitian dan pembuktian kebenaran hipotesis. Saran memuat pengalaman dan pertimbangan penulis yang ditunjukkan kepada para peneliti yang ingin melanjutkan atau mengembangkan penelitian yang sejenis.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

  Kord dkk (2011), meneliti tentang pengaruh kecepatan putar pengaduk terhadap karakteristik mekanik nanokomposit. Pada penelitian tersebut dipakai lima parameter kecepatan yaitu 60, 90, 120, 150, 180 rpm. Didapatkan pada kecepatan 180 rpm menghasilkan penyebaran clay yang paling merata sehingga komposit memiliki kekuatan tarik lebih baik dibandingkan komposit dengan putaran 60, 90, 120 maupun 150.

  Khosrokhavar dkk (2010), meneliti tentang pengaruh berbagai parameter proses pembuatan nanokomposit yang salah satunya adalah pengaruh kecepatan pengaduk jenis screw dengan variasi kecepatan 50, 100 dan 150 rpm terhadap karakteristik mekanik nanokomposit. Dari ketiga variasi kecepatan tersebut didapatkan pada kecepatan 150 rpm memiliki karakteristik mekanik terbaik dibandingkan pada kecepatan 50 dan 100 rpm.

  Karabulut (2003), dalam penelitiannya tentang pengaruh kadar montmorillonite 1, 2, dan 5 dalam % fraksi berat terhadap fracture toughness nanokomposit. Hasil pengujian menunjukan pada sampel dengan kandungan montmorillonite 2% memiliki tingkat penghambat retak yang paling baik dibandingkan sampel dengan kadar montmorillonite 1 dan 5%. Dari hasil tersebut kemudian sampel dengan kadar 2% MMT diuji kekuatan tarik dengan divariasi kecepatan putar saat pengadukan 150, 350, dan 500 rpm. Dari penelitian ini diperoleh hasil bahwa pada putaran 350 rpm memiliki tingkat penyebaran clay yang lebih merata dan memiliki kekuatan tarik yang tertinggi dibandingkan pada putaran 150 dan 500 rpm.

  Polymer-clay nanokomposit merupakan kelas baru dari material komposit dimana clay yang tersusun lapisan silikat berukuran nanometer terdispersi/tersebar acak pada matrik polimer. Hanya dengan penambahan clay yang sangat sedikit (<5% berat) ke dalam matrik polimer, dapat meningkatkan kekuatan komposit tersebut (Kusmono, 2010).

  Jika dilihat dari tingkat penetrasi polimer ke dalam lapisan silikat clay, ada dua jenis struktur ideal nanokomposit yaitu intercalated dan exfoliated. Nanokomposit tipe intercalated terbentuk ketika satu atau beberapa lapisan molekul polimer masuk ke dalam interlayer clay. Sedangkan nanokomposit tipe

  

exfoliated terbentuk ketika nanolayer silikat terdelaminasi oleh rantai polimer dan

tersebar secara acak ke dalam matrik polimer.

Gambar 2.1. Penetrasi polimer ke dalam silikat (Dubois dkk, 2000)

2.2 Teori Tentang Komposit

2.2.1 Klasifikasi Material dan Pembentuk Komposit

  Komposit adalah kombinasi dari satu atau lebih material yang berbeda, dengan tujuan untuk menghasilkan sifat lebih baik dari material penyusunnya. Pencampuran ini dapat menghasilkan sifat baru yang tidak ditemui pada masing- masing material penyusunnya. Sifat yang dihasilkan komposit akan bergantung pada sifat, jumlah dan geometri dari penguat. Ada dua istilah material dalam komposit, yaitu matrik dan penguat (reinforcement).

  · Reinforcement (penguat).

  Reinforcement berfungsi sebagai penguat atau kerangka dari suatu

  komposit. Biasanya reinforcement ini berupa fiber atau logam. Berikut ini adalah beberapa reinforcement yang paling banyak digunakan antara lain: fiber glass, serat karbon, serat alam dan lain-lain.

  · Matrik.

  Matrik berfungsi untuk menjaga reinforcement agar tetap pada tempatnya di dalam struktur, membantu distribusi beban, mengendalikan sifat elektrik dan kimia dari komposit. Matrik yang paling umum dipakai adalah beton, keramik dan polimer.

  Menurut Gaylord (1974), matrik pada material komposit berfungsi untuk mendistribusikan beban pada serat-serat penguat. Oleh karena itu adanya cacat seperti void dan retak pada matriks akan mempengaruhi fungsi matrik sebagai pendistribusi beban, misalnya terjadi pada konsentrasi tegangan disekitar cacat yang dapat menurunkan sifat mekanik dari material komposit.

2.3 Nanokomposit Epoxy-Organoclay montmorillonite (OMMT)

  Nanokomposit dibuat dengan menyisipkan nanopartikel ke dalam sebuah material matrik. Nanopartikel yang biasa digunakan adalah clay, carbon nano

  

tube . Sedangkan matrik yang biasa digunakan berupa matrik polimer dan keramik.

  Komposit dengan penguatan serat adalah jenis komposit yang paling sering dipakai dalam berbagai aplikasi, hal ini dikarenakan komposit jenis ini memiliki sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan serta kekuatan tarik arah melintang serat yang kurang bagus.

  Penambahan unsur clay jenis nanomer lebih mudah tersebar dalam resin epoxy dan bahan ini menawarkan perbaikan sifat mekanis yang lebih baik dibanding komposit dengan penguat serat.

2.3.1 Resin Epoxy

  Dari sekian banyak resin yang ada di pasaran, ada tiga jenis resin yang banyak digunakan, yaitu poliester, vinil ester, dan epoxy. Pada penelitian ini resin yang akan digunakan adalah jenis resin epoxy. Pemilihan resin epoxy sebagai bahan dasar disebabkan kekuatan resin epoxy relatif lebih besar dibandingkan dengan polimer jenis lainnya. Perbandingan kekuatan antar polimer-polimer resin ditunjukkan oleh gambar 2.2.

Gambar 2.2. Perbandingan kekuatan tarik dari setiap jenis resin

  (Hadiyawarman dkk, 2008) Resin epoxy termasuk kedalam golongan thermoset, sehingga dalam pencetakan perlu diperhatikan hal sebagai berikut:

  1. Mempunyai penyusutan yang kecil.

  2. Dapat dipakai dalam temperatur kamar.

  3. Perekat yang bagus untuk banyak bahan logam, sehingga perlu diperhatikan material cetakan komposit.

  Pada keadaan padatnya, resin epoxy biasanya bersifat brittle dan tidak resistan terhadap keretakan, namun jika dikombinasikan dengan nanoclay, maka sifat-sifat mekaniknya menjadi lebih baik.

2.3.2 Organoclay montmorillonite (OMMT)

  Clay (tanah liat), bila ditinjau dalam bidang geologi berarti bahan alam

  yang berasal dari dalam tanah. Salah satu contoh clay yang paling umum digunakan adalah montmorillonite (MMT) yang dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan berbagai produk industri, contohnya adalah sebagai bahan baku penyusun komposit.

  Sifat dari clay terutama MMT yang sangat penting sehingga banyak digunakan dalam komposit adalah permukaan bidang sentuh yang besar dan ukuran partikel yang kecil. Kemudian dengan ukuran partikel yang kecil maka secara otomatis permukaan bidang sentuh yang dimiliki MMT besar, maka kontak antar muka (interface) dengan matrik semakin kuat sehingga secara umum komposit tersebut akan semakin kuat. Karena itulah, MMT dapat digunakan sebagai penguat komposit yang efektif.

2.3.3 Pencampuran Epoxy-Organoclay montmorillonite (OMMT)

  Mixing merupakan proses menyebaran material-material secara acak,

  dimana material yang satu menyebar ke dalam material yang lain demikian pula sebaliknya, sedang bahan-bahan itu sebelumnya terpisah dalam keadaan dua fase atau lebih yang akhirnya membentuk hasil yang lebih seragam atau homogen (Rahayu, 2008).

  Jenis-jenis pengaduk secara umum terdapat empat jenis yang biasa digunakan yaitu: ü Pengaduk jenis baling-baling

Gambar 2.3. Pengaduk Jenis Baling–baling

  Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah dibawah 3000 cP. ü Pengaduk dayung

Gambar 2.4. Pangaduk Jenis Dayung (Paddle) Berdaun Dua

  6 Pengaduk jenis ini digunakan pada cairan kental di atas 1×10 cP dimana

  endapan pada dinding dapat terbentuk. Jenis pengaduk ini adalah pencampur yang buruk. ü Pengaduk turbin

  Pengaduk ini seringkali disebut sebagai pengaduk serbaguna karena dapat digunakan untuk berbagai jenis keperluan, dengan rentang kekentalan yang sangat luas yaitu di bawah 100.000 cP. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 20-60 % dari diameter tangki. ü Pengaduk helical-ribbon

Gambar 2.6. Pengaduk jenis hellical ribbon

  Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan dengan kekentalan yang tinggi di

  6 atas 1×10 cP.

  3

  1 Ė = ; = _Dt

  1

  4 Gambar 2.7. Dimensi tangki Dimana: D = diameter pengaduk Dt = diameter tangki W = lebar pengaduk

  Geometri dari tangki dirancang untuk menghindari terjadinya dead zone yaitu daerah dimana fluida tidak bisa digerakkan oleh aliran pengaduk (Agung dkk, 2010).

  Kord dkk (2011), meneliti tentang pengaruh kecepatan putar pengaduk terhadap karakteristik mekanik nanokomposit. Pada penelitian tersebut dipakai lima parameter kecepatan yaitu 60, 90, 120, 150 dan 180 rpm. Dari kelima parameter kecepatan tersebut didapatkan pada kecepatan 180 rpm menghasilkan penyebaran clay yang paling merata, sehingga komposit memiliki kekuatan tarik lebih baik dibandingkan komposit dengan putaran 60, 90, 120 maupun 150 rpm.

  Nigam dkk (2004), dalam penelitiannya tentang Epoxy-Montmorillonite

  

Clay Nanocomposites . Dalam penelitian tersebut resin epoxy dicampur dengan

clay montmorillonite pada suhu 75 C selama 3 jam untuk mencapai penyebaran

  yang optimal dari resin epoxy masuk diantara lapisan silikat organoclay montmorillonite.

2.3.4 Post Curing

  o

  Spesimen dilakukan post curing pada suhu 100 C selama 100 menit sebelum pengujian dimaksudkan agar pada suhu dan waktu post curing tersebut dapat mengoptimalkan crosslinking pada ikatan polimer (Chow dkk, 2007).

2.3. Pengujian Spesimen

  Sifat mekanis merupakan sifat terpenting dari semua jenis material plastik karena semua kondisi pemakaian serta penggunaan dari plastik melibatkan beban mekanis.

  Pengujian yang dilakukan terhadap spesimen adalah pengujian kekuatan tarik (ASTM D638), fracture toughness (ASTM D5045).

2.4.1 Pengujian kekuatan tarik

  Uji tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah besar secara kontinyu. Bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjangan yang dialami benda uji. Tegangan diperoleh dengan cara membagi beban dengan luas penampang lintang benda uji.

  "

  ……………………………………………………………… (2.1)

  σ =

  Dimana:

  σ = Tegangan (MPa)

  F = Beban (N)

  2 A = Luas penampang (mm )

2.4.2 Pengujian fracture toughness

  Pengujian fracture toughness akan menggunakan spesimen jenis Single

  

Edge Notch Bending (SEN-B). Dimana notch akan dibuat mengunakan gergaji

  dengan ketebalan mata gergaji 1mm dan dilanjutkan dengan cutter. Spesimen diuji menggunakan mesin universal testing dengan mengacu pada ASTM D5045.

2.5 SEM (Scanning Electron Microscopy)

  SEM digunakan untuk mengamati permukaan patah hasil uji tarik, sehingga bisa diketahui secara visual pengaruh kecepatan putaran terhadap struktur dari komposit. Untuk pelaksanaan SEM, permukaan patah dilapisi dengan emas untuk menghindari electrical charging selama proses SEM.

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Tempat Penelitian

  Penelitian ini dilakukan di laboratorium material teknik mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

  3.2 Bahan Penelitian

  Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain:

  a. Organoclay Montmorillonite

  Organoclay montmorillonite yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis Nanomer I.30E.

  b. Resin Epoxy Resin epoxy yang digunakan adalah jenis Bisphenol A Epichlorohydrin.

  c. Hardener Hardener yang dipakai adalah jenis Polyaminoamide.

  d. Silicon rubber Silicon digunakan sebagai bahan cetakan komposit agar mudah dalam proses pelepasan spesimen.

  (a) (b) (c) (d)

Gambar 3.1 Bahan Penelitian : (a) Organoclay Montmorillonite

  (b) Resin Epoxy; (c) Hardener; (d) Silicon rubber

  3.3 Alat Penelitian

  Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara lain adalah : a. Alat Pengaduk

  Pengaduk yang dipakai adalah jenis turbin bersudu empat yang dirangkaikan dengan mixer yang dimodifikasi dengan penambahan rangkaian

  dimmer untuk mengatur kecepatan putar pengadukan.

  b. Timbangan digital Digunakan untuk mengukur fraksi berat komposisi komposit.

  c. Pompa vacum Pompa vacum digunakan untuk meminimalisir void yang terjadi didalam spesimen.

  d. Desikator vacum Desikator digunakan sebagai ruang pemvacuman spesimen yang dirangkaikan dengan pompa vacum.

  e. Timer

  Timer

  digunakan untuk mengetahui atau membatasi lamanya proses pengadukan dan proses pemvacuman.

  f. Thermometer digital Thermometer digital digunakan untuk mengetahui suhu campuran resin dan organoclay pada saat proses pengadukan.

  g. Thermocontrol

  Thermocontrol dirangkaikan dengan kontaktor sehingga dapat

  digunakan untuk menguntrol suhu campuran resin dan clay selama proses pengadukan.

  h. Oven Oven digunakan untuk mengeringkan clay sebelum dicampur dengan resin. i. Stabilizer tegangan

  Stabilizer dipakai untuk mengantisipasi ketidakstabilan tegangan listik yang dapat mempengaruhi kestabilan kecepatan putar pengaduk.

  (d) (e) (f) (g) (h) (i)

Gambar 3.2 Alat Penelitian : (a) Alat Pengaduk; (b) Timbangan digital; (c) Pompa vacum; (d) Desikator vacum; (e) Kontaktor; (f) Thermometer digital;

  (g) Thermocontrol; (h) Oven (i) Stabilizer tegangan

  3.4 Alat Uji

  a. Universal Testing Machine (UTM) Alat ini digunakan untuk pengujian tarik dan fracture toughness spesimen komposit.

  b. Scanning Electron Microscopy (SEM) Alat ini digunakan untuk mengambil gambar penampang patahan spesimen uji tarik.

  (a) (b) Gambar 3.3 Alat Pengujian: (a) UTM; (b) Scanning Electron Microscopy.

  3.5 Parameter

  Dalam penelitian ini parameter yang dibuat tetap adalah: a. Komposisi clay yang dipakai adalah 2% wt.

  b. Perbandingan Resin Epoxy : Hardener yang dipakai adalah 60:40. d. Suhu pencampuran resin epoxy dan montmorillonite adalah 75ºC selama 3 jam.

  Parameter yang diubah-ubah yaitu kecepatan poros pengaduk 150 rpm, 250 rpm, 350 rpm, 450 rpm.

3.6 Langkah Kerja Penelitian

  Curing agent Polimer

  Mixing Polymerisation Organoclay Nanocomposite

Gambar 3.4. Diagram alir pembentukan nanokomposit (Nigam dkk, 2004)

  3.6.1 Pengeringan Organoclay Montmorillonite

  Sebelum OMMT dicampur dengan resin, terlebih dahulu dikeringkan

  o

  dalam oven pada suhu 120 C selama 4 jam. Hal tersebut dilakukan untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam serbuk montmorillonite, (Karabulut, 2003)

  3.6.2 Pembuatan cetakan

  Cetakan uji tarik dan fracture toughness dibuat dari bahan silicon rubber untuk memudahkan proses pelepasan spesimen dan menekan biaya pembuatan cetakan.

3.6.3 Proses Mixing

  Proses pencampuran Epoxy-Montmorillonite dicampur dan dijaga pada

  o

  suhu 75 C menggunakan thermocontrol selama 3 jam yang kemudian hardener dituang dalam campuran tersebut. Variasi kecepatan putar pengaduk 150, 250, 350 dan 450 rpm dengan jenis pengaduk turbin bersudu empat. Untuk mengatur kecepatan pengaduk digunakan dimmer AC sebagai pengatur tegangan yang masuk ke dalam motor penggerak sehingga kecepatan poros dapat diatur sesuai yang diinginkan.

  Dt

Gambar 3.6. Dimensi tangki

  Dimana: D = diameter pengaduk (33,33 mm) Dt = diameter tangki (100 mm) W = lebar pengaduk (8,25 mm)

  Motor Digital

  Stabilizer

  Penggerak Tachometer

  Thermo Dimmer Thermo

  Kontaktor

  control AC reader

  3.6.4 Pengecekan kehomogenan campuran

  Sebelum dilakukan proses pencetakan spesimen, terlebih dahulu campuran dilakukan pengecekan apakah campuran masuk dalam kategori homogen atau tidak.

Gambar 3.8. Pengecekan kehomogenan campuran

  Campuran dituang ke dalam tabung yang telah dihitung volumenya, kemudian ditimbang. Proses tersebut dilakukan hingga 5 sampel, kemudian masing-masing sampel dihitung densitasnya. Jika standar deviasi hasil densitas dari sampel tidak lebih dari 10% maka campuran masuk dalam kategori homogen (Konijnenberg, 1995).

  3.6.5 Pencetakan spesimen

  Campuran resin/MMT/hardener dituang dalam cetakan yang telah didesain sesuai dengan ASTM uji tarik dan fracture toughness. Setelah penuangan selesai cetakan yang berisi campuran bahan komposit dimasukan ke dalam desikator vacum untuk meminimalisir void di dalam komposit.

Gambar 3.9. Proses pencetakan spesimen

  3.6.6 Post Curing o

  Spesimen dilakukan post curing pada suhu 100 C selama 100 menit sebelum pengujian dimaksudkan agar pada suhu dan waktu post curing tersebut dapat mengoptimalkan crosslinking pada ikatan polimer.

3.6.7 Tahap pengujian

  Pengujian spesimen yang dilakukan adalah:

3.6.7.1 Pengujian kekuatan tarik

  Pengujian tarik akan menggunakan metode ASTM D638 tipe 1. Pengujian dilakukan dengan mesin Universal Testing dengan kecepatan 50 mm/menit. Dari pengujian ini akan diperoleh kekuatan tarik dari komposit.

Gambar 3.10 Spesimen uji tarik

  …..……………………………………………………………(3.1)

  2 =

  Dimana: = Tegangan tarik (Mpa) F = Beban tarik (N)

2 A = Luas penampang (mm )

3.6.7.2 Pengujian Fracture Toughness

  Pengujian fracture toughness mengacu pada ASTM D5045 dengan spesimen jenis Single Edge Notch Bending (SEN-B) dimana notch akan dibuat mengunakan gergaji dengan ketebalan mata gergaji 1mm dan dilanjutkan dengan pisau cutter. Spesimen SEN-B diuji menggunakan mesin universal testing yang diatur dengan kecepatan 10 mm/menit. Dari hasil pengujian dapat dihitung nilai

  fracture toughness seperti rumus berikut: F _max K . a . f ( a / w ) _{IC =}

  ……………………………(3.2)

  B . W

  Dimana:

  1/2

  K = Fracture toughness Mpa.m

  1C F max = Gaya maksimum (KN)

  B = Ketebalan spesimen (cm)

  W = lebar spesimen (cm) a = panjang total notch (cm) f(a/w) = faktor koreksi geometri

  2

  3

  4

  = 1.99-0.41(a/w)+18.7(a/w) -38.48(a/w) +53.85(a/w)

Gambar 3.11 Pengujian fracture toughness

3.6.8 Foto SEM (Scanning Electron Microscopy)

  SEM digunakan untuk mengamati permukaan patah hasil uji tarik, sehingga bisa diketahui secara visual pengaruh kecepatan putaran terhadap struktur dari komposit. SEM dilakukan di laboratorium MIPA Universitas Negeri Malang. Pengambilan foto SEM dimulai dari pembesaran terkecil pada variasi 350 rpm hingga void dapat terlihat, kemudian dari skala pembesaran tersebut dipakai untuk skala pembesaran pada spesimen SEM variasi 450 rpm.

3.7 Diagram Alir Penelitian

  START

  Clay Montmorillonite Resin epoxy

  nanomer I.30E EPR 174 Penimbangan MMT

  Penimbangan Pemanasan dalam oven pada

  o

  Resin epoxy suhu 120 C selama 4 jam

  o Mixing Campuran I (MMT + Resin) pada suhu 75 C selama 3 jam

  dengan variasi kecepatan: 150, 250, 350 dan 450 rpm Pengecekan kehomogenan campuran

  

Mixing Campuran II (campuran I + hardener versamide 140) selama 5 menit)

  Pencetakan komposit Divakum selama 30 menit

  

curing selama 24 jam pada temperatur ruangan

o

  

Post curing 100 C selama 100 menit

  Pengujian

• Uji tarik
• Uji Fracture Toughness SEM

  Analisa Hasil Pengujian SELESAI

Gambar 3.12. Diagram Alir Penelitian

  Keterangan: Perbandingan Fraksi Berat

BAB IV HASIL DAN ANALISA Dalam penelitian ini dilakukan beberapa pengujian untuk mengetahui

  karakteristik mekanik nanokomposit Epoxy-Montmorillonite. Pengujian yang dilakukan antara lain uji tarik dan fracture toughness serta pengamatan permukaan patah hasil uji tarik dengan foto SEM.

4.1 Pengaruh Kecepatan Putaran Terhadap Kekuatan Tarik

Gambar 4.1 memperlihatkan hubungan antara kecepatan putaran dan kekuatan tarik komposit. Nilai kekuatan tarik dari putaran 150 rpm sampai dengan

  30.00

Gambar 4.1. Pengaruh variasi kecepatan putaran mixing terhadap kekuatan tarik komposit epoxy-MMT

  60.00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Te g a n g a n (M P a ) Putaran mixing (Rpm)

  55.00

  50.00

  45.00

  40.00

  35.00

  25.00

  350 rpm meningkat sebesar 19,18%.

  Grafik hasil pengujian kekuatan tarik komposit epoxy-montmorillonite dengan variasi kecepatan putaran pengaduk 150, 250, 350 dan 450 rpm yang telah dilakukan dapat dilihat pada Gambar 4.1.

  15.00

  10.00

  5.00

  0.00

  R² = 0.942

  Peningkatan ini disebabkan karena dengan bertambahnya kecepatan putaran yang diberikan maka tingkat penyebaran partikel clay dalam resin juga akan semakin tinggi. Menurut Karabulut (2003), partikel clay yang tersebar merata di dalam matrik akan memperbesar bidang kontak antara keduanya,

  20.00

  Kekuatan tarik menurun sebesar 7,39% pada kecepatan putaran 450 rpm, hal itu disebabkan pada kecepatan tersebut campuran tidak homogen (tabel 4.1) yang diakibatkan oleh terlalu tingginya kecepatan sehingga menimbulkan void di dalam komposit yang lebih banyak dibandingkan pada variasi putaran 350 rpm (Gambar 4.2).

Tabel 4.1. Pengaruh kecepatan terhadap kehomogenan campuran 150 250 350 450

  rpm rpm rpm rpm Standar

  13,208 11,570 5,373 11,763 Deviasi (%)

  Dari data tabel diatas terlihat pada keempat variasi kecepatan hanya pada 350 rpm saja yang masuk dalam kategori homogen (<10% Konijnenberg, 1995).

Tabel 4.2. Prosentase void pada setiap variasi kecepatan.

  150 250 350 450 rpm rpm rpm rpm

  Void

  3,134 4,212 5,522 14,284 (% Vol)

  Dengan adanya void yang lebih banyak maka akan menyebabkan konsentrasi tegangan pada daerah void tersebut saat komposit dikenai pembebanan sehingga akan menurunkan kekuatan tarik komposit. Berdasarkan prosentase void pada tabel 4.2, pada kecepatan 150 dan 250 rpm memiliki nilai yang kecil dibandingkan 350 rpm, namun pada kedua variasi putaran tersebut terjadi ketidakhomogenan campuran yang menyebabkan menurunnya kekuatan komposit.

  Menurut Gaylord (1974), matrik pada material komposit berfungsi untuk mendistribusikan beban pada serat-serat penguat. Oleh karena itu adanya cacat seperti void dan retak pada matriks akan mempengaruhi fungsi matriks sebagai pendistribusi beban, misalnya terjadi pada konsentrasi tegangan disekitar cacat yang dapat menurunkan sifat mekanik dari material komposit. MMT Resin Resin

  Void Void MMT

  Void curi

  (a) (b)

Gambar 4.2. Pengamatan foto SEM komposit epoxy-montmorillonite variasi kecepatan putaran pengaduk (a) 350 rpm dan (b) 450 rpm

4.2 Pengaruh Kecepatan Putaran Terhadap Fracture Toughness

  Ketangguhan retak komposit dapat diketahui setelah dilakukan pengujian fracture toughness menggunakan universal testing machine.

  0.40 R² = 0.942

  0.35 s

  0.30 es n h

  0.25 g u o

  0.20 t re u

  0.15 ct a

  0.10 Fr

  0.05

  0.00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Putaran pengaduk (Rpm)

Gambar 4.3. Pengaruh variasi kecepatan putaran mixing terhadap ketangguhan retak komposit epoxy-MMT.

  Seperti halnya pada pengujian tarik, Gambar 4.3 juga menunjukkan bahwa semakin bertambahnya kecepatan putaran mixing maka ketangguhan retak dari komposit juga mengalami peningkatan sampai pada kecepatan 350 rpm. Nilai ketangguhan retak dari kecepatan 150 rpm sampai dengan kecepatan 350 rpm meningkat sebesar 25,18% dan kemudian pada kecepatan putaran 450 rpm turun

  Peningkatan fracture toughness dari komposit ini disebabkan karena clay yang tersebar merata di dalam polimer akan membatasi pergerakan ikatan polimer pada saat terkena pembebanan, sehingga partikel clay akan menjadi crack

  

displacement yang menyebabkan komposit tersebut akan memiliki ketangguhan