View of TM KETANGGUHAN RETAK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT EPOXY-SERBUK KARET BAN BEKAS
KETANGGUHAN RETAK DAN KEKUATAN IMPAK
KOMPOSIT EPOXY-SERBUK KARET BAN BEKAS
1) 2) 1) dan 2)Y. Suyoko, Kurniawan Joko Nugroho
Jurusan Teknik Mesin Politeknik Pratama Mulia SurakartaE-mail : yesuyoko@gmail.com
ABSTRACT
This study aims to determine the mechanical properties of fracture
toughness and impact strength of epoxy - powder composite rubber tires.
The material is used as an epoxy resin matrix product Eposchon PT .
Justus Chemical Kingdom and the amplifier material is scrap tire rubber
powder particles with a mesh size of 40 passes . Composites made with
conventional methods of scrap tire rubber powder which is mixed in with
the epoxy resin weight fraction of the variation of 0 % , 5 % , 10 % and 15
% . Each composition is mixed with a mechanical stirrer at 500 rpm and a
temperature of 40 ° C for 15 min . At last minute added hardener
(catalyst) . The mixture was then poured on the mold for further
processing in a curing oven at a temperature of 50 ° C for 2 hours . Later
in the impact test specimens and fracture toughness according to the
standard ASTM D256 and ASTM D5045 . The results show that an
increase in impact strength and fracture toughness at all adding weight
fraction of used tire rubber powder . The largest increase occurred in the
addition of 15 % weight fraction , which increases the impact strength of
17.34 % ( 62.27 kJ/mm2 ) and fracture toughness increased 327.87 % (
1 / 2 1.60 Mpa.m ).
Keywords : Composite polymers , epoxy resins , rubber powder
penyusunnya. Komposit partikulat
Pendahuluan
Rekayasa material terus terdiri dari fasa matrik yang dilakukan manusia guna diperkuat dengan fasa dispersi mendapatkan material baru yang dalam bentuk partikel. Penguat memiliki sifat-sifat tertentu yang dianggap sebagai partikel jika umumnya tidak ditemukan pada seluruh dimensinya secara kasar material tunggal seperti logam, sama. keramik dan polimer. Kombinasi Resin epoxy merupakan antara dua atau beberapa material salah satu material thermoset yang tunggal diharapkan mampu dibentuk melalui reaksi kimia non- mengurangi keterbatasan sifat dimana campuran
reversible
masing-masing material mudah dan cepat mengeras pada temperatur 5°C sampai 150°C. Resin epoxy memiliki beberapa kelebihan diantaranya adalah tahan aus, tahan unsur kimia, penyusutan rendah, tahan terhadap fatik dan
creep , kemampuan adhesi baik sekali dan mudah dibentuk.
Kekurangan pada resin epoxy antara lain bersifat getas, sensitif terhadap takik (notch), kekuatan rendah, keterbatasan temperatur operasi (≈200°C), mudah menyerap uap air, koefisien ekspansi thermal tinggi. Aplikasi resin epoxy digunakan secara luas pada bidang transportasi, bidang olah raga, bidang kedokteran dan peralatan umum [2]
Tyre rubber adalah bentuk
lain dari karet alam yang dihasilkan sebagaibarang setengah jadi sehingga bisa langsung dipakai oleh konsumen, baik untuk pembuatan ban atau barang yang menggunakan bahan baku karet alam lainnya. Tyre rubber juga memiliki kelebihan pada daya campurnya yang baik sehingga mudah digabungkan dengan karet sintetis [3].
Limbah karet berupa ban bekas membutuhkan waktu yang cukup lama saat terdekomposisi di alam, sehingga penumpukan dalam jumlah yang besar akan menimbulkan masalah lingkungan. Asosiasi Perusahaan Ban Indonesia (APBI) menyatakan bahwa produksi ban roda dua pada Januari-Desember 2011 mencapai 42 juta unit. APBI menargetkan petumbuhan penjualan ban di dalam negeri untuk tahun depan akan mencapai 54 juta unit [4]. Jumlah ban bekas pada satu atau dua tahun ke depan akan bertambah sebesar produksi ban pada tahun ini.
Keterbatasan yang nyata dari matrik epoxy karena bersifat getas dan kekuatannya yang rendah dapat diatasi dengan penambahan serbuk karet ban bekas sebagai filler dalam ukuran mikro. Pembuatan komposit ini diharapkan menjadi produk inovatif baru sebagai salah satu cara mengatasi masalah lingkungan sekaligus menjadi material alternatif yang ringan dan kuat sebagai pengganti material logam pada berbagai aplikasi di bidang rekayasa.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kandungan serbuk karet ban bekas terhadap ketangguhan retak dan kekuatan impak komposit epoxy- serbuk karet ban bekas.
Metodologi Penelitian Bahan filler yang digunakan dalam penelitian ini adalah serbuk karet ban bekas dengan ukuran lolos 40 mesh.
Resin epoxy Eposchon A dan hardener Eposchon B produk PT. Justus Kimia Raya digunakan sebagai matrik.
Peralatan yang digunakan adalah cetakan komposit, timbangan digital, mechanical stirrer, kompor listrik, oven, mikroskop, mesin uji bending dan mesin uji impak.
Tahapan penelitian dilakukan dengan pembuatan serbuk karet dari bagian ban luar bekas yang tidak mengandung kawat baja atau benang nilon dengan alat kikir. Serbuk karet yang dihasilkan kemudian disaring dengan ayakan ukuran 40 mesh. Serbuk karet dengan fraksi berat 5% dicampur dengan resin epoxy menggunakan mechanical stirrer pada putaran 500 rpm sambil dipanaskan pada suhu 40°C selama 15 menit. Hardener dimasukkan ke dalam campuran dengan putaran yang diturunkan menjadi 100 rpm selama 1 menit. Campuran dituang ke dalam cetakan. Proses curing dilakukan di dalam oven listrik pada 50°C selama 2 jam. Jumlah minimal spesimen untuk setiap satu variabel pengujian menurut standar ASTM adalah lima buah. Pengulangan proses pembuatan komposit dengan fraksi berat serbuk karet sebesar 15% dan 25%. Untuk fraksi berat 0%, campuran hanya terdiri dari resin epoxy dan hardener.
Uji ketangguhan retak pada menggunakan spesimen single
edge notch bend (SENB).
Ketangguhan retak mode
I menggunakan spesimen SENB diberikan dalam persamaan berikut [5]
Dengan catatan P adalah beban kritis untuk perambatan retak (N),
S adalah jarak antar tumpuan (m), a adalah panjang retak awal (m), B
adalah tebal spesimen (m) dan W adalah lebar spesimen (m).
Gambar 1. Skema uji ketangguhan retak dengan spesimen SENB [6] Uji kekuatan impak Charpy digunakan untuk mengetahui kemampuan material saat menyerap energi sebelum patah. Energi yang diserap material dihitung dengan persamaan [7] Dengan catatan m adalah massa pendulum (kg),
g
adalah percepatan gravitasi, L adalah panjang lengan (m), h0 adalah tinggi akhir pendulum (m), sudut
α
adalah sudut awal lengan (°), dan sudut
β adalah sudut akhir lengan (°).
Kekuatan impak secara normal dihitung dengan persamaan [7]
( ) Hasil dan Pembahasan
1/2
Uji impak dilakukan untuk mengetahui ketangguhan material saat menerima beban secara tiba- tiba yang diwujudkan pada kemampuan material untuk menyerap energi sebelum patah. Pengujian dilakukan dengan metode Charpy sesuai standar ASTM D256. Hasil perhitungan untuk masing-masing penambahan fraksi berat serbuk karet diberikan dalam Tabel 2 dan disajikan dalam bentuk grafik seperti Gambar 3. 0.4 0.8 1.2 1.6 5 10 15 K
Gambar 2. Kurva pengaruh fraksi berat serbuk karet terhadap ketangguhan retak komposit epoxy-serbuk karet ban bekas.
1/2 ).
) dan 332,43% (1,60 MPa.m
1/2
), 45,95% (0,54 MPa.m
4 15 1,60 menunjukkan pengaruh penambahan fraksi berat serbuk karet terhadap ketangguhan retak komposit epoxy-serbuk karet ban bekas, dimana hasil uji ketangguhan retak memiliki kecenderungan naik pada semua penambahan fraksi berat serbuk karet. Peningkatan ketangguhan retak pada penambahan 5%, 10% dan 15% fraksi berat masing- masing adalah 21,62% (0,45 MPa.m
Uji ketangguhan retak dilakukan untuk mengetahui kemampuan material menahan perambatan terhadap retak awal yang sengaja diberikan. Pengujian dilakukan dengan spesimen Single Edge Notch Bend (SENB) dan metode Three Point Bending sesuai standar ASTM D5045. Dari pengujian ini didapat beban maksimum yang mampu diterima spesimen sebelum patah. Hasil perhitungan untuk masing- masing penambahan fraksi berat serbuk karet diberikan dalam Tabel 1 dan disajikan dalam bentuk grafik seperti Gambar 2.
3 10 0,54
) 1 0,37 2 5 0,45
1/2
Ketangguhan Retak (MPa.m
Fraksi berat serbuk karet (%)
Tabel 1. Hasil uji ketangguhan retak No
IC rata -r ata (M Pa. m 1 /2 ) Fraksi Berat Serbuk Karet (% Tabel 2. Hasil uji kekuatan impak
0%
Fraksi berat Kekuatan Impak
No serbuk karet
2
(kJ/m ) (%) 1 53,07
2 5 58,45
3 10 60,64
4 15 62,27 64 5% 2 ) 62 m
m J/ 60 (k ak 58 p im 56 atan ku 54 e
K 52 5 10 15 10% Fraksi berat serbuk karet (%)
Gambar 3. Kurva pengaruh fraksi berat serbuk karet terhadap kekuatan impakkomposit epoxy- serbuk karet ban bekas 15% Tabel 2 dan Gambar
3 menunjukkan hasil uji impak yang memiliki kecenderungan naik pada semua penambahan fraksi berat serbuk karet. Peningkatan kekuatan impak pada penambahan
Gambar 4. Fotomakro penampang 5%, 10% dan 15% fraksi berat patah spesimen serbuk karet masing-masing
2
adalah 10,14% (58,45 kJ/m ),
2
14,26% (60,64 kJ/m ) dan 17,34%
2 (62,27 kJ/m ).
2 Serbuk karet akan memuai sebesar 62,27 kJ/m dan 1,60 1/2
seiring peningkatan suhu sehingga MPa.m . saat resin mengeras dan komposit 2. makro patahan
Struktur menjadi lebih dingin maka serbuk spesimen uji menunjukkan karet juga akan menyusut. Hal bahwa komposit tanpa serbuk tersebut menyebabkan ikatan karet mengalami patah getas. antarmuka antara resin dengan 3.
Serbuk karet akan berperan serbuk karet menjadi lemah. dalam membelokkan arah retak
Seiring peningkatan fraksi berat sehingga bentuk patahan serbuk karet dalam matrik epoxy komposit dengan serbuk karet maka rongga yang terbentuk dalam cenderung tidak beraturan. komposit akan semakin sedikit sehingga komposit akan lebih kuat Daftar Pustaka saat menerima beban. Penampang ASM Internatonal. 2001. patah yang terlihat pada Gambar 4 Composites, Vol 21. untuk fraksi berat 5%, 10% dan Harper, CA. 2000. Modern 15% menunjukkan bahwa rongga Plastics and Modern Plastics yang terbentuk akan semakin Handbook. New York: berkurang seiring pertambahan McGraw-Hill Companies. fraksi berat serbuk karet. Sifat http:/industrikaret.com elastis karet berrpengaruh terhadap http:/kontan.co.id komposit saat menerima beban, Hertzberg, R. W., 1989, hal ini ditunjukkan dari bentuk “Deformation and Fracture patahan yang lebih tidak beraturan Mechanics of Engineering dibanding bentuk patahan resin
Materials”, John Wiley & epoxy yang tidak diperkuat serbuk Sons, Inc. karet. Penampang patah berkilat
Broek,D., 1982, “Elementary pada Gambar 4 dengan fraksi berat Engineering Fracture 0% menunjukkan jenis patahan
Mechanics”, Martinus yang terjadi adalah patah getas. Nijhoff Publisher. Callister Jr, WD. 2007. Materials
Kesimpulan Science and Engineering an
Berdasarkan hasil penelitian dan Introduction. New York: kesimpulan sebagai berikut :
1. Peningkatan terbesar kekuatan impak dan ketangguhan retak komposit epoxy-serbuk karet ban bekas dicapai pada penambahan 15% fraksi berat serbuk karet berturut-turut