Upload
doquynh
View
225
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
J. Mikroskopi dun Mikroanalisis VoL3 No.2 2000 /SSN /4/0-5594
PENGARUH KOMPOSISI FILLER TERHADAP STRUKTURMIKRODAN DENSIT AS KOMPOSIT POLIPROPILENA -P ASIR
Sudirmanl, Atoma K. K.I, Ari H.I, Bambang Sugengl, BethaZ daD Mashuriz
'P3/B-BATAN, Kawasan l'u.\'pipte/c. 'S'C:"P°ng, T(lngerall.l,' /53/-1, 8(lnt('11} ,h,ru,\'aI1 Fi,\'i/ca, FM/l'A-/7:S', ,r;'I/colilo, K('f'"tih .r;'II'(,h(~\'(1
ABSTRAK
PENGARUH KOMPOSISI FILLER TERHADAP STRUKTURMIKRO DAN DENSITAS KOMPOSIT
POLIPROPILENA -PASIR. Tl:luh dilukukun p~lI1buutun kulI1pusit bl:rbu!ii!i puliprupill:l1u dl:l1gul1 bcrhugui kull1pu!ii!ii pu!iir
sebagaifiller, Pasir dengan berbagai komposi!ii sebesnr 10.30.40.50 dan 70 % f'rnk!ii volume ditamhahkan kc dnlam pl)lipropilenu
dengan meftflow berbeda yaitu PP MF 2 dan PP MF 10. kemudian dicampur dengan metoda hlending, Komposit yang dipcrolch
selanjutnya dikarakterisasi struktunnikro (pengukuran XRD dan SEM) dan dianalisis densitasnya. Hasil karakterisasi menunjukkan
dari pengamatan struktunnikro (SEM) dimana daerah matriks mengalami dct'onnasi plastis atau ml:ngulumi rctukun tcrblU1)'uk dUll
pudu lillcrl1Yu tcrd~I'orll1asi clustis. Anulisi!i struktur dl:ngun XRD dan dl:n!iitu!il1)'n. dipcrl}lch buhwn PP Mr2 Ichih h:lik !ichllgui
m!ltriks komposit dihandingkan PP MFI 0,
ABSTRACT
THE EFFECT OF SAND CONTENT ON THE MICROSTRUCTURE AND THE DENSITY OF POI. YPROP\'.
LENE -SAND COMPOSITE. The sinthesis of composite hased on polypropylene \vith variation of tiller (sand) content has
been done with blending method, Volume traction of tiller were varied from 10 to 70 % in the polypropylene matrix \\'ith t\\o
diffcrcnt melt flow (PP MP 2 and PP MF 10), The microstructure of the composites \\"ere I:haracterized \\'ith XRD and SI~M and
the analysized of the density, The results showed plastic deformation on the matrix area and elastic deformation <In the liller. The
density of the composite based on PP MF 2 was higher than the composite hascd on PP MI: 10,
PENDAHULUANpembuatannya sehingga pcmakaian bahan tidak dapattahan lama. Untuk memperbaiki sifat fisik terse but
diperlukan pemilihanjenis polimer yang tepat dan pengisi
(filler) yang dapat memberikan day a hantar panas tinggi
sehingga mampu mengalirkan panas yang ditimbulkanoleh sistem (heat exchanger) dan secara mekanik lebih
kuat. Disamping itufiller akan mcmbcrikan sifat yang
variatifterhadap sifat bahan sehingga diperoleh sifat fisik
dan mekanik yang memenuhi persyaratan [2.5).
Pemilihan polimertermoplastikjenis polipropilena
(PP) sebagai matriks dalam komposit penelitian ini
dikarenakan polimer ini mudah diproses. titik leleh relatif
tinggi 180°C, densitas rendah dan temlasuk kclompok
yang paling ringan diantara bahan polinler. tahan korosi.
penghantar panas dan listriknya rendah. Dari sifut dan
biaya prosesnya relatif murah, mudah dipcrolch di
pasaran, serta dapat didaur ulang. Polipropilcnadigunakan secara luas untuk aplikasi seperti alat-alatkeperluan rumah tangga. pipa. komponen mobil (Clut()o
motive parts).lantai. dan peralatan militer [3.4.5]. Pemilihan
pasir sebagaifiller dalam penelitian ini diharapkan dapat
mengubah karakteristik bahan misalnya nlcningkatkan
sifat konduktivitas panas serta penyebarannya.
mengeraskan matriks dan membuatnya kaku. mengurangi
Komposit polimer merupakan komposit yangterdiri dari matriks berupa polimer clan dengan pengisi
(filler) dari bahan jenis lain sehingga komposit
mempunyai sifat paduan dari sifat bahan
pembentuknya[I]. Matriks adalah bahan dasar
pembentuk komposit yang mengikat pengisi dengantidak terjadi ikatan secara kimia [2J.
Produk komposit polimer banyak dikonsumsi oleh
masyarakat, sehingga mendorong dunia industri terkaituntuk memasarkan produk tersebut yang sebesar-
besamya, karena produk komposit polimer mempunyainilai yang lebih praktis dibandingkan produk komposit
non polimer [3,4]. Salah satu keunggulan sifat bahan
tersebut diatas, dapat digunakan sebagai bahan rancang
bangun. Pemilihan polimer sebagai bahan rancang
bangun perlu memperhatikan beberapa aspek, sepertikemampuan daya hantar panas, kekuatan mekanik (tahan
terhadap struktur deformasi, tak retak pada berbagai
regangan), kompatibel terhadap bahan dasamya (tidakmudah mengelupas atau lepas). ketahanan terhadap
abrasi, clan goresan [5,6].
Pad a pembuatan produk komposit polimer akan
mengalami berkurangnya sifat fisiknya dari matriks
polimer, akibat temperatur yang tinggi didalam proses
n
Pengaruh Komposisi Filter Terhadap Strukturmikro dun Densitas Komposit Polipropilena -Pasir (Sudirman 9 -13)
tegangan internal, mengurangi koefisien muai panas, dan
biaya produksi materialnya dapat ditekan [5,6]. Disampingitu sifat bahan berkaitan erat sekali dengan struktun'r1ikro
bahan itu sendiri.[7]
Pad a penelitian ini akan dilakukan pembuatan
bahan komposit-polimer yang diisi dengan pa~ir pada
berbagai fraksi volume yaitu 10, 30, 40, dan 50 %,
sehingga diharapkan diperoleh bahan alternatif dalam
bentuk komposit-polimer. Kemudian dilakukan
pengamatan strukturmikro dengan menggunakan alat
,C;canning Electron Microscope (SEM) dan analisisstruktur dengan XRD (X-ray Diffractometer).
2. BAHAN DAN TAT A KERJA
2.1. Baban
Polipropilena (PP) dengan variasi Melt FlowIndeks 2,0 dan 10. Bahan ini didapatkan dari PT. TRIPOL YT A INDONESIA, Tbk, Cilegon. Filler berupa Pasirdari PT. Pioner, Cikokol, Tangerang. Aceton danNitrogen cairo
2.2. Tata Kerja
Alat laboplastomil dibersihkan dahulu denganlarutan aceton guna menghindari impuritas saat sintesisbahan. Kemudian mencampur polipropilena (PP)melt flow 2 atau melt flow 10 dan pasir dalamlaboplastomill model 30R 150 buatan Toyoseiki & Copada suhu 180°C selama 10 men it. Kadar pasir yangdiberikan bervariasi yakni 10, 30, 40, dan 500/0. Setelahtercampur homogen, campuran PP MF (2 atau 10) pasirselanjutnya dibuat film dengan menggunakan pres panas(Hydraulic hot press) masing-masing pad a suhu 180°Cdan suhu kamar selama 5 menit, serta tekanan yangdiberikan 150 kg/cm2. Setelah dipres panas, alat cetakcetak film dimasukkan dalam alat pengepres dingin(Hydraulic press als /67'). Kemudian dilakukankarakterisasi meliputi : strukturmikro dengan pengukuranSEM (Scanning Electron Microscope) clan analisisstruktur dengan XRD (X-ray Diffratometer).
partikel pasir lebih mudah terikat oleh PP dan terse bar
lebih merata dalam matriks serta kemungkinan
terbentuknya aKKlomeration dan porositas kompositdapat dihindari. Selanjutnya lamanya proses
pemhlendinKan juga mempengaruhi prod uk hasil
pemprosesan. Diharapkan dengan mcningkatkan waktupemprosesan didapatkan yang Icbih baik, karena
kesempatan partikel pasir terse bar secara merata menjadilebih besar.
Hal lain yang perlu diperhatikan dalam pembuatan
komposit ini yakni proses pembekuan. Pemprosesanpolimer disertai pendinginan dari rasa cair ke rasa pad atuntuk mendapatkan kristalinitas yang baik. Profil
pendinginan menentukan derajat kristalinitas dan
tegangan internal sampai pengerutannya. Kristalisasiacapkali disertai pengerutan. Karena bagian luar cetakan
mendingin lebih dulu, maka bagian perrnukaan akan
mengkristal dan mengkerut dulu, memadat lebih dulu,
padahal bagian dalamnya masih leleh. PrO!iCSberlangsung makin ke bagian dalam, tetapi serentak makin
besar pula terjadi tegangan dalam bahan. Tegangan
tersebut dapat menimbulkan peronggaan dalam celakan
sehingga produknya tidak memenuhi syarat. Tegangan
dapat mengubah bahan menjadi berubah bentuk alaurusak. Walau tidak tampak. tegangan jelas dapal
memperlemah kekuatan bahan produk, !iehingga produk
dapat retak, mudah rusak, hila peringkat tegangan terrnal
intemalnya cukup linggi. Semua hallersebul dialas dapatdialasi dengan membual lapisan komposit yang lidak
terlalu tebal.
Faktor lain yang harus diperhatikan dalam
pembuatan polimer yaitu kelakuan viskoelastik bahan
polimer dimana bahan sampel mengalami pemelaran dan
relaksasi tegangan, pad a polipropilena gaya antar
molekulnya lemah dan dikonfigurasikan hanya oleh gay a
Van Der Walls. Kenaikan viskositas akibat kenaikan aksi
volume filler (pasir) perlu diperhatikan, mengingatviskositas ini berpengaruh pada sifat mampu alir dan
mampu bentuk komposit saat dicampur (mixin~) dan
Tabcl 1. Dcnsitas Komposit PP
bcrbagai komposisi
Pasir dalam
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Jcnis Sampel p 'COril;' p """..".,
Pasir ...2.4())
PP MI' 2 -..().89f1I 0.11711
O.QO~), "4113
No
Analisis Proses Pembuatan Komposit3.I pp MF\o
i 1.95()<j. 1.6177
(}~148 II PPMI' IO-30%Pasir 1.3355 1.2~77
IPPMI'II)-40%Pa.~ir 1.4880 1.27K3
iPPMI'10-500/.Pasir 1.6405 1.4017
PPMI:I(}-7(}%Pa.~ir 1.9455 1.616l1
Dalam proses pembuatan bahan komposit polimerini melalui proses fisis yakni pelelehan, pembentukan,dan pembekuan. Pelelehan dilakukan dalam proses
blending dengan temperatur leleh, pembentukandilakukan saat sampel dicetak, dan selanjutnyapembekuan dilakukan dengan pendinginan.
Saat proses pencampuran (blending) pol i-
propilena dengan pasir dilakukan pacta suhu 180°Cselama 10 menit dengan kecepatan putar pengaduksebesar 30 rpm. Dengan menggunakan temperatur 180°Cdiharapkan tingkat swelling PP lebih baik sehingga
9.
13
10
J. Mikroskopi tan Mikroanalisis VoL3 No.2 2000 /SSN1410-5594
shaping viskositas hams dijaga sampai batas maksimumsifat mampu alir dan bentuk komposit masih baik. lnidapat dilihat dari basil densitas yang diperoleh sepertiTabell.
PP MF2 lebih besar daripada PP MFIO, oleh sebab ituketeraturan atom-atom pacta struktur molekulnya menjaditinggi sehingga viskositas lelehannya juga menjadi tinggi,sehingga sifat mekanik PP MF2lebih baik dibandingkan
denganPPMFIO.[8]3.2. Analisis Derajat Kristalinitas
Derajat kristalinitas mempengaruhi sifat daTipolimer sehingga dalam pembuatan bahan komposit ini,derajat kristalinitas daTi polipropilena MF2 clan MFIOakan dijadikan referensi dalam menganalisisnya
mengingat fungsi polipropilena sebagai matrikskomposit.
3.3. Pengamatan Strukturmikro Bahan Komposit
Gambar strukturmikro suatu bahan, berkaitandengan sifat daTi bahan itu sendiri. Gambar strukturmikrohasil pengamatan dengan alat SEM bahan kompositpolipropllena MF (2 atau 1 O)-pasir sebagai berikut :
2000 l [)~ S~X R1.1~L~ ~ 10
1500
1000
500
.,.,...
Gambar Difraktogram Sinar-X Polipropilena Melt Flow 2 Gambar 3. Foto SEM PP MF 2 dengan perbesaran 1010 kali
DIFRAKTOGRAM SINAR-X PP MF 2
1500
1000
V'~500
Gambar 4. Foto SEM PP MFIO dengan perbesaran 1010 kali
Polipropilena merupakan polimer semikristalinyang memiliki rasa kristal clan rasa amorf. Pada PP MF 2atau 10 memiliki bagian yang berkristal lebih besar
dibandingkan dengan bagian amorf, sehingga derajatkristalinitasnya juga akan semakin besar. BerdasarkanGambar 1 clan 2 di atas, secara kualitatif bahwa antaramatriks PP MF2 clan PP MFIO mempunyai perbedaanintensitas pada puncak difraksinya, walaupun tidak terlalubesar. Polipropilena melt flow 2 mempunyai derajatkristalinitas yang lebih besar daripada polipropilena meltflow 10, karena memiliki rasa kristalin yang lebih besardaripada rasa amorfsehingga polipropilena MF2 memilikimassa jenis yang lebih besar. Dengan adanya massajenis yang lebih besar mengakibatkan viskositas lelehan Gambar S. Foto SEM Komposisi PP (MF 2) 70%:30% Pasi
11
Pengaruh Komposisi Filter Terhadap Strukturmikro dun Densitas Komposit Polipropilena -Pasir (Sudirman 9 -13)
Gambar 6. Foto SEM Komposisi PP (MF 10) 70%:30% Pasir
menunjukkan orientasi selama arab penarikan. Saatperpatahan, partikel terlepas daTi matriks hat inimenunjukkan adisi antarafiller clan matriks kurang kuat.Hal ini akan sangat berpengaruh terhadap sifat termalclan mekanik bahan komposit yang ada.
Pada gambar 5 dan 6 komposisi fraksi volume pasir30%- 70% polipropilena, dimana polanya masih terlihathalus, merata, agak rapat clan nampak kompakdibandingkan dengan penambahan fraksi volume pasirlebih besar daTi 30%. Dengan penambahan komposisiprosentase fraksifiller pasir ke dalam komposit, komposisibutiran yang ada akan semakin besar, pola distribusibutiran semakin kasar, tidak merata, clan tidak kompak,hal ini disebabkan oleh adanya pengaruh polipropilena
yang cenderung menggumpal (agglomerates) clanmelekat homogen.
Pada saat dikenai gaya tarik akan terjadipemusatan tegangan. Karena polipropilena mengalamiregangan, bahan uji bertambah panjang clan terlihatdistribusi partikel semakin jarang. Pada saat tarikandilanjutkan sampai terjadi patah, maka daerah matriksyang mengalami deformasi plastis atau mengalami retakanterbanyak clan padafiller terdeformasi elastis, sehinggaakan mengakibatkan bahan komposit bersifat getas clanmudah patah seiring dengan penambahan prosentasefiller. Dengan penam bahan prosentase filler yang besar,maka sumber patahan yang ada semakin banyak.
Sehingga dengan penambahan regangan yang kecilsudah mengakibatkan terjadinya patahan. Hal tersebutakan nampak jelas terlihat pada foto SEM gambar 7clan 8, saatkomposisi fraksi volumefillerpasir 50%-50%
polipropilena.
Gambar 7. Foto SEM Komposisi PP (MF 2) 50%:50% Pasir
4. KESIMPULAN
Dari pengamatan strukturrnikro (SEM) dim anadaerah matriks mengalami deformasi plastis at aumengalami retakan terbanyak dan pacta fillernyaterdeforrnasi elastis, sehingga mekanisme penguatan olehfiller tidak tercapai sesuai dengan harapan.
Dari analisis struktur dengan XRD, diperolehbahwa PP MF2 lebih baik sebagai matriks kompositdibandingkan PP MFIO, dikarenakan dengan adanyamassajenis yang lebih besar mengakibatkan viskositaslelehan PP MF2 lebih kental daripada PP MFIO, olehsebab itu keteraturan atom-atom pacta struktur
molekulnya menjadi tinggi sehingga kompatibilitasterhadap pasir akan semakin besar.
Gambar 8. Foto SEM Komposisi PP (MFIO) 50%:50% Pasir
Gambar 3 clan 4 foto SEM di atas memperlihatkanstrukturmikro matriks polipropilena meltflow 2 clan meltflow 10 sebelum ditambahkanflilerpasir. Pada foto SEMGambar 3 clan 4 matriks tanpa pasir permukaan patahanpolipropilena sebagai satu rasa kontinyu yang tunggalsehingga memiliki tensile strength yang cukup tinggidan pada Gambar 5 sampai Gambar 8, matriks sebagairasa diskontinyu, clan terlihat pasir rata-rata berbentukangular, mempunyai ukuran rata-rata x 425 1m(U.S. ASTM Ell) yang terdistribusi pada matriks
polipropilena.Selanjutnya pada gambar 5 sampai 8 menunjukkan
pengisianfliler pasir pada matriks, dimana partikel pengisididorong keluar dari matriks polimer saat polipropilena
12
J. M;kroskop; dan M;kroanalis;s Vol.3 No.2 2000 ISSN 1410-5594
5. DAFT AR PUST AKA
[I}. J. P. HOLMAN, E. JASJFI, 'Perpindahan Kalor,edisi keenam', 1994, Jakarta, Erlangga.
[2}. X. LU, G. XU,J. of AppiedpolimerScience.1997,
65,2733-2738.[3}. SAITO, S., Terjemahan SURDIA, T.,' Pengetahuan
Bahan Teknik', 1995, Jakarta, PT. Pradnya Paramita.[4}. FILDMAN. ODREL, HARTONO. A. J., 'Bahan
Polimer Konstruksi Bangunan', 1995, Jakarta,Gramedia Pustaka Utama.
[5}. F.DANUSSO And G.TIEGI,Polymer, 1994,27,1385-1390.
[6}. Y. AGARI And T. UNO, J. of Applied Poo'mer
.~iencc. 1997,65.2733-2738.[7}. NT NYOMAN RUPTASIH, Pengaruh Behan
Pengisi patIo Sifat Mekanik Polimer. Tu~as Akhir,ITS, Surabaya.
[8}. BILLMEYER. FRIED W., Textbook of Polymer &i-ence, 1984, New York, Jhon Wiley and Sons.
[9}. I.H.TAVAMAN,Puwc./er7ec:hnulugy, 1997,91, 63-67.
13