Anallsls Slfm Flslk Dan Mekanlk Komposlt Termoplastlk Elastomer-Boron (Sudlrman)

ANALISIS SIFAT FISIK DAN MEKANIKKOMPOSIT TERMOPLASTIK ELASTOMER - BORON

Sudirmanl, Ridwanl, Aloma Karo Karol, Teguh Y. S.P.Pl, Anik Sunarni2

'P3IB -BATAN,

Kawasan Puspiptek, Serpong 15314, Tangerang2p3T1R -BATAN,

JI. Cinere, Pasar Jum'at, Jakarta

ABSTRAK

ANALISIS SIFAT FISIK DAN MEKANIK KOMPOSIT TERMOPLASTIK ELASTOMER- BORON. Untukmeningkatkan sifat mekanik daTikaret alam dapat dimodifikasi dengan menjadikan sebagai bahan termoplastik elastomer, yaitumereaksikan karet alam dengan termoplastik menggunakan radiasi. Dalam pembuatan komposit sebagai bahan perisai radiasineutron termoplastikelastomer ditambahkanboronyang mempuilyaikoefisienserapan linieryang besar terhadap radiasi neutron.Komposit daTitermoplastik elastomer dan boron disintesis dengan memvariasi kandungan boron, yaitu 5%, 10%dan 50% beratdan dianalisis sifat fisik dan mekaniknya. Dari hasil karakterisasi yang meliputi sifat mekanik (kekuatan tarik dan perpanjanganputus), sifat fisik (kekerasan) dan struktur molekul (fraksi gel). Kekuatan tarik dan kekerasan mengalami peningkatan denganbertambahnya-kandungan boron di dalam komposit, sebaliknya untuk perpanjangan putus dan fraksi gel mengalami penurunandengan bertambahnya kandungan boron.

ABSTRACT

THE ANALYSIS OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF ELASTOMER - BORONTERMOPLASTIC COMPOSITE. To improve the mechanical properties of natural rubber, it could be modified by change itto become elastomer thermoplastic by reacted the natural rubber with thermoplastic using irradiation. In synthesizing compositeas neutron radiation shielding materials boron with high linear adsorption coefficient to neutron radiation added into elastomerthermoplastic.Boron addedwas varied, 5%w. lO%w.and 50%w. and elastomer-boronthermoplastic composite resulted analyzedits physical and mechanical properties. The characterization included the mechanical properties (tensile strength and breakelongation) the physical properties (hardness) and the molecular structure (gel fraction). The results showed that tensile strengthand hardness increased as boron composition in composite greater but break elongation and gel fraction decreased.

Kata kuncl : Sifat fisik, Mekanik, Elastomer -Boron

PENDAHULUAN

Sarnpaisekarangini,bahanperisai radiasineutronyang digunakan masih diimpor sehingga harganyamenjadi mahal, disamping itu melipatgandakan biayapenyediaan dengan jumlah pemakaian yang cukupbanyak [I]. Bahan perisai radiasi neutron, B4C, yangdimaksud sebenamya dapat disintesis daTibahan dasarkaret alam dengan memodifikasinya sehingga menjadibahan komposit.Oleh schab ituperIndipelajariteknologipembuatan komposit, terutama yang menggunakanbahan dasar karet alarn [2].

Untuk meningkatkansifat fisikdan mekanik,karetalarndimodiftkasimenjadibahantermoplastikelastomer,Bahan termoplastik elastomer disintesis dengan taramereaksikan karet alarnsebagai elastomerdengan bahantermoplastik, seperti : polistirena, polietilena, polimetil

metakrilat daD lain-lain. Agar terbentuk ikatan silangantarakaretalarndaDbahantermoplastikdapat dilakukansecara konvensional (reaksi kimia) daD iradiasi [3,4] .

Indonesia dikenal sebagai salah satu penghasilkaret alam yang besar dengan produksi sekitar 1,4jutaton per tabun. Saat ini sebagian besar karet alam mentabdijual dengan nilai relatifmurah sementaradaTiproduksikaret tersebut hanya 10%yang digunakan untuk produkdi dalam negeri untuk keperluan industri ban, kondom,sarong tangan, karet busa, conveyer belt daDslang karet[5,6] .Di sarnpingitu, Indonesiamerupakan negara yangkaya akan minyak bumi, dimana minyak bumi sebagaibahan mentah untuk diolah menjadi bahan polimertermoplastik. Sekarang ini, telah banyak industri huluyang memproduksi bahan termoplastik.

Bahan perisai radiasi neutron dapat disintesis

101

Pros/ding Pertemuan Ilm/ah limu Pengetahuan dun Teknolog/ Bahan'99Serpong, 19-100ktober 1999 ISSN 1411-1113

dengan mencampurkan bahan dasar termoplastikelastomer dengan boron, yang mempunyai koefesienserapan tinier yang besar terhadap radiasi neutron.Sintesisbahan komposityang dimaksuddapat dilakukandengan menambahkan boron ke dalam termoplastikelastomer digunakan sebagai bahan perisai neutron [7].Boronyangditambahkanke dalamtermoplastikelastomersehingga terbentuk komposit, diharapkan terjadi ikatandiantara keduanya sehingga Boron tidak hanya sebagaipengisi(filler).

Pada penelitian ini dilakukan sintesis komposittermoplastik (polimetil metakrilat) dengan boron,kemudian dianalisis sifat fisik clan mekanik kompositterse but Bahan perisai neutron basil sintesis yangdiperolehdilakukankarakterisasiyangmeliputi: sifatfisik(kekerasan), sifat mekanik (kekuatan tarik clanperpan-jangan putus) clan fraksi gel. Diharapkan diperolehgambaran tentang kompositbasil sintesismengenai sifatfisik, mekanik clanstruktur molekulnya clanselanjutnyadapat digunakan seeara luas.

BAHAN DAN T AT A KERJA

Bahan

Termoplastik elastomer yang digunakan dalampenelitian ini, berasal dari eampuran

karet alam dalam bentuk lateks sebagai elastomerclan PMMA (polimetil metakrilat) sebagai termoplastik.Campuran diiradiasi dengan sinar gamma pada kondisioptimal, selanjutnya eampuran dibuat menjadi lembaranfilm dengan proses casting [8].

Tata kerja

Untuk pembuatan komposit termoplastikelastomer- boron, dilakukan dengan menimbang bahantermoplastik elastomer sebanyak 40 gram, kemudiandigilingdengan Laboplastomillpada suhu 100°Cselama5 meRit dengan rpm 30. Sambil digiling ditambahkanserbuk boron perlahan-lahan sesuai dengan komposisiyang ditentukan (5%, 10% clan 50% berat) sehinggadiperoleh basil gilingan berupa komposit termoplastikelastomer-boron yang homogen. Laboplastomill yangdigunakan merek Toyoseiki Model 30 R 150 padalaboratoriumProsesIndustri,P3TIR-BATAN.

Hasil gilingan yang diperoleh selanjutnya dibuatlembaran film komposit termoplastik elastomer-borondengan proses hot press selanjutnya dilakukanidentifikasiyang meliputi :

Uii Kekuatan Tarik. Peralatan yang digunakan adalah alat

uji kekuatan tarik rnerk Toyoseiki , strograph RI, diLaboratorium Proses Industri - P3TIR, BATAN. Lebar

clan tebal potongan uji diukur dengan mikrometer pada

bagian yang sernpit, dieatat harga rata-ratanya.Selanjutnya potongan uji (bentuk dumbel ASTM D-I022-L)dijepitkanpadapenjepitmesinToyoseikidenganjarak yang terlebih dahuiu ditandai dengan dua garissejajar. Mesin Toyoseiki dijalankan clan beban yangdibaw:i potongan uji akan terekam pada kertas grafikberupa kurva. Jarak antara kedua tanda garis diamatisampai potongan uji putus. Untuk penentuan kekuatantarikmaksimumdilakukanpeneatatanpada saatpotonganuji putus. Kondisi alat: Beban maksimum = 500 Kg.Beban skala penuh = 50 Kg. keeepatan penarikan = 5mm/meit. Keeepatankertas= 5 mm/menit.

Penentuan Perpaniangan Putus (EB%). Tata kerja clankondisi alat untuk penentuan perpanjangan putus sarnaseperti penentuan kekuatan tarik tersebut diatas.Penentuan perpanjangan putus dapat dihitung sesuaidengan persamaan dibawah ini :

L. - LoEB= X 100%

Lodimana:

FE

L.= Perpanjangan putus (%)= Panjang asal potongan uji antara dua

tanda garis (em)= Panjang potongan uji antara dua tanda

garis pada waktu putus (em)Lo

Penentuan Fraksi Gel. Sampel dalam bentuk filmdimasukkanpada kasa clanditimbang(We), sebelumnyaberat kasa ditimbang (Wk). Kasa baja yang berisikansampel diekstraksi dengan pelarut xylena (pelarut yangeoeok dengan sampel clandapat melarutkan) menggu-DakaRsoxlet pada temperatur 157 °C selama 24 jam.Setelah diekstraksi, kasa tersebut dieuci dengan aseton,dikeringkan dalam oven vakum 70 °C selama I jam,kemudiandimasukkanke dalameksikator clanditirnbangsampaiberattetap(Wt).Fraksigel (G dalampersen) dapatditentukan sesuai persamaan di bawah ini :

Wt-Wk

G(%)= x 100

We- Wk

Kekerasan. Kekerasan sampel diuji dengan menggunakanalat tekan Shore A dengan rnerek Zwick berdasarkan padaISO/R 868. Dilakukan pada Laboratorium Proses Industri,P3TIP-BATAN.

BASIL DAN PEMBAHASAN

Penambahan komposisi boron didalam kandungan

komposit (KA-PMMA)-boron menyebabkan kenaikan

102

Ana/lsls Sifat Flslk Dan Mekanlk Komposlt Termoplastlk Elastomer-Boron (Sudlrman)

harga pada kekuatan tarik daD sebaliknya berlaku untukperpanjangan porus, yaitu mengalami penurunan dengankenaikan kandungan (% berat) boron, seperti ditunjukkanpada Tabell.

Tabell. HasiJ Uji Mekanik Komposit (KA-PMMA)-Boron

Sifat Mekanik

Kekuatan Tarik (Kg/Cm2) 36,2 49,5 51,7

Boron yang ditambahkan pada termoplastikelastomer (KA-PMMA) berinteraksi daDmasuk ke dalamrantai molekul termoplastik elastomer. Hal ini terjadi padaproses penggilingan, molekul-molekul KA-PMMAmengalami pengembungan (swelling) sehingga serbukboron dengan mudah mengisi rongga-rongga yang adadiantara rantai polimer terse but [9]. Akibatnya dariinteraksi tersebut diatas menyebabkan rantai polimertidakmudah bergerak satu terhadap yang lain sehingga hargakekuatan tarik semakin tinggi dengan kenaikankandungan boron didalam komposit.

Perpanjangan porus menggambarkan beban yangdiperlukan daD perpanjangan yang dicapai sampai padagnat sampel (potongan uji) mengalami porus. Oleh schabitu perpanjangan pulos akan mengalami penurunandengan kenaikan kandungan boron didalam komposit,karena kekuatan ikatan rantai polimer berkurang setelahberinteraksi dengan boron.

Dengan masuknya boron ke dalam rantai polimertermoplastik elastomer (KA-PMMA) menyebabkan sifatfisik komposit yang terbentuk berupa kekerasan, menjadikerns daD kompak sehingga kekerasan meningkatharganya dengan kenaikan kandungan boron didalamkomposit, seperti ditunjukkan pada Tabel2.

Tabell. Kekerasan Komposit (KA-PMMA) - Boron

KekerasanKA = Karet AlamPMMA = Polimetil metakrilat

Fraksi gel menggambarkan ikatan silang yangterbentuk akibat iradiasi gamma terhadap termoplastikberupa PMMA daDelastomer berupa karet alamoHasilpenentuan fraksi gel ditunjukkan pada Tabel 3. Ikatansilangyangterbentukakibat iradiasiakansemakinbanyakditunjukkandengan harga fraksigel yangsemakinbesar,artinya pelarut tidak dapat melarutkan atau masuk ke

dalam rantai molekul termoplastik elastomer (KA-PMMA). Dengan adanya boron yang masuk ke dalamrantaimolekul termoplastikelastomer, sepertidijelaskansebelumnya,makafraksigel akan mengalamipenurunan,karena banyaknya celah daDmakin mudahnya pelarutakan melarutkan rantai komposit yang ada.

Tabel J. Fraksi Gel Komposit (KA-PMMA) - Boron

Strukturmolekul

Fraksigel (%)

82,50 81,06 78,17 74,20

are! AlamPMMA = Polimetil metakrilat

KESIMPULAN

Adanya interaksi antara boron dengan rantaimolekul KA-PMMA menyebabkan sifat mekanik berupakekuatan tarik mengalami kenaikan dengan penambahankandungan boron didalam komposit, sebaliknyaperpanjangan pulos mengalami penurunan. Ikatan silangyang terbentuk akibat iradiasi pada molekul KA-PMMAmengalami penurunan dengan peningkatnya kandunganboron di dalam komposit, karena boron berinterkasi daDmenjadi filler di dalam komposit, oleh schab itupeningkatan kekerasan komposit sesuai denganpenambahan kandungan boron.

DAFTAR ACUAN

[I]. RS. GUPTH,S.C.DUBEYandKC. DHINGRA,SmalIScale Paints, Plastic And Rubber Goods Industries,Sirl,Delhi,1992.

[2]. SRI MULYONO ATMOJO daDTRI HAR.lANTO,Pembuatan Komposit Karet Alam TimbalOksida,

[3]. CHAPIRO, ADOPHE, Radiation Chemistry ofPolymericSystem, Vol. XV, Interscience Publ. Inc.,NewYork,1962.

[4]. BRADLEY, RICHARD, Radiation TechnologyHandbook,MarcelDekker Inc.,New York, 1984.

[5]. ANNONIME, Kondisi Perkaretan Indonesia DanPerkiraan Harga Karet Tahun 2000, Trubus XXII,No.275,(I992)32.

[6]. MARGA UTAMA, Et. AI., PengembanganPemakaian Lateks Karet Alam Melalui TeknologiKopolimerisasi Radiasi, Kongres J/muPengetahuan Dan Teknologi VI, Serpong,September,(I 995).

[7]. GLENN MURPHY. Elements of NuclearEngineering, John Wiley an Sons Inc., New York,1961

103

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan don Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN UlJ-2213

[8]. MARGAUTAMA,KADARIJAH,HERWINARNI,MADE SUMARTI dan F.X. MARSONGKO,Pembuatan Elastomer Termoplastik Karet Alamdengan Metode Po/imerisasi Iradiasi, SimposiumNasional- Himpunan Po/imer Indonesia, Jakarta,(1995).

[9]. SUDIRMAN,RIDWAN,TEGUHYULIUSSPP,ARIH., dan ISNI MARLIJANTI, Studi Ana/isis Termaldon Strukturmikro Komposit BerbasisTermoplastik Elastomer (KA-PMMA) - Boron,Prosiding Seminar Nasional Mikroskopi donMikroana/isisIlL ISMM,Jakarta, (1998).

104