pengaruh kandungan partikel terhadap kekuatan …/pengaruh... · terhadap kekuatan mekanik komposit...

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

commit to user

PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT

GEOPOLIMER FLY ASH-RIPOXY

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

ALBERT RAGA ANDHIKA NIM. I1405011

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA 2013


commit to user

HALAMAN PENGESAHAN

PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER

FLY ASH-RIPOXY

Disusun oleh

ALBERT RAGA ANDHIKA NIM. I 1405011

Dosen Pembimbing I

Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST. MT. NIP 197101031997021001

Dosen Pembimbing II

Bambang Kusharjanta, ST., MT. NIP. 196911161997021001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 04 Februari 2013

1. Heru Sukanto, ST. MT. NIP. 197207311997021001 ………………………

2. Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT. NIP. 196810041999031002 ………………………

3. Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP. 197202292000121001 ………………………

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Didik Djoko Susilo, ST, MT NIP. 197203131997021001

Koordinator Tugas Akhir

Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT NIP. 197202292000121001


commit to user

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan

kenikmatan kepada kita semua sehingga laporan tugas akhir ini dapat di

selesaikan. Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh

gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sebelas Maret. Tugas Akhir ini memaparkan pengaruh penambahan sebuk fly ash

terhadap kekuatan mekanik komposit geopolimer fly ash - ripoxy. Penelitian ini

dilakukan untuk mendapatkan komposit geopolimer fly ash - ripoxy dengan sifat

mekanis yang baik.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu dalam penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini, khususnya

kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST, MT selaku pembimbing I yang

telah memberikan arahan dan masukan selama penyusunan tugas akhir ini.

2. Bapak Bambang Kusharjanta, MT. selaku pembimbing II atas semua

arahan dan masukannya.

3. Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin,

Fakultas Teknik UNS.

4. Bapak Ir Wiijang WR, ST, bapak Heru Sukanto, ST, MT dan bapak

Wahyu Purwo Raharjo, ST, MT selaku dosen penguji.

5. Bapak Tri istanto, ST., MT. selaku pembimbing akademik

6. Semua laboran Jurusan Teknik Mesin UNS terkhusus kepada Laboran Lab

Material Maruto Adhi ST.

7. Semua rekan-rekan S1 reguler, non reguler dan Magister (S2) Jurusan

Teknik Mesin Fakultas teknik UNS.

semoga Tuhan Yang Maha Esa membalas budi baik anda semuanya.


commit to user

vii

Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak

kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi

kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan

terima kasih.

Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat

digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, Februari 2013

Penulis


commit to user iv

PENGARUH KANDUNGAN PARTIKEL TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPAK KOMPOSIT GEOPOLIMER FLY ASH-RIPOXY

Albert Raga Andhika Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret Surakarta E-mail : [email protected]

Abstrak

Tujuan penelitian ini untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume dan kandungan serbuk terhadap kekuatan mekanik (bending dan impak) komposit geopolimer ripoxy-fly ash.

Komposit dibuat dari limbah fly ash (hasil pembakaran batu bara) dan vinyl ester ripoxy R 802. Pembuatan spesimen di lakukan dengan metode cetak tekan. variasi campuran fly ash dan ripoxy 10:90; 20:80 ; 30:70; 40:60; 50:50; 60:40 (v/v). Komposit yang telah jadi di postcure pada suhu 80oC selama 2 jam. Sampel uji dilakukan pengujian bending yang mengacu ASTM D 6272, dan impak yang mengacu pada ASTM D5941. Penampang patah sampel uji dilakukan pengamatan menggunakan SEM (scanning electron microscopy).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan kandungan fly ash menyebabkan peningkatan kekuatan bending dan ketangguhan impak. Perilaku ini menunjukkan bahwa penambahan fly ash mampu meningkatkan kekuatan bending pada kandungan 20 (v/v) dan ketangguhan impak pada kandungan 40 v/v komposit geopolimer. Hasil pengamatan SEM menunjukkan pada kandungan 20 (v/v) diperoleh kekuatan bending tertinggi, disebabkan peningkatan adhesi antar muka antara ripoxy dan partikel fly ash. Kekuatan impak tertinggi pada kandungan 40 (v/v) adanya fenomena interaksi fisik antara fly ash dengan ripoxy.

Kata Kunci : Komposit geopolimer, Fly ash, bending, Impak, ripoxy


commit to user 1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. LATAR BELAKANG MASALAH

Perkembangan rekayasa material komposit pada dunia industri telah masuk

pada tahap lebih lanjut. Berbagai partikel, Al2O3, grafit, dan SiC telah digunakan

sebagai bahan penguat dengan paduan matrix dengan tujuan meningkatkan sifat

mekanik komposit. Fly ash mengandung silika dan alumina sebagai sumber

monomer untuk membuat geopolimer. Fly ash memiliki komposisi yang lebih

heterogen daripada kaolin dan metakaolin. Parameter-parameter yang umum

digunakan untuk sintesis geopolimer seperti angka banding Si/Al, SiO2/Na2O,

dan H2O/Na2O dapat digunakan untuk memprediksi geopolimerisasi dan sifat

geopolimer yang dihasilkan (Ekawati, 2011)

Peningkatan produksi batubara tersebut seiring dengan peningkatan

penggunaan batubara di PLTU setiap tahunnya. Hal tersebut sejalan dengan

penambahan PLTU sebagai dampak dari permintaan listrik yang terus meningkat.

Pembakaran batubara akan menghasilkan fly ash dan abu dasar di Pembangkit

Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sebagai contoh, PLTU Asam-asam menghasilkan

limbah fly ash sekitar 97.680 ton dari tahun 2000 hingga tahun 2004. PLTU

tersebut menghasilkan fly ash sekitar 24.420 ton per tahun. Akumulasi fly ash

PLTU Asam-asam pada tahun 2010 diperkirakan sebesar 244.200 ton. (Ekawati,

2011)

Penggunaan batubara yang terus meningkat dapat menyebabkan akumulasi

yang luar biasa dari limbah fly ash. Hal ini dapat menimbulkan masalah yang

serius bagi lingkungan seperti polusi udara, kontaminasi perairan, dan lain-lain.

Produksi limbah fly ash ini diperkirakan hanya sebagian kecil (sekitar 20-30%)

saja yang dimanfaatkan (Fernandez-Jimenez dan Palomo, 2005).

Geopolimer dapat dibuat dari kaolin, metakaolin fly ash, dan material lain

yang mengandung silika dan alumina. Pembuatan geopolimer berbahan dasar


commit to user

2

kaolin adalah cikal bakal dari pengembangan geopolimer (Komnitsas dan

Zaharaki, 2007).

Komposit geopolimer berpenguat partikel fly ash (FA) lebih kecil

memiliki tegangan dan regangan bending lebih besar. Jenis patahan komposit FA-

UPRs adalah patah tunggal. Semakin kecil ukuran butiran fly ash (FA), semakin

halus tekstur penampang patahannya. Komposit FA-UPRs memiliki kekuatan

bending tertinggi pada 40% fly ash (w/w). Modulus bending komposit meningkat

seiring dengan peningkatan kandungan fly ash. Hingga 60% , kekuatan tarik

komposit juga meningkat seiring dengan peningkatan kandungan fly ash (FA).

Kekuatan impak komposit relatif konstan dan tidak dipengaruhi oleh kandungan

FA. Namun demikian, energi serap dan kekuatan impak paling tinggi terjadi pada

50% FA (Diharjo, 2007).

Ripoxy R-802 vinyl ester resin adalah salah satu resin dikembangkan dan

diterapkan awal yang dihasilkan oleh Showa Highpolymer Co, Ltd, diperoleh

dengan memodifikasi dari bis-fenol A resin epoksi dan industrialisasi produksi

telah direalisasikan, dan seluruh proses dikontrol oleh DCS. RIPOXY R-802 vinyl

ester resin memiliki kelebihan seperti tahan terhadap zat asam, air, ketahanan

pelarut organik dan lain-lain.dan dapat digunakan dalam bidang perlindungan dari

reaksi kimia. Vinyl ester merupakan jenis resin yang mempunyai ketahanan

mekanik yang lebih baik dari pad jenis resin polyester Justus Kimia Raya (2001).

Seorang insinyur perlu mengetahui seberapa kuat bahan akan bertahan

pada kondisi dimana struktur akan digunakan. Dalam keadaan dimana

keselamatan sangat ekstrem diperlukan, komponen teknik dalam bentuk dan

ukuran sebenarnya diuji pada kemungkinan kondisi yang paling buruk ketika

digunakan. Sebagai contoh, tabung untuk memindahkan bahan bakar nuklir telah

diuji dalam ukuran yang sebenarnya ditabrak dengan kereta api untuk

mendemonstrasikan bahwa bahan tersebut mampu menahan keutuhan strukturnya

(structural integrity). Pengujian dengan ukuran sebenarnya sangat mahal dan

sangat jarang dilakukan. Oleh karena itulah pengujian seringkali dilakukan


commit to user

3

dengan menggunakan beberapa sampel untuk mewakili suatu struktur. Teknologi

komposit geopolimer merupakan teknologi yang masih baru di dunia internasional

dan merupakan teknologi masa depan bagi Indonesia. Kini, teknologi komposit

geopolimer mulai memasuki wilayah baru yang lebih luas dan memberi kontribusi

yang lebih besar pada dunia transportasi, yakni material komponen kendaraan

yang rawan terhadap api/suhu tinggi dan goncangan berat. Pada saat sekarang ini

material komposit gepolimer sedang dikembangkan untuk panel transportasi

publik, maka pengujian mekanik ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar

pengaruh kandungan partikel pada komposit geopolimer. Dengan dukungan bahan

baku yang melimpah, penelitian ini diajukan untuk lebih memperkaya informasi

karakteristik mekanis (khususnya kekuatan bending dan impak) material komposit

berbasis geopolimer.

I.2. RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan dari uraian latar belakang di atas, komposit geopolimer

merupakan komposit yang cocok untuk struktur panel transportasi publik karena

strukturnya yang ringan, bahan baku yang melimpah. maka kajian riset yang

mampu memprediksi pengaruh dari variasi kandungan fly ash terhadap kekuatan

bending dan ketangguhan impak dipandang perlu dilakukan.

I.3. Batasan Masalah

Batasan masalah yang diambil sebagai berikut :

a. Properties fly ash dianggap homogen.

b. Distribusi fly ash pada komposit geopolimer dianggap seragam.

I.4. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Menyelidiki pengaruh kandungan partikel terhadap kekuatan bending

komposit geopolimer Ripoxy-fly ash

2. Menyelidiki pengaruh kandungan partikel terhadap ketangguhan impak

komposit geopolimer Ripoxy-fly ash

3. Menganalisa penampang patah dengan SEM


commit to user

4

I.5. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai kajian teoritis dan praktis

bagi pihak-pihak terkait yang berkompeten dalam bidang penelitian dan industri,

yaitu:

1. Secara teoritis dapat dipakai untuk mengetahui seberapa besar pengaruh

kekuatan mekanik terhadap variasi kandungan

2. Secara praktis dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan bagi bidang

industri pemakai material komposi sebagai alternatif baru bahan komposit

yang mampu memperbaiki sifat-sifat komposit konvensional.

3. Pemanfaatan limbah fly ash diharapkan dapat mengurangi dampak pencemaran

lingkungan


commit to user 5

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Komposit berpenguat partikel fly ash (FA) lebih kecil memiliki tegangan dan

regangan bending lebih besar. Jenis patahan komposit FA-UPRs adalah patah

tunggal. Semakin kecil ukuran butiran fly ash (FA), semakin halus tekstur

penampang patahannya. Komposit FA-UPRs memiliki kekuatan bending tertinggi

pada 40% fly ash (w/w). Modulus bending komposit meningkat seiring dengan

peningkatan kandungan fly ash (FA). Hingga 60% fly ash, Kekuatan impak

komposit relatif konstan dan tidak dipengaruhi oleh kandungan FA. Namun

demikian, energi serap dan kekuatan impak paling tinggi terjadi pada 50% FA

(Diharjo, 2007).

Penambahan fly ash untuk matriks RPET mengakibatkan peningkatan

mekanik. Ukuran partikel yang lebih kecil menunjukkan sifat yang lebih baik

dibandingkan dengan partikel yang lebih besar. Sebagai filler loading, tingkat

kejenuhan dipengaruhi oleh susunan pengisi dalam polimer matriks. Dengan

demikian sifat mekanik komposit dipengaruhi fungsi dari ukuran partikel,

dispersi, dan interaksi antara permukaan filler partikel dan matriks polimer.

(Kumar, 2010).

Beberapa penelitian yang telah dikembangkan adalah penggunaan fly ash

sebagai bahan dasar sintesis geopolimer. Fly ash mengandung silika dan alumina

amorf sebagai sumber monomer untuk membuat geopolimer. Fly ash batubara

memiliki komposisi yang lebih heterogen daripada kaolin dan metakaolin. Oleh

karena itu, parameter-parameter yang umum dugunakan untuk sintesis geopolimer

seperti angka banding Si/Al, SiO2/Na2O, dan H2O/Na2O dapat digunakan untuk

memprediksi geopolimerisasi dan sifat geopolimer yang dihasilkan. Selain itu,

penggunaan fly ash sebagai bahan baku geopolimer dapat mengatasi masalah

pencemaran lingkungan akibat penumpukkan limbah fly ash (Ekawati, 2011).

Kuat tekan spesimen tergantung pada distribusi ukuran pola partikel fly ash,

pada waktu perlakuan dalam oven, dan waktu perlakuan di ruangan. Pada ukuran

partikel yang lebih halus dan lebih padat sifat spesimen lebih baik. Di sisi lain,


commit to user

6

pemanasan spesimen di dalam oven pada 80 C ditemukan menjadi suhu optimum

dalam perlakuan spesimen geopolymeric. Dalam semua campuran, spesimen

SiO2/Al2O3 dengan ratio sebesar 2,99 memiliki kekuatan tertinggi. Di sisi lain,

kekuatan tertinggi dicapai sampai dengan 58,9 MPa untuk campuran fly ash dan

abu sekam 70:30 (Nazari, 2011).

Pengaruh kandungan fly ash dengan matrik PP meningkatkan kekuatan tarik

pada kandungan 20% dengan suhu 70o C. Hal ini terjadi karena fly ash teradhesi

dengan baik. Ketangguhan impak tertinggi dengan kandungan fly ash 48 %, hal

ini disebabkan peningkatan adhesi pada antarmuka dari polimer dan partikel fly

ash. Energi impak meningkat pada 50 dan 70o C . karena ikatan meningkat antara

pengisi dan matriks. Sebagai pengujian, temperatur meningkatkan fenomena

fraktur akan berubah dari rapuh menjadi ulet karena meningkatnya mobilitas dari

rantai polimer menyebabkan penataan adhesi fly ash Chandra (2009).

Gambar 2.1 Hubungan kandungan fly ash Gambar 2.2 Hubungan kandungan fly ash

terhadap kekuatan tarik terhadap energi impak

Efek pengisi silika berbahan dari fly ash dan endapan silica pada sifatnya

resin poliester diperlakukan dengan 2 cara yaitu pemanasan manual dan

microwive. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kurva untuk pemanasan resin

poliester di kedua sistem perlakuan ditunjukkan karakter berbentuk S

menunjukkan masa induksi dalam tahap awal, dan tingkat perlakuan pemanasan

kemudian meningkat tajam dalam tahap propagasi sebelum meratakan pada tahap

akhir. Konversi persentase meningkat seiring dengan peningkatan silika.


commit to user

7

Perbedaan kurva perlakuan dari kedua pengisi fly ash dan endapan silica adalah

terkait dengan jumlah hidroksil pada permukaan silika Modulus lentur, impak

kekuatan dan kekerasan meningkat dengan peningkatan pengisi silika sedangkan

kekuatan lentur menurun pada penambahan silika, namun secara bertahap

meningkatkan jumlah pengisi silika. Sifat mekanik silika / resin poliester

Komposit sangat ditingkatkan dengan penambahan KBM-403 sebagai bahan

tambah (Sriloy, 2010).

2.2. Kajian Teori Komposit

Kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau

gabungan. Composite berasal dari kata kerja “to compos” yang berarti menyusun

atau menggabung. Jadi secara sederhana, bahan komposit berarti bahan gabungan

yang tersusun dari dua atau lebih bahan yang berlainan kemudian digabung atau

dicampur secara makroskopis. Penggabungan dua material atau lebih tersebut

dibedakan menjadi dua macam antara lain (Gibson, 1994):

a. Penggabungan makro, yang memiliki ciri-ciri antara lain :

· Dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat.

· Penggabungannya lebih secara fisis dan mekanis.

· Penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis.

· Contoh : Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP).

b. Penggabungan mikro, yang memiliki ciri-ciri antara lain :

· Tidak dapat dibedakan dengan cara melihat secara langsung.

· Penggabunganya lebih secara kimiawi.

· Penggabungannya tidak dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis, tetapi

dapat dilakukan secara kimiawi.

· Contoh : Logam paduan, besi cor, baja, dll.

Karena bahan komposit merupakan bahan gabungan secara makro, maka

bahan komposit didefinisikan sebagai suatu bahan hasil penggabungan dua atau

lebih materi penyusun yang berbeda secara makroskopik yang tidak larut satu

dengan yang lainnya (Schwartz, 1986).


commit to user

8

Penggabungan material ini dimaksudkan untuk menemukan atau

mendapatkan material baru yang mempunyai sifat antara material penyusunnya.

Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki kelemahan

dan kekurangan bahan-bahan penyusunnya. (Jones, 1999).

Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material-material yang

menyusunnya. Interaksi antar unsur-unsur penyusun komposit, yaitu serat dan

matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka (interfacial

strength). Kekuatan ikatan antarmuka yang optimal antara matrik dan serat

merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit

(Gibson, 1994).

Penggabungan material yang berbeda bertujuan untuk menemukan

material baru yang mempunyai sifat antara material penyusunnya (intermediate)

yang tidak akan diperoleh jika material penyusunnya berdiri sendiri. Material

penyusun komposit tersebut bisa berupa fibers, particles, laminate or layers,

flakes fillers, dan matrik. Matrik sering disebut sebagai unsur pokok bodi

sedangkan fibers, particles, laminate or layers, flakes fillers disebut sebagai

unsur pokok struktur (Schwartz, 1986). Sifat material hasil penggabungan ini

diharapkan saling memperbaiki kelemahan dan kekurangan bahan-bahan

penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaiki antara lain kekuatan, kekakuan,

ketahanan lelah, ketahanan bending, ketahanan korosi, berat jenis, pengaruh

terhadap temperatur, isolasi termal, dan isolasi konduktifitas (Jones, 1999).

Menurut bentuk material dan penyusunnya, komposit dapat dibedakan

dalam lima jenis, yaitu (Schwartz, 1986) :

a. Komposit serat (fibrous composite).

b. Komposit partikel (particulate composite).

c. Komposit serpih (flake).

d. Komposit sketal (filled).

e. Komposit laminat (laminate composite).


commit to user

9

2.3. Kompaksi Serbuk

Densitas Serbuk ditingkatkan, maka perlu adanya tekanan dari luar

(kompaksi). Sebelum kompaksi, serbuk memiliki densitas yang disebut dengan

apparent density. (German,1994)

Gambar 2.3. Skema perubahan partikel terhadap penambahan tekanan (German,1994).

Serbuk pada saat itu masih memiliki banyak pori, kemudian setelah diberi

getaran maka densitas akan meningkat, yang disebut dengan tap density. Tahap

ini masih terdapat pori, kekuatan yang rendah dan sedikit titik kontak. Saat

tekanan bekerja pori-pori akan mulai terisi dan ketika tekanan dilanjutkan maka

pori-pori akan berkurang sehinga titik kontak partikel semakin besar

(German,1994).

Serbuk saat mulai diberi tekanan, maka partikel-partikel kecil memasuki

pori-pori yang lebih besar. Penambahan tekanan lebih besar menyebabkan pori-

pori menjadi lebih kecil dan kontak antar partikel serbuk akan meningkat.

Penambahan tekanan selanjutnya tidak akan meningkatkan densitas hasil

kompaksi secara signifikan, karena pori-pori antar partikel serbuk mulai menyusut

dengan penambahan kontak antar partikel. Selama kompaksi distribusi tekanan

pada cetakan terlihat dalam seperti gambar 2.6. tekanan yang diberikan (P)

nilainya akan berbeda dengan tekanan yang diteruskan , dikarenakan adanya

gaya gesek antara serbuk dengan cetakan . Gaya gesek timbul karena adanya

kecenderungan timbulnya gaya normal yang arahnya keluar (sentrifugal) ke


commit to user

10

cetakan, sehingga saat mencapai tepi cetakan serbuk akan bergesek dengan

cetakan. Fenomena ini nantinya akan menyebabkan perbedaan green density

antara bagian dan pinggir (German,1994).

Gambar 2.4. Skema distribusi tekanan system serbuk terhadap kompaksi pada cetakan (German, 1994)

Metode kompaksi akan sangat menentukan dalam keseragaman distribusi

partikel yang dihasilkan. Pada kompaksi jenis uniaxial single compaction tidak

akan didapatkan distribusi partikel yang homogen. Distribusi partikel akan

homogen hanya pada sumbu yang dikenai beban tekanan, sedangkan pada sumbu

yang tidak diberi beban, pengaturan partikel hanya sebagai efek gaya normal

(German,1994).

2.4. Fly ash

Fly ash adalah partikel halus yang merupakan endapan dari tumpukan

bubuk hasil pembakaran batubara. Limbah pada tiniter dapat dalam jumlah yang

cukup besar, sehingga memerlukan pengolahan agar tidak menimbulkan masalah

lingkungan,seperti pencemaran udara,perairan dan penurunan kualitas ekosistem.

Batubara merupakan hasil tambang, karena batubara terletak pada

kedalaman tanah sekitar 10 sampai 80 meter. Diatas lapisan batubara terdapat

lapisan penutup (overburden) yang terdiri dari lapisan batu lempung (mud stone),

batu danau (slitstone), dan batu pasir (sandstone). Proses penambangan batubara

dilakukan dengan open pit, yaitu mengambil lapisan penutupnya terlebih

dahulubaru kemudian diambil batubaranya.Sisa hasil pembakaran dengan


commit to user

11

batubara menghasilkan abu yang disebut dengan fly ash. Fly ash memiliki

beberapa kandungan/unsur kimia utama seperti SiO2 : 48,00%, Al2O3 : 31,86%,

Fe2O3 : 4,89%, CaO : 2,68% dan MgO : 4,66% (Ekawati, 2011). Limbah fly ash

(FA) didominasi SiO2(48%) dan Al2O3 (32%). Semakin kecil partikel FA,

semakin besar kekuatan komposit GeCo. Komposit FA-UPRs memiliki kekuatan

bending tertinggi pada 40% fly ash (w/w) (Diharjo, 2008). Fly ash dioven pada

suhu 1050C selama 24 jam untuk menghilangkankan kandungan air yang dapat

mengganggu proses pembuatan komposit geopolimer. (Ekawati, 2011)

2.5. Ripoxy R- 802

Resin yang ada di pasaran, ada tiga jenis resin yang banyak digunakan,

yaitu polyester, vinyl ester, dan ripoxy. Pada penelitian ini resin yang akan

digunakan adalah jenis ripoxy R-802. Pemilihan resin ripoxy sebagai bahan dasar

disebabkan kekuatan resin ripoxy relatif besar dibandingkan dengan polimer jenis

lainnya. Ripoxy R-802 vinyl ester resin adalah salah satu resin dikembangkan dan

diterapkan awal yang dihasilkan oleh Showa Highpolymer Co, Ltd, diperoleh

dengan memodifikasi dari bis-fenol A resin epoksi dan industrialisasi produksi

telah direalisasikan, dan seluruh proses dikontrol oleh DCS. RIPOXY R-802 vinyl

ester resin memiliki kelebihan seperti tahan terhadap zat asam, air, ketahanan

pelarut organik dan lain-lain.dan dapat digunakan dalam bidang perlindungan dari

reaksi kimia (PT Justus Kimia Raya, 2002).

Tabel 2.1 Sifat-sifat resin (PT Justus Kimia Raya)

Item Barang Unit Satuan R-802 R-806 Penampilan baik

Warna Gardner 0-5 nilai Asam KOH mg / g 7.0-13.0 Kekentalan Pa.s (Pascal Sekon) 0.4-0.6

Penyimpanan (120 ° C) min 45 Gelatinisasi (25 ° C) min 11-19

Min. waktu curing (25 ° C) min 27-52 Max. panas-release suhu (25

° C) ° C 90-130


commit to user

12

Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin ripoxy R-802.

Pemberian bahan tambahan PROMOTOR jenis P-EX (campuran 60% 6% cobalt

naphthenate and 40% dimethylaniline) untuk pembuatan material yang tahan

bakar dengan komposisi pemakaian 0.5% dari volume total resin. Katalis jenis

methyl ethyl ketton peroxide (MEKPO) pada resin Ripoxy berfungsi untuk

mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam

jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing.

Hal ini dapat menurunkan kualitas atau merusak produk komposit. Oleh karena itu

pemakaian katalis sebanyak 2 % dari volume resin total (PT Justus Kimia Raya,

2002).

2.6. Fraksi Volume Komposit

Salah satu faktor penting yang menentukan sifat fisis dari komposit adalah

perbandingan matrik dan FA. Perbandingan tersebut dapat dihitung

menggunakan persamaaan:

Fraksi Volume (V) :

V filler = Volume filler x100% (1)

Volume komposit

V filler = x100% (2)

m m

Vmatrik = Volume matrik x 100% (3)

Volume komposit

Vmatrik = mm m x 100% (4)

Mf f + mm m

Dengan; mf = massa filler (gr)

mm = massa matrik (gr)


commit to user

13

f = massa jenis filler (gr/mm3)

m = massa jenis matrik (gr/mm3)

2.7. Proses Pembuatan Komposit

Proses pembuatan komposit sangat beraneka ragam dari yang paling

sederhana sampai dengan yang komplek dengan sistem komputerisasi. Tiap

proses memiliki kelebihannya masing-masing. Ada berbagai macam proses yang

dapat digunakan untuk membuat komposit antara lain metode hand lay-up,

metode spray-up, metode vacuum infusion, metode cetak tekan dan metode resin

transfer moulding. Proses hand lay-up merupakan proses laminasi secara manual,

dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit.

Metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana

dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus. Prosesnya

yaitu, menuang resin dengan tangan ke dalam serat berbentuk anyaman, rajutan

atau kain, kemudian memberi tekanan sekaligus meratakannya menggunakan rol

atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang

diinginkan tercapai. Setelah itu, membiarkannya mengeras pada kondisi atmosfir

standar. (ACMA, 2010).

Gambar 2.5. Proses Hand Lay-Up (ACMA, 2010)

Fraksi serat yang tinggi dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan

metode hand lay up dengan cetak tekan (press molding). Pada metode cetak tekan

pengontrolan fraksi volume dapat dilakukan dengan menggunakan stopper

(Prayetno, 2007).


commit to user

14

2.8. Densitas Komposit

Densitas suatu material merupakan perbandingan antara berat dan volume

dari material tersebut. Penentuan densitas komposit dapat dilakukan dengan cara

penimbangan. Penentuan densitas material komposit dengan penimbangan yaitu

dengan membandingkan berat material komposit itu di udara dengan berat

material komposit itu di air. (ASTM D 792)

Ww-aa.

WWw

c = ..........................................................................(2.1)

c : densitas komposit, gr/m3

w : berat jenis air, gr/m3

Wa : berat komposit di udara, gr

Ww : berat komposit di air, gr

2.9. Kajian teori kekuatan mekanik.

2.9.1. Kajian teori kekuatan bending.

Kekuatan bending pada suatu material diketahui dengan cara melakukan

pengujian terhadap material tersebut. Pengujian bending, bagian atas spesimen

akan mengalami tegangan tekan dan bagian bawah akan mengalami tegangan

tarik. Pengujian berdasarkan standar uji bending (ASTM D 6272).

Gambar 2.6. Pengujian four point bending komposit (ASTM D 6272).

Gambar 2.7. Rentang beban satu setengah dari rentang dukungan (ASTM D 6272)


commit to user

15

a. Untuk rentang beban satu setengah dari rentang dukungan:

Rentang beban satu setengah dari rentang dukungan menggunakan persamaan

(2.2) :

243bdPL

S = (2.2)

Dimana :

S = tegangan sepanjang rentang beban ( MPa)

P = beban yang diberikan pada suatu titik pada kurva beban-defleksi (N)

L = Jarak tumpuan (mm)

b = lebar spesimen (mm)

d = tebal spesimen (mm)

b. Modulus elastisita

Kekakuan suatu material komposit geopolimer dapat menggunakan

persamaan (2.3) :

3

317,0bd

mLE B = (2.3)

Dimana :

EB = modulus elastisitas bending, (MPa)

L = Panjang support span, (mm)

b = Lebar spesimen, (mm)

d = Tebal spesimen, (mm)

m = Kemiringan kurva tegangan-regangan.


commit to user

16

2.9.2. Kajian ketangguhan impak

Standar pengujian ketangguhan impak izzod untuk material komposit

adalah dengan ASTM D-5941. Ketangguhan impak dapat diketahui dengan

cara, terlebih dahulu dihitung energi yang diserap oleh benda (W) dengan

persamaan (2.4) :

W impak = W spesimen – W gesek

= – – –

= w.R (cos – (2.4)

Dimana :

W = Energi yang diserap benda (J).

w = Berat pendulum (N).

= m (kg) . g (m/s2)

R = Jarak dari pusat rotasi pendulum ke pusat masa (m).

= Sudut pantul lengan ayun dengan spesimen.

= Sudut naik awal lengan ayun.

’ = Sudut pantul lengan ayun tanpa spesimen

Perhitungan nilai kekuatan impak benda uji menggunakan persamaan (2.5):

bh

Wimpakui ´= ( J/m2 ) (2.5)

dengan :

h = Ketebalan benda uji (m).

b = Lebar benda uji (m).


commit to user

17


commit to user 17

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2. Bahan dan Alat Penelitian.

3.2.1. Bahan penelitian

Pada penelitian ini bahan yang digunakan antara lain :

a. Fly ash

Fly ash yang digunakan adalah dari limbah hasil pembakaran batu bara di

PLTU paiton

b. Resin Vinyl ester

Resin Vinyl ester yang digunakan adalah jenis Ripoxy R-802

c. Hardener.

Hardener yang digunakan jenis methyl ethyl ketton peroxide (MEKPO)

dengan penggunaan 2% dari volume resin total

d. Promotor

Promotor yang dipakai adalah jenis P-EX (campuran 60% 6% Cobalt

Naphthenate and 40% Dimethylaniline) dengan penggunaan 0,5% dari

volume resin

3.2.2. Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan komposit, yaitu:

a. Timbangan Digital

Timbangan digunakan untuk menimbang seberapa beratnya fly ash dan

komposit yang telah jadi.

b. Oven Listrik

Digunakan untuk mengeringkan fly ash agar kadar air pada fly ash

berkurang, dan juga untuk post cure pada komposit.


commit to user

18

c. Cetakan

Digunakan sebagai cetakan dalam pembuatan spesimen.

d. Gelas kaca dan pengaduk

Digunakan untuk tempat pencampuran resin, promotor, katalis, dan fly ash.

3.3. Alat Uji

Proses pengujian bending dilakukan dengan menggunakan mesin UTM

(Unversal Testing Machine) yang dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin FT

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Gambar 3.1. Mesin Uji UTM

Sedangkan untuk pengujian impak menggunakan alat uji impak izzod yang berada

di Laboratorium MIPA Pusat

Gambar 3.2. Mesin Uji Impak Izzod

3.4. Langkah kerja penelitian

3.4.1. Pengeringan fly ash

Sebelum fly ash dicampur dengan resin ripoxy terlebih dahulu dikeringkan

di dalam oven dengan suhu 105o selama 24 jam. Pemanasan tersebut dilakukan

untuk mengurangi kadar air dalam fly ash.


commit to user

19

3.4.2. Pencetakan spesimen.

Beberapa tahap yang dilakukan dalam proses pembuatan komposit :

1. Menyiapkan cetakan yang telah diberi stopper, stopper ini selain untuk

pembatas panjang juga berfungsi sebagai pemberi batas tebal panel komposit

yang akan dibuat.

2. Mengolesi cetakan dengan wax supaya spesimen mudah dilepas dari cetakan.

3. Mencampur resin ripoxy dengan promotor dengan komposisi yang telah

ditentukan 0.5% dari volume resin.

4. Kemudian resin ripoxy yang telah dicampur dengan promotor tersebut

ditambah katalis 2% dari volume resin.

5. Resin ripoxy yang telah tercampur dengan promotor dan katalis ditambahkan

fly ash dengan variasi 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% fly ash

6. Menuangkan campuran resin Ripoxy/promotor/hardener/fly ash kedalam

cetakan. diratakan dengan cara cetak tekan.

7. Kemudian menutup cetakan yang terlebih dahulu diberi lapisan astralon yang

telah diolesi dengan wax .

8. Memberi beban pada cetakan.

3.4.3. Post curing

Spesimen dilakukan post curing sebelum pengujian dimaksudkan agar pada

suhu dan waktu post curing dapat mengoptimalkan ikatan molekul-molekul rantai

polimer yang terpisah atau disebut crosslinking. Post curing dilakukan pada suhu

80oC selama 2 jam.

3.4.4. Tahap pengujian

Pengujian kekuatan impak

Proses pembuatan spesimen dilakukan dengan proses permesinan yaitu

dengan gerinda yang mengacu pada standar uji yang digunakan yaitu standar

ASTM D 5941. Setiap spesimen diberi label dengan catatan jenis variasi untuk

menghindari kesalahan pembacaan.


commit to user

20

h L

b

Gambar 3.3. Bentuk spesimen uji impak berdasar ASTM D 5941

Keterangan gambar :

A. L – Panjang Spesimen 80 mm

B. h – Tebal Spesimen 4 mm

C. b - Lebar Spesimen 10 mm

Pengujian kekuatan bending

Proses pembuatan spesimen dilakukan dengan proses permesinan yaitu

dengan gerinda yang mengacu pada standar uji yang digunakan yaitu berdasarkan

standar ASTM D6272. Setiap spesimen diberi label dengan catatan jenis variasi

untuk menghindari kesalahan pembacaan.

d L

b

Gambar 3.4. Tipe spesimen uji bending berdasar ASTM D6272

Keterangan gambar :

A. L : Panjang specimen : 73mm

B. b : Lebar spesimen : 12,7 mm

C. d : Tebal spesimen : 3mm

3.4.5. Pengolahan data

Data yang telah diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis yaitu

dengan melakukan perhitungan terhadap besarnya kekuatan bending dan impak

dari komposit Ripoxy-Fly ash. Hasil pengujian selanjutnya dapat disusun grafik

hubungan antara prosentase fly ash terhadap kekuatan bending dan impak.


commit to user

21

MULAI

Pengadaan material (Fly ash,resin ripoxy R-802,promotor,katalis,cetakan ) dan peralatan penunjang lainnya

Selesai

3.4.6. Diagram Alir

Gambar 3.5. Diagram alir penelitian

Penimbangan fly ash

Pengeringan Fly ash 1050 24 jam

Resin ripoxy R-802

Pengayakan serbuk fly ash dengan mesh 120 Penimbangan resin ripoxy R-802

Pembuatan cetakan dan pemberian wax pada cetakan

Pencampuran resin dengan promotor dan katalis

Campuran matrik ditambah dengan fly ash dengan prosentase 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% dari perhitungan volume total komposit

Pencetakan komposit

Post curing 800 C 2 jam

Pengujian : Impak dan bending

Analisa & SEM


commit to user

22

3.4.6. Jadwal Kegiatan

Tabel 3.1. Jadwal kegiatan.

NO KEGIATAN BULAN

1 2 3 4 5 6

1 Mencari referensi

2 Pembuatan proposal penelitian

3 Persiapan alat pembuatan komposit

4 Pelaksanaan penelitian

5 Pengambilan data

6 Analisa data

7 Hasil & kesimpulan penelitian

8 Pembuatan laporan

.


commit to user

23

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

4.1. Pengujian kekuatan mekanik

4.1.1. Kekuatan Bending komposit geopolimer Ripoxy – Fly ash

Kekuatan bending komposit geopolimer ripoxy-fly ash ditunjukkan pada

gambar 4.1. Komposit geopolimer ini, kekuatan bending juga dipengaruhi oleh

komposisi partikel fly ash. Penelitian menunjukkan penambahan jumlah fly ash

juga berpengaruh pada kekuatan bending dari komposit geopolimer, dan dapat

memperkecil kekuatan bending pada penambahan partikel fly ash dengan jumlah

yang banyak. Kumar (2010) meneliti penambahan fly ash untuk matriks

mengakibatkan peningkatan kekuatan mekanik.

Gambar 4.1. Kekuatan bending komposit geopolimer

.

Gambar 4.1. komposit dengan fraksi volume 0% sampai 20% fly ash

memiliki kekuatan bending yang meningkat hal ini dikarenakan, matrik memiliki

kemampuan yang baik untuk mengisi daerah antara butir. Fraksi volume 30%

hingga 60% kekuatan bending semakin menurun, dikarenakan semakin tinggi

fraksi volume partikel akan menyebabkan kurangnya kemampuan matrik untuk

mengisi daerah antar butir. Penurunan kekuatan dengan penambahan fly ash


commit to user

24

diyakini karena efek stres konsentrasi atau pembentukan antar muka yang lemah

(Candra, 2009).

Komposit geopolimer Ripoxy – fly ash menunjukkan kenaikan modulus

elastisitas bending pada komposisi ripoxy-fly as 80% : 20% yaitu sebesar 9,947

MPa, sedangkan pada penambahan fly ash 30%, 40%, 50%, 60% mempunyai nilai

modulus elastistas bending yang masing-masing 9,175 (MPa); 8,715 (MPa); 8,624

(MPa); 8,503 (MPa). Nilai modulus elastisitas bending sangat dipengaruhi

regangan elastisitasnya, semakin kecil regangan elastisitas yang terjadi dapat

dikatakan material itu semakin kaku.

Gambar 4.2. Hubungan modulus elastisitas bending dengan kandungan fly ash

( a ) 20% kandungan fly ash ( b ) 60% kandungan fly ash

Gambar 4.3 SEM pengujian bending komposit Geopolimer Ripoxy-fly ash

Fly ash Ripoxy

Fly ash

Ripoxy


commit to user

25

Gambar 4.3 (a), nampak bentuk permukaan patah komposit dimana pada

partikel fly ash dibonding, terlihat pada sisa matrik yang masih menempel pada

permukaan partikel fly ash yang terlepas dari matriknya. Kekuatan mekanik

komposit juga dipengaruhi adhesi antar muka antara matrik dan partikel fly ash

juga kemampuan matrik mengisi daerah antar butir (Chandra, 2009). Gambar 4.3

(b). menunjukkan permukaan patah matrik ripoxy dengan karakteristik material

yang mengalami kerapuhan karena keleluasaan kemampuan matrik untuk mengisi

daerah antar butir semakin kecil, hal ini menyebabkan menurunya daya ikatan

antar matrik. Pada kandungan 60% fly ash (v/v).

4.1.2. Ketangguhan impak komposit geopolimer Ripoxy-Fly ash.

Pengujian mekanis dilakukan pada semua variasi komposit ripoxy-fly ash.

Hasil pengujian diperoleh nilai kekuatan mekanis tertinggi pada kandungan fly

ash 40% dan mengalami penurunan pada penambahan fly ash 50% hingga 60%.

Energi impak meningkat disebabkan oleh peningkatan adhesi antarmuka dari

matrik dan partikel fly ash juga dikarenakan adanya kemampuan matrik mengisi

daerah antar butir.

Gambar 4.4. Hubungan Ketangguhan impak dengan kandungan fly ash pada

komposit geopolimer


commit to user

26

Gambar 4.4 terlihat dimana ketangguhan impak naik seiring penambahan

kandungan fly ash pada matrik murni kekuatan impak sebesar1.697,44 J/m2 dan

mengalami kenaikan kekuatan impak pada penambahan jumlah kandungan fly ash

10%, 20%, 30%, 40% yang masing-masing kekuatan impaknya 2.453,31 J/m2,

3.418,21 J/m2, 3.896,32 J/m2, 4,422 J/m2,

Kenaikan ketangguhan impak di pengaruhi jumlah kandungan fly ash

karena antar fly ash dan matrik terjadi interaksi fisik, dan juga kemampuan matrik

mengisi daerah antar butir lebih luas. Penurunan ketangguhn impak disebabkan

partikel tak terikat secara baik sehingga mengakibatkan penurunan kekuatan

impak, dan juga ikatan antar matrik yang lemah.

( a ) 40% kandungan fly ash ( b ) 60% kandungan fly ash

Gambar 4.5 SEM pengujian impak komposit Geopolimer Ripoxy-fly ash:

Gambar 4.5. terlihat penampang permukaan patah komposit ripoxy -fly ash

pada pengujian impak. Gambar 4.5 (a), nampak bentuk permukaan patah matrik

ripoxy menunjukkan karakteristik patah pada material komposit, terlihat juga

bagaimana matrik dapat mengisi daerah antar butir, dan adanya interaksi fisik dari

matrik dan partikel fly ash (Candra, 2009).

Gambar 4.5 (b), terlihat permukaan patah komposit menunjukkan

karakteristik material yang mengalami kerapuhan dan nampak juga perenggangan

Fly ash

Fly ash

Ripoxy Ripoxy


commit to user

27

ikatan antara ripoxy dengan fly ash. Pada kandungan 60% fly ash (v/v) terlihat

kandungan fly ash yang terlalu banyak sehingga ikatan antar matrik menjadi

lemah dan adhesi antara matriks dengan polimer berkurang (Chandra, 2009).

Rongga udara (void) juga terlihat pada kandungan 60% fly ash (V/Vf) yang dapat

mengakibatkan lemahnya kekuatan dari komposit. Sifat mekanik komposit

dipengaruhi fungsi dari ukuran partikel, dispersi, dan interaksi antara permukaan

filler partikel dan matriks polimer (Kumar, 2010).

Hasil kekuatan tertinggi dari pengujian bending dan impak berbeda untuk

tiap kandungan. Hal ini disebabkan perbedaan perlakuan pada pengujian.

Pengujian bending spesimen menerima beban secara bertahap, sedangkan pada

pengujian impak spesimen menerima beban kejut. Sehingga bisa dimungkinkan

untuk hasil maksimum yang dicapai dapat berbeda untuk tiap pengujian.

4.2. Hasil uji densitas komposit

Pengujian densitas menunjukkan penambahan serbuk fly ash akan

meningkatkan densitas dari komposit geopolimer. Densitas serbuk fly ash sendiri

ternyata lebih tinggi dari pada matrik ripoxy sehingga penambahan fraksi volume

serbuk fly ash juga akan meningkatkan densitas komposit (Gambar 4.4).

.

Gambar 4.6. Hubungan densitas komposit terhadap kandungan fly ash.


commit to user 28

BAB V

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Dari pembahasan hasil diatas dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai

berikut :

a. Kandungan fly ash 20% (v/v), komposit geopolimer ripoxy-fly ash memiliki

kekuatan bending tertinggi sebesar 91,93 MPa

b. Komposit geopolimer ripoxy-fly ash memiliki ketangguhan impak tertinggi

3,41 ( J/m2 ) pada kandungan 40% (v/v)

c. Analisa SEM menunjukkan bahwa matrik mampu mengisi daerah antar

butir, kandungan 20% (v/v) bending dan kandungan 40% (v/v) impak

5.2 SARAN

Dari hasil penelitian ini, lebih baik dapat dilanjutkan dengan penelitian

dan pengujian yang lainnya seperti uji tarik, uji bakar, dan pengujian-pengujian

lainnya, dapat juga dilakukan dengan penambahan penguat serat (fiber) sehingga

dapat melengkapi pengetahuan kita tentang kekuatan dari komposit geopolimer fly

ash – ripoxy.

pengaruh kandungan partikel terhadap kekuatan …/pengaruh... · terhadap kekuatan mekanik komposit...

Documents