BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Magnet

Magnet atau magnit adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnet- magnet kecil ini disebut magnet elementer. Pada logam yang bukan magnet, magnet elementernya mempunyai

arah

sembarangan

(tidak

teratur) sehingga efeknya saling meniadakan, yang mengakibatkan tidak adanya kutub-kutub magnet pada ujung logam. Setiap magnet memiliki dua kutub, yaitu: utara dan selatan. Kutub magnet adalah daerah yang berada pada ujung-ujung magnet dengan kekuatan magnet yang paling besar berada pada kutub-kutubnya (Siregar, Seri D. 2013). Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m 2 = 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu meter persegi (Theresya, 2014).

2.2

Pengertian Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang masih merasakan adanya gaya magnet. Jika sebatang magnet diletakkan dalam suatu ruang, maka terjadi perubahan dalam ruang ini yaitu dalam setiap titik dalam ruang akan terdapat medan magnetik. Arah medan magnetik di suatu titik didefenisikan sebagai arah yang ditunjukkan oleh kutub utara jarum kompas ketika ditempatkan pada titik tersebut.

Universitas Sumatera Utara

2.2.1 Momen Magnetik Bila terdapat dua buah kutub magnet yang berlawanan +m dan –m terpisah sejauh l, maka besarnya momen magnetiknya ( ⃑⃑ ) adalah: ⃑⃑ = mlrˆ

(2.1)

dengan ⃑⃑ adalah sebuah vektor dalam arah vektor unit rˆ berarah dari kutub negatif ke kutub positif. Arah momen magnetik dari atom bahan non magnetik adalah acak sehingga momen magnetik resultannya menjadi nol. Sebaliknya di dalam bahan-bahan magnetik, arah momen magnetik atom-atom bahan itu teratur sehingga momen magnetik resultan tidak nol. Momen magnet mempunyai

satuan

dalam cgs

adalah gauss.cm3 atau emu dan dalam SI

mempunyai satuan A.m2 2.2.2 Induksi Magnetik Definisi induksi magnet, Induksi magnet adalah kuat medan magnet akibat adanya arus listrik yang mengalir dalam konduktor. Adanya kuat medan magnetic disekitar konduktor berarus listrik diselidiki pertama kali oleh Hans Christian (Denmark, 1774 –1851). Jika jarum kompas diletakkan sejajar dengan konduktor itu dialiri arus listrik.Bila arah arus dibalik, maka penyimpangannya juga berbalik. Suatu bahan magnetik yang diletakkan dalam medan luar ⃑ ’ akan menghasilkan medan tersendiri ⃑ ’yang menigkatkan nilai total medan magnetic bahan tersebut. Induksi magnetik yang didefinisikan sebagai medan total bahan ditulis sebagai : ⃑

⃑+⃑’

(2.2)

Hubungan medan sekunder = 4 ⃑⃑ , satuan dalam cgs adalah gauss, sedangkan dalam geofisika eksplorasi dipakai satuan gamma (g) dan dalam SI adalah tesla (T) atau nanoTesla (nT). 2.2.3 Kuat Medan Magnetik Kuat medan magnetik disuatu titik adalah gaya magnetik yang dialami tiap satu-satuan kuat kutub magnet utara disuatu titik yang berada didalam medan magnetik magnet lain. Kuat medan magnetik yang disebabkan oleh arus listrik disebut dengan induksi magnetik.Kuat medan magnet pada suatu titik yang


berjarak r dari m1 didefinisikan sebagai gaya persatuan kuat kutub magnet, dapat dituliskan sebagai: ⃑

(oersted)

(2.3)

Dengan : F

= Gaya (Newton)

⃑

= Kuat medan magnet luar (Gauss)

m1,m2 = Kuat kutub magnet 1 dan 2 (Ampere meter) r1,r2

= Jarak titik ke kutub magnet

µ

= Permeabilitas ruang hampa (4 x 10-7 H/m)/udara (1 H/m)

(Afza,Erini. 2011). Macam – Macam Magnet

2.3

Berdasarkan sifat kemagnetannya magnet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu: 2.3.1 Magnet Permanen Suatu magnet permanen harus mampu menghasilkan fluks magnet yang tinggi dari suatu volume magnet tertentu, stabilitas magnetik yang baik terhadap efek temperatur dan waktu, serta memiliki ketahanan yang tinggi terhadap pengaruh demagnetisasi. Pada prinsipnya, suatu magnet permanen haruslah memiliki karakteristik minimal dengan sifat kemagnetan remanen, Br dan koersivitas intrinsik, Hc serta temperatur Curie, Tc yang tinggi. (Azwar Manaf, 2013) 2.3.2 Magnet Remanen Magnet remanen adalah suatu bahan yang hanya dapat menghasilkan medan magnet yang bersifat sementara. Medan magnet remanen dihasilkan dengan cara mengalirkan arus listrik atau digosok dengan magnet alam secara berulang-ulang. Bila suatu bahan pengantar dialiri arus listrik, besarnya medan magnet yang dihasilkan tergantung pada besar arus listrik yang dialirkan. Medan magnet remanen yang digunakan dalam praktek kebanyakan dihasilkan oleh arus dalam kumparan yang berinti besi. Agar medan magnet yang dihasilkan cukup kuat, kumparan diisi dengan besi atau bahan sejenis besi dan sistem ini

dinamakan electromagnet.

Keuntungan

electromagnet

adalah bahwa


kemagnetannya dapat dibuat sangat kuat, tergantung dengan arus yang dialirkan. Dan kemagnetannya dapat dihilangkan dengan memutuskan arus listriknya. (Afza, Erini. 2011).

2.4

Klasifikasi Material Magnetik

Material magnetik adalah material yang mempunyai sifat magnetik. Sifat magnetik adalah fenomena suatu bahan menarik atau menolak material lain yang berada di dekatnya. Berdasarkan nilai suseptibilitas material magnetik dibedakan

menjadi

3 yaitu diamagnetik, paramagnetik, dan ferromagnetik

(Theresya, 2014). 2.4.1 Diamagnetik Bahan diamagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas negatif dan sangat kecil. Sifat diamagnetik ditemukan oleh Faraday pada tahun 1846 ketika sekeping bismuth ditolak oleh kedua kutub magnet, hal ini memperlihatkan bahwa medan induksi dari magnet tersebut menginduksi momen magnetik pada bismuth pada arah berlawan dengan medan induksi pada magnet (Tipler, 1991). Bahan diamagnetik tidak mempunyai momen dipol magnet permanen. Jika bahan diamagnetik dibalik diberi medan magnet luar, maka elektron-elektron dalam atom akan berubah gerakannya sedemikian hingga menghasilkan resultan medan magnet atomis yang arahnya berlawanan. Sifat diamagnetik bahan ditimbulkan oleh gerak orbital elektron sehingga semua bahan bersifat diamagnetik karena atomnya mempunyai elektron orbital. Bahan dapat bersifat magnet apabila susunan atom dalam bahan tersebut mempunyai spin elektron yang tidak berpasangan. Dalam bahan diamagnetik hampir semua spin elektron

berpasangan,

akibatnya

bahan

ini

tidak menarik garis gaya.

Permeabilitas bahan diamagnetik adalah μ < μ0 dan susepbtibilitas magnetiknya < 0. Contoh bahan diamagnetik yaitu bismut, perak, emas, tembaga dan seng. ( J.D. Kraus, 1998). 2.4.2 Paramagnetik Material paramagnetik mempunyai nilai suseptibilitas positif di mana magnetisasi M paralel dengan medan luar. Material yang termasuk dalam paramagnetik adalah


logam transisi dan ion logam tanah jarang (rare-earth ions). Ion-ion ini mempunyai kulit atom yang tidak terisi penuh yang berisi momen magnet permanen. Momen magnet permanen terjadi karena adanya gerak orbital dan elektron (Theresya, 2014). Setiap elektron berperilaku seperti magnet kecil yang pada medan magnet memiliki salah satu orientasi yaitu searah atau berlawanan arah dengan medan magnet tergantung dengan arah spin elektron. Ketika tidak ada medan luar orientasi momen magnet acak, tetapi ketika medan luar diterapkan maka orientasi momen magnetik sebagian mengarah ke medan luar.

Gambar 2.1 Orientasi momen magnetik bahan paramagnetik (a) Tanpa adanya medan luar, (b) Dengan adanya medan luar (Theresya, 2014)

Dalam bahan ini hanya sedikit spin elektron yang tidak berpasangan, sehingga bahan ini sedikit menarik garis-garis gaya. Dalam bahan paramagnetik, medan B yang dihasilkan akan lebih besar dibanding dengan nilainya dalam hampa udara. Suseptibilitas magnet dari bahan paramagnetik adalah positif dan berada dalam rentang 10-5 sampai 10-3 m3/Kg, sedangkan permeabilitasnya adalah μ > μ 0.Contoh bahan paramagnetik : alumunium, magnesium dan wolfram (Theresya, 2014). 2.4.3 Ferromagnetik Ferromagnetik merupakan bahan yang memiliki nilai suseptibilitas magnetik positif yang sangat tinggi. Dalam bahan ini sejumlah kecil medan magnetik luar dapat menyebabkanderajat penyearahan yang tinggi pada momen dipol magnetik atomnya. Dalam beberapa kasus, penyearahan ini dapat bertahan sekalipun medan kemagnetannya telah hilang. Hal ini terjadi karena momen dipol


magnetik atom dari bahan – bahan ferromagnetik ini mengarahkan gaya-gaya yang kuat pada atom disebelahnya. Sehingga dalam daerah ruang yang sempit, momen ini disearahkan satu sama lain sekalipun medan luarnya tidak ada lagi. Daerah ruang tempat momen dipol magnetik yang disearahkan ini disebut daerah magnetik. Dalam daerah ini, semua momen magnetik disearahkan, tetapi arah penyearahnya beragam dari daerah sehingga momen magnetik total dari kepingan mikroskopi bahan ferromagnetik ini adalah nol dalam keadaan normal (Tipler, 1991).

2.5

Material Magnet Lunak dan Magnet Keras

Material magnetik diklasifikasikan menjadi dua yaitu material magnetik lemah atau soft magnetic materials maupun material magnetik kuat atau hard magneticmaterials. Penggolongan ini berdasarkan kekuatan medan koersifnya dimana soft magnetic atau material magnetik lemah memiliki medan koersif yang lemah sedangkan material magnetik kuat atau hard magnetic materials memiliki medan koersif yang kuat. Hal ini lebih jelas digambarkan dengan diagram histerisis atau hysteresis loop sebagai loop.

Gambar 2.2 Histeris material magnet (a) Material lunak, (b) Material keras

Gambar 2.2 menunjukkan kurva histeresis untuk material magnetic lunak pada bagian (a) dan material magnetik keras pada bagian (b). H merupakan medan magnetik yang diperlukan untuk menginduksi medan berkekuatan B dalam


material. Setelah medan H ditiadakan, dalam specimen tersisa magnetisme residual Br, yang disebut residual remanen, dan diperlukan medan magnet Hc yang disebut gaya koersif, yang harus diterapkan dalam arah berlawanan untuk meniadakannya. Magnet lunak mudah dimagnetisasi serta mudah pula mengalami demagnetisasi, seperti tampak pada Gambar 2.2 Nilai H yang rendah sudah memadai untuk menginduksi medan B yang kuat dalam logam, dan diperlukan medan Hc yang kecil untuk menghilangkannya. Magnet keras adalah material yang sulit dimagnetisasi dan sulit di demagnetisasi. Karena hasil kali medan magnet (A/m) dan induksi (V.det/m2) merupakan energi per satuan volume, luas daerah hasil integrasi di dalam loop histerisis adalah sama dengan energi yang diperlukan untuk satu siklus magnetisasi mulai dari 0 sampai +H hingga –H sampai 0. energi yang dibutuhkan magnet lunak dapat dapat diabaikan; medan magnet keras memerlukan energi lebih banyak sehingga pada

kondisi-ruang, demagnetisasi dapat diabaikan. Dikatakan, magnetisasi

permanen (Afza, Erini. 2011).

2.6

Magnet Komposit

Pengertian magnet komposit terdiri dari dua bahan yang berbeda yang digabung

atau

dicampur

secara

makroskopis.

Pada

umumnya

magnet

komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serbuk bahan magnet dan bahan pengikat serbuk yang disebut matrik. Magnet komposit ini dibuat dengan pencampuran serbuk bahan magnet dengan pengikat bahan bukan magnet, seperti semen portland, polimer, dengan komposisi yang diinginkan didalam alat pencampur (Karokaro, 2002). Pada serbuk magnet inilah yang akan menentukan karakterisasi dari magnet komposit, seperti sifat kekerasan, kekuatan serta sifat mekanik yang lainnya. Sedangkan jumlah elemen serbuk magnet didalam komposit akan sangat menentukan kekuatan medan magnet dari magnet komposit, karena banyak sedikitnya bahan pengikatnya akan mempengaruhi sifat magnet (LihJiun Yu, 2012). Pada magnet komposit, sifat-sifat struktur yang dibentuknya masih terlihat jelas. Pada magnet komposit dapat dibuat menjadi rigid atau elastis,


tergantung pada bahan campuran yang digunakan. Sifat-sifat yang dapat diatur

oleh perbandingan campuran adalah kekuatan dan kedap air. Apabila

bahan campuran pada magnet komposit yang bersifat elastis seperti karet alam, maka akan didapatkan magnet komposit yang bersifat elastis(Sudirman, 2002). Pada dasarnya magnet komposit yang memiliki sifat rigit mempunyai kelebihan dalam sifat mekaniknya yang tidak mudah pecah, sedangkan magnet komposit yang memiliki sifat elastis mempunyai kelebihan dalam sikap mekaniknya adalah memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Dimana keunggulan yang dimiliki oleh magnet komposit adalah pengabunggan dari sifatsifat unggul masing-masing pembentuknya(Hadi, 2000). Dengan sifat ferit yang dimiliki, menunjukkan bahwa sifat struktural dan magnetik nanocomposites tergantung pada baik isi ferit dan komposisi karet alam atau plastik di nanocomposites. Semua nanocomposites menunjukkan pertukaran bias seperti fenomena yang dihasilkan dari kopling pertukaran berputar pada antarmuka antara daerah inti magnet ferit dan keteraturan permukaan wilayah nanopartikel (Mokhtar, 2012)

2.7

Magnet Permanen Ferrit

Magnet permanen ferrit juga dikenal sebagai magnet keramik dikembangkan pada tahun 1950-an sebagai suatu hasil dari teori Stoner

–Wohlfarth yang

mengindikasikan bahwa koersivitas dari sistem pada partikel bidang tunggal sebanding terhadap anisotropi. Magnet ferrit yang banyak dipakai yaitu Barium

Ferrit

BaO.6(Fe2O3) disamping SrO.6(Fe2O3) dan PbO.6 (Fe2O3).

Magnet Ferrit mempunyai sifat mekanik yang kuat dan tidak mudah terkorosi. Disamping itu magnet ferrit mempunyai koersivitas yang tinggi dengan tingkat kestabilan yang tinggi terhadap pengaruh medan luar serta temperatur (Culity, 1972). 2.7.1 Barium Heksaferit Barium Heksaferit merupakan magnet keramik yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Barium Heksaferit memiliki beberapa keunggulan antara lain ketersediaan bahan bakunya yang melimpah dan pembuatannya yang relatif


mudah. Barium Heksaferit dapat disintesis dengan beberapa metode seperti kristalisasi gas, presipitasi hidrotermal, sol-gel, aerosol, pemanduan mekanik dan kopresipitasi (Tubitak,2011). Magnet keramik yang merupakan magnet permanen mempunyai struktur Hexagonal close-packed. Dalam hal ini bahan yang sering digunakan adalah Barium Heksaferit (BaO.6Fe2O3). Dapat juga barium digantikan bahan yang menyerupai (segolongan) dengannya, yaitu seperti stronsium (Ade Fathurohman, 2011). Material magnet oksida BaO(6Fe2O3) merupakan jenis keramik yang banyak dijumpai disamping material magnet lain, seperti SrO.6(Fe2O3) dan PbO.6(Fe2O3). Pengembangan material BaFe12O19 (M-type feritte hexagonal) sebagai bahan magnetik sangat dibutuhkan dalam berbagai bidang aplikasi, karena

memiliki karakteristik : temperatur Curie yang relative tinggi, nilai

koersifitas, saturasi magnetik dan anisotropi magnetik tinggi pula serta stabilitas kimia yang sangat baik (Simbolon, Silviana, 2013). Salah satu aplikasi material magnet permanen barium heksaferit yang menjadi perhatian saat ini adalah sebagai alat penyerap gelombang mikro (RAM). Hal ini karena sifat listrik dan magnetik dari material ferrimagnetik ini sangat mendukung dalam aplikasi tersebut, yaitu memiliki permeabilitas dan resistivitas yang tinggi. Material oksida magnet tersebut memiliki sifat mekanik yang sangat kuat dan tidak mudah terkorosi. Namun material tersebut sangat rentan terhadap proses perlakuan panas sehingga mempunyai pengaruh yang cukup signifikan dan memiliki dampak negatif terhadap sifat kemagnetan, tetapi proses ini tidak dapat dihindarkan dalam proses metalurgi serbuk untuk membuat magnet menjadi kuat dan dapat dimanfaatkan dalam teknologi (Simbolon, Silviana, 2013). Barium heksferit BaO.6Fe2O3 yang memiliki parameter kisi a = 5,8920 Angstrom, dan c = 23,1830 Angstrom memiliki srtuktrur kristal yang sama seperti namanya yaitu struktur heksagonal. Gambar struktur kristal barium heksaferit BaO.6Fe2O3 diperlihatkan pada Gambar 2.3


Gambar 2.3 Struktur kristal heksagonal BaO.6Fe2O3 [Moulson A.J, et all., 1985].

2.8

Unsur Pemadu Pada Aditif Ferro Boron

2.8.1 Besi (Fe) Besi adalah unsur kimia dengan simbol Fe (dari bahasa Latin: zat besi). Dan nomor atom 26 Ini merupakan logam dalam transisi deret pertama. Besi merupakan logam transisi yang paling banyak dipakai karena relatif melimpah dibumi. Ini adalah massa elemen paling umum di Bumi, membentuk banyak inti luar dan dalam bumi.

Gambar 2.4 Struktur Atom Unsur Besi


Besi juga diketahui sebagai unsur yang paling banyak membentuk dibumi, yaitu kira-kira 4,7 – 5 % pada kerak bumi. Kebanyakan besi terdapat dalam batuan dan tanah sebagai oksidasi besi, seperti oksida besi magnetit( Fe3O4). Dari mineralmineral bijih besi magnetite adalah mineral dengan kandungan Fe paling tinggi, terdapat dalam jumlah kecil. Sementara hematite merupakan mineral bijih utama yang dibutuhkan dalam industri besi.(Syukri, 1999).

Tabel 2.1 Informasi Dasar Unsur Besi/Iron Nama Unsur

Besi

Simbol

Fe

Nomor Atom

26

Massa Atom

55.548g/mol

Titik Didih

3143 K

Titik Lebur

1811 K

Struktur Kristal

BCC

Warna

Perak keabu-abuan

Konfigurasi Elektron [Ar] 3d6 4s2

2.8.2 Boron (B) Boron merupakan unsur yang sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor, dan sangat tahan terhadap panas. Boron dalam bentuk kristal yang sangat reaktif. Boron adalah unsur golongan 13 dengan nomor atom lima. Boron memiliki sifat diantara logam dan nonlogam (Semimetalik). Boron juga merupakan unsur metaloid dan banyak ditemukan dalam biji borax. Unsur ini tidak pernah ditemukan dialam bebas.

Gambar 2.5 Strukur Atom Unsur Boron


Tabel 2.2 Informasi Dasar Unsur Boron Nama Unsur

Boron

Simbol

B

Nomor Atom

5

Massa Atom

10.811 g/mol

Titik Didih

4200 K

Titik Lebur

2349 K

Struktur Kristal

Trigonal

Warna

Hitam

Konfigurasi Elektron [He] 2s22p1

2.9

Sillicone Rubber

Silicone rubber (SiR) adalah bahan yang tahan terhadap temperatur tinggi, yang biasanya digunakan untuk isolasi kabel dan bahan isolator tegangan tinggi. Sifat fisik bahan ini dapat diperbaiki dengan mencampurkan bahan pengisi seperti pasirsilika. Silicone rubber aman digunakan pada temperatur -55º sampai 200º C. Bahan ini memiliki hambatan yang baik terhadap ozone, korona, air, dan memiliki ketahanan yang baik terhadap alkohol, garam, dan minyak.(Asy’ari, 2008) Silicone rubber merupakan elastomer (sama halnya dengan material karet) polimer berupa silikon, dimana silikon tersebut mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen. Karet silikon banyak digunakan dalam industri dan beberapa formulasi. Karet silikon biasanya terdiri dari satu atau dua bagian polimer dan berisi pengisi untuk meningkatkan sifat atau mengurangi biaya. Karena sifat-sifat kemudahan pembuatan dan pembentukan, karet silikon dapat ditemukan dalam berbagai macam produk, termasuk aplikasi otomotif, memasak, bahan pengembang, dan penyimpanan produk (seperti penyimpan makanan, pakaian olahraga, alas kaki, elektronik, peralatan medis dan implan), dan dalam perbaikan rumah serta perangkat keras dengan produk seperti silikon sealants. Struktur kimia sillicone rubber yang terdiri dari suatu punggung silikon yang lebih fleksibel dibandingkan polimer lainnya. Jarak ikatan Si – O sekitar 1,64°A yang lebih panjang dibandingkan jarak ikatan C–C sekitar 1,5ºA yang banyak ditemukan pada polimer organik. Kemudian susunan ikatan Si–O–Si


(180° – �) – 143º lebih terbuka dibandingkan dengan ikatan tetrahedral biasa (~110°) yang berperan untuk meningkatkan keseimbangan, dengan demikian rantai mampu melakukan suatu bentuk yang rapat ketika dalam keadaan tergulung acak, dan rantai silikon yang terdapat gugus metil mampu meluruskan sendiri untuk bersekutu menghasilkan hidrofobik pada permukaannya. Silicone rubber memiliki sifat isolasi sangat baik seperti loss tangen (tan δ 3 – 3 x 103), konstanta dielektrik, εr = 2 – 4, tahanan jenis ρ = 1015 Ωm dalam keadaan tanpa bahan pengisi, tahanan terhadap cahaya pada daerah � > 300 nm gugus metilnya menyerap sinar dan stabil hingga suhu ≈ 250°C dengan mempertahankan sifat kenyalnya pada suhu rendah karena memiliki temperatur transisi gelas sampai 120°C (stabilitas termalnya panjang). Namun, dalam kaitan ini kekuatan mekanik silicone rubber tanpa bahan pengisi memiliki kekuatan yang rendah karena gaya antar molekulnya yang rendah. Untuk meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan, dapat ditambah bahan silika. Sedangkan untuk meningkatkan ketahanan erosi dan keretakan (tracking) dapat dikombinasikan dengan bahan pengisi dan jenis aluminatrihydrate. Dibandingkan dengan karet organik, karet silikon memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah. Bahan silikon ini juga sangat sensitif terhadap kelelahandari beban siklik. Karet silikon merupakan bahan yang sangat inert dan tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan kimia (Keller et al., 2007). Sifat-sifat fisik dan mekanik silicone rubber dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3.Sifat Fisik dan Mekanik Silicone Rubber Densitas (g/cm3)*1

0,8

T (℃)*2

-55 – 200

Kuat tarik (MPa)*3

4,4 – 9

Kuat tekan (MPa)*4

10 – 30

Hardness Vickers (VHN)*5 15 Sumber:*1Stuart, 2003;*2Asy’ari, 2008;*3Product Information Silastic 94-595 Liquid Silicone Rubber, 2002;*4Azom.com The A to Z of Materials, 2013; *5

Liquid RTV Silicone Rubber, 2013


Selama proses pembuatan silicone rubber, panas sangat diperlukan untuk vulkanisir (mengatur dan memperbaiki) silikon ke dalam bentuk seperti karet. Hal ini biasanya dilakukan dalam dua proses pada titik pembuatan ke dalam bentuk yang diinginkan. Dalam hal ini dapat dilakukan proses injeksi (injection molded). Pada suhu ekstrim, kekuatan tarik, elongasi, kekuatan sobek, dan kompresi dapat jauh lebih unggul daripada karet konvensional, meskipun relatif lebih rendah untuk bahan lainnya, sedangkan karet silikon merupakan salah satu pilihan jenis elastomer untuk lingkungan yang ekstrim (Keller et al., 2007).

2.10 Karakterisasi Material Magnet Untuk mengetahui sifat-sifat dan kemampuan suatu material maka perlu dilakukan pengujian dan analisis. Beberapa jenis pengujian dan analisis yang dibahas untuk keperluan penelitian ini antara lain : pengujian sifat fisis (densitas(true density dan bulk density)), analisa struktur dan ukuran diameter partikel menggunakan OM (Optical Microscope),analisa struktur kristal menggunakan alat uji XRD (X-Ray Diffraction), analisis sifat magnet dari mateial menggunakan VSM (Vibrating Sample Magnetometer), analisa perubahan fasa sampel bila diberi suhu tinggi menggunakan DTA/TG (Diferential Thermal Analysis/Thermogravimetric Analysis) dan pengujian kuat tarik sampel komposit yang dicampur dengan silicone rubber. 2.10.1 Densitas Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material atau densitas didefenisikan sebagai massa per satuan volum. Jika suatu bahan yang materialnya homogen bermassa m memiliki volume v, densitasnya ρ adalah: (kg/m3). Secara umum, densitas suatu bahan tergantung pada faktor lingkungan seperti suhu dan tekanan (Siregar, Seri D. 2013). Dalam pelaksanaannya kadang-kadang sampel yang diukur mempunyai ukuran bentuk yang tidak teratur sehingga untuk menentukan volumenya menjadi sulit, akibatnya nilai kerapatan yang diperoleh tidak akurat. Untuk menentukan rapat massa (bulk density) dari suatu bahan mengacu pada standar (ASTM C373).


Oleh karena itu untuk menghitung nilai densitas suatu material yang memiliki bentuk yang tidak teratur (bulk density) digunakan metode Archimedes yang persamaannya sebagai berikut: ` (2.4) Dimana : ρ = Densitas sampel (kg/m³) ρair

= Densitas air (kg/m³)

mk

= Massa sampel setelah kering (kg)

mb

= Massa sampel setelah direndam 3 menit di dalam aquades (kg)

2.10.2 XRD (X-Ray Diffraction) Sinar X merupakan gelombang elektromagnetik yang dapat digunakan untuk mengetahui struktur kristal dan fasa suatu dengan sudut datang sebesar ,maka sebagian sinar dihamburkan oleh bidang atom dalam kristal. Berkas sinar x yang dihamburkan dalam arah-arah tertentu akan menghasilkan puncak-puncak difraksi yang dapat diamati dengan peralatan X-Ray Diffraction (Cullity,1978). Fenomena interaksi dan difraksi sudah dikenal pada ilmu optik. Standart pengujian laboratorium fisika adalah untuk menentukan jarak antara dua gelombang dengan mengetahui panjang gelombang sinar, dengan mengukur sudut berkas sinar yang terdifraksi. Pengujian ini merupakan aplikasi langsung dari pemakaian sinar-X untuk menentukan jarak antar atom adalam kristal.


Gambar 2.6 Difraksi Bidang Atom Gambar 2.6 menunjukkan suatu berkas sinar X dengan panjang gelombang λ jatuh pada sudut θ pada sekumpulan bidang atom berjarak d. Sinar yang dipantulkan dengan sudut θ hanya dapat yang berdekatan, dan menempuhkan jarak sesuai dengan perbedaan kisi yaitu sama dengan panjang gelombang n λ. Menurut syarat terjadinya difraksi, beda lintasan merupakan kelipatan bilangan bulat dari panjang, sehingga hal tersebut dirumuskan W.L.Brag dengan : nλ = 2d sinθ

(2.4)

n = orde difraksi (n = bilangan bulat) λ = panjang sinar –X gelombang (m) d = jarak antar bidang (m) θ = sudut difraksi (o) Untuk mengetahui fasa dan struktur material yang diamati dapat dilakukan dengan cara sederhana, yaitu dengan cara membandingkan nilai d yang terukur dengan nilai d pada data standart. Data d standart dapat diperoleh melalui Joint Commitee On Powder Difraction Standart (JCPDS) atau dengan metode Hanawalt file. (Cullity,1978) 2.10.3 VSM (Vibrating Sample Magnetometer) Vibrating Sample Magnetometer (VSM) merupakan salah satu jenis peralatan yang digunakan untuk mempelajari sifat magnetik bahan. Dengan alat ini akan dapat diperoleh informasi mengenai besaran – besaran sifat magnetik sebagai akibat perubahan medan magnet luar yang digambarkan dalan kurva histeresis, sifat magnetik bahan sebagai akibat perubahan suhu, dan sifat-sifat magnetik sebagai fungsi sudut pengukuran atau kondisi anisotropik bahan.


Gambar 2.7 Peralatan VSM (Vibrating Sample Magnetometer) (P2F LIPI) Salah satu keistimewaan VSM adalah merupakan vibratorelektrodinamik yang dikontrol menggunakan arus balik. Sampel dimagnetisasi dengan medan magnet homogen. Jika sampel bersifat

magnetik,

maka medan magnet

akan

memagnetisasi sampel dengan meluruskan domain magnet. Momen dipol magnet sampel akan menciptakan medan magnet di sekitar sampel, yang biasa disebut magnetic stray field. Ketika sampel bergetar, magnetic stray field dapat ditangkap oleh coil. Medan magnet tersebar tersebut akan menginduksi medan listrik dalam coil yang sebanding dengan momen magnetik sampel. Semakin besar

momen magnetik, maka akan menginduksi arus yang semakin besar.

Dengan mengukur arus sebagai fungsi medan magnet luar, suhu maupun orientasi sampel, berbagai sifat magnetik bahan dapat dipelajari. Dalam penelitian ini, nilai magnetisasi diukur selain untuk mengetahui kemampuan magnetik nanosfer yang dihasilkan juga untuk mendapatkan informasi komposisi nanosfer. Karakterisasi sifat magnetik dengan VSM, data yang diperoleh dari karakterisasi sifat magnet berupa kurva histeresis dengan sumbu x merupakan medan magnet yang menginduksi sampel dalam satuan Tesla dan sumbu y merupakan magnetisasi sampel dalam satuan emu/gram. (Thresya,2014) 2.10.4

Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength)

Uji tarik adalah salah satu uji tegangan-regangan mekanik yang bertujuan mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dengan melakukan uji tarik kita mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material bertambah panjang. Bila kita terus menarik suatu bahan sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap berupa kurva. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Bentuk sampel uji secara umum digambarkan seperti Gambar 2.8 berikut :


Gambar 2.8 Uji tarik ASTM D 412 Tipe D Pengujian dilakukan sampai sampel uji patah, maka pada saat yang sama diamati pertambahan panjang yang dialami sampel uji. Kekuatan tarik diukur dari besarnya beban maksimum (Fmaks) yang digunakan untuk memutuskan atau mematahkan spesimen bahan dengan luas awal A0. Umumnya kekuatan tarik polimer lebih rendah dari baja 70 MPa. Hasil pengujian adalah grafik beban versus perpanjangan (elongasi). Tegangan (ζ) :

(2.5) Fmaks = Beban yang diberikan arah tegak lurus terhadap penampang spesimen (N) A0 = Luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan (m2) ζ = Enginering Stress (Nm-2) Regangan (ε):

(2.6) ε = Enginering Strain = Panjang mula-mula spesimen sebelum pembebanan Δl = Pertambahan panjang

Hubungan antara tegangan dan regangan dirumuskan:

(2.7) E = Modulus Elastisitas atau Modulus Young (Nm-2) ζ = Enginering Stress (Nm-2) ε = Enginering Strain

2.10.5 DTA/TG (Differential Thermal Analysis/Thermo Gravimetric) DTA merupakan salah satu metode analisis termal untuk mengukur perubahan kandungan panas (entalpi) suatu material terhadap suhu. Pada analisis DTA sampel dan pembanding diberikan kalor dengan jumlah yang tetap. Pada saat sampel mengalami perubahan termal, maka akan terjadi penyerapan atau


pembebasan panas, maka akan terjadi perubahan suhu. Perbedaan suhu sampel dan pembanding diukur secara kontinu seiring dengan waktu ∆T = Tsampel - Tpembanding

(2.8)

Kurva yang didapat merupakan plot antara suhu dengan perubahan panas. Pada proses endotermik (penyerapan panas) maka akan menyebabkan kurva membelok ke bawak (membentuk lembah), sedangkan pada proses eksotermik (pembebasan panas) akan menyebabkan kurva membentuk puncak (Daniels, 1973) Analisis TG berdasarkan pengukuran perubahan berat suatu material jika temperatur dinaikkan secar linear. Hasil yang didapat berupa kurva termogram temperatur dengan perubahan berat atau persen berat. Pengukuran dengan TGA umumnya digunakan untuk mengetahui suhu optimum pengeringan zat pada analisa gravimetri. Selain itu, analisis dengan TGA juga digunakan untuk memperkirakan reaksi dekomposisi yang berlangsung selama pemanasan. Pada penelitian ini, analisis DTA/TG digunakan untuk menentukan suhu kalsinasi serta ttransformasifasa pada hasil mixing (Daniels, 1973).


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents