PENGARUH PENAMBAHAN KATALIS TERHADAP SIFAT MEKANIS RESIN POLIESTER TAK JENUH Hendri Hestiawan, Jamasri, Kusmono Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No. 2 Yogyakarta e-mail :
[email protected]
Abstract The aim of this research is to investigate the effect of catalist addition on the mechanical properties of polyester resin. The research materials are unsaturated polyester resin Yukalac 157 BQTN-EX7 and catalist methyl ethyl ketone peroxide (MEKP). The specimen based on ASTM D638 standard for tensile test and ASTM D790M standard for flexure test. Research specimens varied in catalist cocentration are from 0.5 to 3% with changed every 0.5%. Manufacture of specimens use acrylic material with hand lay-up method. The tensile test showed that the addition of catallist cocentration resulted decrease in tensile and flexure strength after 1% catalist cocentration. The highest tensile and flexural strength was found for the catalist cocentration of 1%, i.e. 62 MPa and 132 MPa respectively. Macrostructure observation of the fracture surface of tensile test showed relatively flat and shiny indicating that polyester resin composites are brittle. Keywords: unsaturated polyester resin, catalist cocentration, hand lay-up, mechanical properties
1.
PENDAHULUAN
kemampuan cuaca sangat baik tetapi sifat
Polimer baik termoset maupun
tembus
termoplastik, keduanya cocok digunakan sebagai
matrik
untuk
cahaya
akan
rusak
dalam
beberapa tahun [2].
membentuk
Poliester tak jenuh merupakan
material komposit. Tingkat kemudahan
termoset yang banyak digunakan sebagai
membasahi serat selama proses produksi
matrik komposit dengan penguat dari
merupakan parameter yang penting untuk
serat alam selulosa [3]. Berthelot [4]
memperoleh ikatan yang baik antara serat
melaporkan bahwa resin ini banyak
dan matrik.
digunakan untuk aplikasi komposit di
Polimer termoset yang banyak digunakan
antara
lain
industri
dengan
pertimbangan
epoxy,
harga relatif murah, waktu curing cepat,
polyester, dan phenol [1]. Poliester
warna jernih, kestabilan dimensional
merupakan resin cair dengan viskositas
yang baik dan mudah penanganannya.
relatif rendah, mengeras pada suhu kamar
Davallo, et al. [5] melaporkan bahwa
dengan
resin poliester banyak digunakan di
penggunaan
resin
dunia
katalis
tanpa
menghasilkan gas sewaktu pengesetan dan tidak perlu diberi penekanan untuk pencetakan.
Secara
umum,
resin
industri perkapalan. Prasetyaningrum melaporkan
bahwa
resin
dkk
[6]
poliester
polyester tahan terhadap kelembaban dan
memiliki kekuatan mekanik yang baik
sinar UV apabila dibiarkan di luar,
dan didukung oleh harga yang lebih
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
1
ekonomis karena memiliki sifat-sifat
terbuat dari kaca, seperti terlihat pada
berupa: 1) gaya adhesi yang cukup baik,
Gambar
namun lebih rendah dari epoxy, 2)
menggunakan metode hand lay up pada
ketahanan yang baik terhadap panas,
temperatur
bahan kimia, asam, maupun basa, dan 3)
memvariasikan prosentase penambahan
membentuk komposit yang baik dengan
katalis mulai 0,5 hingga 3% dengan tiap
kayu, logam, serat gelas, plastik, dan
kenaikan katalis 0,5%.
1.
Pembuatan
spesimen
ruangan
dengan
serat alam. Di samping keunggulan yang dimilikinya,
poliester
juga
memiliki
kelemahan, antara lain: 1) nilai regangan lebih rendah dibandingkan resin epoksi, dan 2) sifat ketahanan nyala api dan ketahanan
panas
lebih
rendah
a)
Cetakan
dibandingkan resin phenolyc. Pemberian
bahan
tambahan
katalis pada resin poliester berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing [7]. Tujuan dari penelitian ini adalah
b)
Proses pencetakan
c)
Hasil pencetakan
untuk mengetahui pengaruh penambahan katalis terhadap kekuatan tarik dan bending resin poliester tak jenuh yang akan digunakan sebagai matrik komposit.
2.
METODE PENELITIAN Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini terdiri dari resin poliester tak jenuh 157 BQTN-EX dan katalis
Gambar 1. Proses manufacturing spesimen uji tarik
methyl ethyl ketone peroxide (MEKP). Semua bahan diperoleh dari PT. Justus Sakti Raya Semarang. Bahan cetakan terbuat dari akrilik dengan alas cetakan
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
2
61 30,5
P
3,2
12,8
51 Gambar 2. Spesimen uji bending standar ASTM D790M
Uji
tarik
menggunakan
standar
Apabila nilai kekuatan tarik ini
ASTM D 638, seperti terlihat pada
dibandingkan dengan spesifikasi standar
Gambar
tarik
yang dikeluarkan oleh pihak perusahaan
menggunakan Servopulser dengan
PT. Justus Kimia Raya, Jakarta terdapat
kapasitas
beban
Uji
pebedaan. Hasil uji tarik ini memberikan
bending
menggunakan
metode
nilai kekuatan tarik yang lebih baik
three point bending berdasarkan
sekitar 13% pada penambahan katalis
standar ASTM D 790M, seperti
1%.
ditampilkan pada Gambar 2. Mesin
dilakukan
uji bending menggunakan Torsee’s
penambahan
Universal dengan kapasitas beban
diperoleh kekuatan tarik poliester tak
5000 kgf. Pengujian dilakukan di
jenuh yang lebih tinggi, yaitu sebesar
Laboratorium Bahan, Departemen
50,7 MPa.
1.
Mesin
2000
uji
kgf.
Begitu
Teknik Mesin dan Industri FTUGM. 3.
juga
oleh
penelitian
Diharjo
1%
[8]
katalis
yang pada MEKP
Sementara Davallo et al. [5] melaporkan
bahwa
kekuatan
unsaturated
polyester
resin
tarik (UPR)
HASIL DAN
dengan 2% katalis MEKP adalah 63
PEMBAHASAN
MPa.
A.
kekuatan tarik yang hampir sama, tetapi
Sifat Tarik
Dari hasil uji tarik diperoleh hubungan
kekuatan
tarik
terhadap
Walaupun
diperoleh
hasil
penelitian ini menggunakan accelerator cobalt
sebesar
0,03%
untuk
penambahan katalis seperti terlihat pada
mempercepat reaksi antara UPR dengan
Gambar 3. Dari Gambar 3 terlihat bahwa
MEKP.
penambahan katalis setelah 1% secara umum menurunkan kekuatan tarik resin
B.
poliester tak jenuh. Kekuatan tarik
Dari hasil uji bending diperoleh
tertinggi diperoleh pada penambahan 1
hubungan kekuatan bending terhadap
% katalis, yaitu 62 MPa.
penambahan katalis seperti terlihat pada
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
Sifat Bending
3
Gambar 4. Dari Gambar 4 terlihat bahwa
spesifikasi standar yang dikeluarkan
hasil uji bending memberikan hasil yang
oleh pihak perusahaan PT. Justus Kimia
hampir sama dengan hasil uji tarik.
Raya, Semarang terdapat perbedaan.
Penambahan katalis setelah 1% secara
Hasil uji bending menunjukkan bahwa
umum menurunkan kekuatan bending
nilai
komposit resin poliester.
penambahan 1% katalis lebih tinggi
Kekuatan
bending
pada
tertinggi
sekitar 39% dibandingkan spesifikasi
diperoleh pada penambahan katalis 1%,
standar. Perbandingan kekuatan bending
yaitu 132 MPa. Apabila nilai kekuatan
dari beberapa penelitian yang telah
bending
dilakukan dapat dilihat pada Tabel 1.
ini
bending
kekuatan
dibandingkan
dengan
Gambar 3. Perbandingan kekuatan tarik terhadap penambahan katalis
Gambar 4. Perbandingan kekuatan bending terhadap penambahan katalis
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
4
Tabel 1. Kekuatan bending dari beberapa penelitian N o
Kat
alis (%)
Kekuatan Bending (MPa)
Penelitian
1
1
132
Hendri et al.
2
1,5
78
Davallo et al. [5]
3
1
88,48
Ibrahim et al. [9]
4
1,5
63,4
Nabinejad et al. [10] Shenoy dan Melo
5
C.
2
87
Foto Struktur Makro
[11]
menunjukkan bahwa spesimen bersifat
Hasil patahan uji tarik diamati
getas. Yuwono [12] melaporkan bahwa
struktur makronya untuk mengetahui
ciri-ciri patahan yang bersifat getas ialah
jenis patahan yang terjadi, seperti yang
permukaan
terlihat pada Gambar 5. Dari Gambar 5
mulus. Patahan getas ini dikarenakan
terlihat bahwa hasil patahan tidak
bahan yang digunakan dalam penelitian
mengalami pengecilan diameter dan
ini hanya menggunakan resin poliester
perpanjangan. Permukaan patahan relatif
dan katalis yang termasuk ke dalam
rata
jenis polimer termoset.
dan
mengkilap.
Hal
a)
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
ini
patahan
mengkilap
dan
b)
5
c)
d)
e)
f) Gambar 5. Foto makro patahan spesimen uji tarik
4.
Modification of Hemp, Sisal,
KESIMPULAN Berdasarkan
dan
Jute, and Kapok Fibers by
pembahasan di atas maka dapat diambil
Alkalization, Journal of Applied
kesimpulan bahwa penambahan katalis
Polymer Science, Vol. 84, pp.
MEKP di atas 1% dapat menurunkan
2222-2234.
kekuatan
tarik
dan
hasil
bending
resin
[2].
Surdia, T., dan Saito, S., 1999,
poliester tak jenuh dengan kekuatan
Pengetahuan
tarik dan bending tertinggi diperoleh
Cetakan
pada penambahan 1% katalis, yaitu
Paramita, Jakarta.
masing-masing sebesar 62 MPa dan 132
[3].
MPa.
Bahan
Keempat,
Mwaikambo,
L.Y.,
Teknik, Pradnya
Bisanda,
E.T.N., 1999, The performance of
cotton–kapok
fabric–
polyester composites, Polymer Testing, Vol. 18, pp 181–198.
DAFTAR PUSTAKA [1].
Mwaikambo, L.Y., & Ansell, M.P.,
2002,
Chemical
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
[4].
Berthelot, Composite
J.M.,
1999, Materials 6
Mechanical
[5].
Behavior
and
Faieza, A.A., 2012, Mechanical
Verlag, New York.
and
Davallo,
M.,
Pasdar,
Properties
of
Composites from Unsaturated
Mohseni, M., 2010, Mechanical
Polyester Filled with Oil Palm
Properties
Ash, Journal of Mechanical
of
Unsaturated
Polyester Resin, International
Engineering
Journal of ChemTech Research,
(JMES), Vol. 2, pp. 133-147. [10].
Nabinejad,
and
O.,
Sciences
Sujan,
D.,
Prasetyaningrum, A., Rokhati,
Rahman, M.E., Davies, I.J.,
N.,
2015, Effect of oil palm shell
Rahayu,
Serat
A.K.,
Proses Daun
2009,
Pembuatan agel
powder
untuk
on
Menghasilkan Komposit Serat
stability
dengan
composites,
Kualitas
Fisik
dan
Riptek, Vol. 3, No. 1, pp. 45 –
the
performance
Mekanik yang Tinggi, Jurnal
[8].
Thermal
H.,
Optimasi
[7].
Ibrahim, M.S., Sapuan, S.M.,
Structural Analysis, Springer-
Vol. 2, No. 4, pp. 2113-2117. [6].
[9].
mechanical
and of
thermal polyester
Materials
and
Design 65 (2015) pp. 823–830. [11].
Shenoy, M.A., Melo, D.J.D.,
50.
2007, Evaluation of mechanical
Bilmeyer Jr, F.W., 1984,
properties
Textbook
polyester-guar
of
Polymer
of
unsaturated
Science, 3rd Ed., John Wiley
gum/hydroxypropyl guar gum
& Sons, Inc.
composites, Express Polymer Letters Vol.1, No.9, pp. 622–
Diharjo, K., 2009, Kajian Sifat Fisis,
Mekanis
Komposit Sandwich Serat Kenaf Bermatrik Core
Polyester
Kayu
Sengon
dengan Laut,
Disertasi, Tidak Dipublikasikan, Universitas
628.
dan Akustik
Gadjah
Yogyakarta.
Teknosia Vol. III, No. 1, Maret 2017
Mada,
[12].
Yuwono, H. A., 2009, Buku Panduan Karakterisasi Material I
Pengujian
(Destructive Departemen
Merusak Testing),
Metalurgi
dan
Material FT- UI, Jakarta.
7
