PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME, TEMPERATUR DAN WAKTU POST-CURING TERHADAP KARAKTERISTIK TARIK KOMPOSIT POLYESTER PARTIKEL HOLLOW GLASS MICROSPHERES Irwan Nugraha Saputra 2109100100
Dosen Pembimbing : Putu Suwarta ST , MSc
Latar Belakang
Aplikasi
Rumusan Masalah
Bagaimana pengaruh penambahan variasi vol. fraksi HGM pada polyester terhadap kekuatan tarik komposit
Bagaimana pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing terhadap karakteristik tarik komposit dalam fraksi volume tetap
Tujuan
Menganalisa pengaruh penambahan variasi vol. fraksi HGM pada polyester terhadap kekuatan tarik komposit
Menganalisa pengaruh perbedaan temperatur dan waktu penahanan pada proses post-curing terhadap karakteristik tarik komposit dalam fraksi volume tetap
Batasan masalah
Temperatur pada proses pembuatan dan pengujian dianggap konstan yaitu 27⁰C Spesimen yang dihasilkan dari proses pencetakan dianggap baik (porositasnya < 2%) Holow Glass Microsphere yang digunakan memiliki komposisi dan dimensi yang sama
Dasar Teori Penguat
Matriks
Komposit
Matriks
Polymer matrix composite
Ceramic matrix composite
Metal matrix composite
Penguat
Serat Partikel Laminate Whisker
serat pisang, serat bambu hollow glass, calcium carbonat karbon fiber aluminium borate
Hollow Glass Microspheres
Polyester
Komposit partikel dengan matriks polymer
Polyester – HGM
Penambahan 25% fraksi berat HGM Katalis MEKP 0,85% dan Cobalt 0,03 % Post curing 52°C 4 jam , 63°C 5 jam Variasi dimensi butir HGM
Hasil Modulus Young meningkat
R. J. Cardoso dan A. Shukla , tahun 2002
HGM-polyester
J. S. Huang dan L. J. Gibson pada tahun 1992
Polyester-HGM D HGM 20µm , Dow Corning Z-6070 1%, katalis 1% , post-curing 40°C 2 hari Hasil kekuatan tarik optimal 10 % HGM, diatas 10% turun
Daniel Jung pada tahun 1997
Epoxy-HGM
Post curing 40°C16 jam, 50°C16 jam,60°8 jam Hasil kekuatan tarik optimal 5 % HGM, diatas 10% turun Modulus Young naik pada 5% & 25%
Peter Wong pada tahun 2012
Post Curing
Kurang sempurna pada temperatur kamar Post curing meningkatkan ikatan cross-linking komposit sehingga sifat mekanik meningkat (sebelum Tg)
SP-Systems
Diagram alir penelitian
Bahan
Alat 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
Timbangan digital Gelas ukur + sendok pengaduk Cetakan kaca Lilin malam Gerinda pemotong Plat baja Lem Epoxy Jangka sorong Heater (furnace) Mesin Uji Tarik Scanning Electron Microscope Zeiss EVO MA 10 Alat uji DSC
Variabel penelitian Kode nomor
Fraksi Vol.
Spesimen 01-03 51-53 101-103 151-153 201-203 251-253 301-303
HGM 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
Kode nomor Spesimen 60-3-1 - 60-3-3 60-5-1 - 60-5-3 90-3-1 - 90-3-3 90-5-1 - 90-5-3 110-3-1 - 1103-3 110-5-1 - 1105-3
Fraksi Vol. HGM
Temper atur Curing
27⁰C
Temperat ur Curing (°C) 60 90
15% 110
jumlah
Resin
HGM
3 3 3 3 3 3 3
(gram) 78.732 74.7954 70.8588 66.9222 62.9856 59.049 55.1124
(gram) 0 1.425 2.851 4.276 5.702 7.712 8.553
Waktu Curing (jam) 3 5 3 5
jumlah
3
3
5
3
3 3 3 3
Proses pembuatan Persiapan cetakan kaca Pelapisan permukaan kaca dengan wax Pengadukan campuran selama 30 menit Penuangan ke dalam cetakan Proses curing selama 24 jam Proses pemotongan komposit sesuai dimensi ASTM D3039-76
Data Hasil Penelitian
No 01 02 03 51 52 53 101 102 103 151 152 153 201 202 203 251 252 253 301 302 303
Fraksi vol. HGM 0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
σ UTS (MPa)
P (KN)
Δl (mm)
berat (g)
2.4 5.3 4.2 5.5 4.3 3.2 5.4 4.2 4.1 6 4.8 4 3.8 3.5 4.5 4 3.2 4 4.4 3.6 3.3
0.65 0.4 0.5 0.4 0.4 0.5 0.55 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6 0.4 0.35 0.4 0.5 0.4 0.4 0.35 0.3 0.3
75.77 76.21 70.88 68.31 65.67 67.52 63.44 63.84 62.62 59.76 60.51 60.15 56.68 57.54 56.88 54.55 53.68 54.5 52.39 53.71 51.14
Hasil 13.029 28.132 21.972 29.57 24.194 17.149 28.939 22.508 22.043 32.258 25.806 21.505 20.43 18.817 20.9 21.436 17.204 21.505 26.667 19.417 17.857
Rerata 21.22
23.28
24.5
26.52
21.12
20.05
20.57
ε (%) Hasil 0.181 0.111 0.139 0.111 0.111 0.139 0.153 0.139 0.139 0.181 0.139 0.167 0.111 0.097 0.111 0.139 0.097 0.111 0.097 0.083 0.083
Rerata
Mod. Young (GPA)
0.143
16.118
0.120
19.637
0.143
17.068
0.148
17.903
0.106
18.828
0.120
16.655
0.088
24.230
Skala 60 KN
21,22 26,52 Mpa 24,59 %
Peningkatan kekuatan
- HGM berbentuk bulat - Fungsi matriks polyester
HGM
Hasil foto makro
Hasil foto makro
Pola patahan
Crack Initiation
Getas
5% polyester
Hasil foto makro Pola patahan ulet
Pola patahan getas
10%
15%
Hasil foto makro
Crack Initiation Pola patahan
Pola patahan
Getas
Ulet
20%
25%
Hasil foto makro
Pola patahan Ulet
30%
Hasil SEM
POLYESTER
35x
200x
Hasil SEM Matrix Cracking
Penambahan 15% HGM
debonding
Void
35x
HGM yang rusak
500x
Hasil SEM
Penambahan 25% HGM
debonding
Void
35x
HGM yang rusak
500x
Pengujian DSC Polyester Tg 76,98°C
HGM
Tg 132,79°C
Pengujian DSC
Tg 96,29°C
Komposit dengan penambahan 15% fraksi volume HGM Tg
Komposit dapat bekerja pada temperatur lebih tinggi dibandingkan polyester
Hasil Komposit 15% HGM dengan perlakuan post-curing
No
Fraks temp i vol. (°C) HGM
σ UTS (MPa)
P (KN) Δl (mm)
waktu
Hasil
Hasil Rerata
0.4
23.333
4.5
0.5
22.189
60-3-3
4
0.5
21.367
0.138
60-5-1
4.9
0.5
27.041
0.166
4.4
0.5
23.965
60-5-3
4.2
0.45
22.580
0.124
90-3-1
5
0.5
26.205
0.138
5.5
0.4
29.569
5.1
0.5
27.868
0.138
5.5
0.55
29.100
0.180
6.1
0.6
32.795
90-5-3
6.3
0.5
33.871
0.138
110-3-1
3.7
0.6
19.210
0.166
4.2
0.6
22.653
110-3-3
3.9
0.4
21.241
0.110
110-5-1
3.5
0.7
18.004
0.194
3
0.5
15.822
3.6
0.45
19.354
60-3-2
60
60-5-2
60
90-3-2
90-3-3 90-5-1 90-5-2
110-3-2
110-5-2 110-5-3
90
3 jam
5 jam
3 jam
15% 90
110
110
5 jam
3 jam
5 jam
(GPA) Rerata
4.2
60-3-1
Mod. Young
ε (%)
0.110 22.30
24.53
27.88
31.92
21.04
17.73
0.166
0.138
0.110
0.166
0.166
0.138 0.124
0.129
17.224
0.134
18.297
0.129
21.534
0.153
20.925
0.148
14.216
0.152
11.618
Hasil foto makro komposit denganCrack perlakuan Initiation post-curing Pola patahan
Pola patahan
Pola patahan
Pola patahan
Getas
Ulet
Getas
Ulet
60° selama 3 jam
60° selama 5 jam
Hasil foto makro komposit denganCrack perlakuan Initiation post-curing Pola patahan
Pola patahan
Pola patahan
Pola patahan
Getas
Ulet
Getas
Ulet
90° selama 3 jam
90° selama 5 jam
Hasil foto makro komposit denganCrack perlakuan Initiation post-curing Pola patahan Ulet
110° selama 3 jam
Pola patahan Ulet
110° selama 5 jam
Pengujian DSC Komposit 15% HGM 60° - 3 jam Tg 98,07°C
Komposit 15% HGM 60° - 5 jam Tg 99,59°C
Pengujian DSC Komposit 15% HGM 90° - 3 jam Tg 103,88°C
Komposit 15% HGM 90° - 5 jam Tg 104,72°C
Pengujian DSC Komposit 15% HGM 110° - 3 jam Tg 105,06°C
Komposit 15% HGM 110° - 5 jam Tg 107,01°C
Grafik pengaruh temperatur dan waktu post-curing terhadap temperatur transisi (Tg)
Temperatur post-curing
Tg
http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/polymers/therm/therm.htm - Wu, C. S, “Influence of Post Curing and Temperature Effects on Bulk Density, Glass Transition and Stress-Strain Behavior of Imidazole-Cured Epoxy Network”, Journal of Materials Science 27, 1992: pp. 2952–2959.
Tg
Crosslink
- Tensile strength - Ketahanan terhadap abrasi - Meningkatkan modulusnya
Polymer Science Learning Center, The Macrogalleria , Department of Polymer Science, The university of Southern Mississippi, 2005 Clinton,
MA, Polymer Cross-Link , Rockbestos-Surprenant Cable , East Granby, 2003.
Grafik pengaruh temperatur dan waktu post-curing terhadap Percentage of Cure (%)
Enthalpy
Percentage cure
KESIMPULAN
1. Penambahan fraksi volume HGM 5%, 10%, dan 15% pada polyester dapat meningkatkan kekuatan tariknya. Kekuatan tarik maksimum sebesar 26,52 MPa didapatkan pada penambahan fraksi volume HGM sebesar 15%. 2. Penambahan fraksi volume HGM sebesar 15% pada komposit meningkatkan temperatur transisinya menjadi 96,29°C.
3. Post-Curing pada komposit dapat meningkatkan kekuatan tarik dan modulus elastisitasnya apabila sebelum melewati temperatur transisinya (Tg). Temperatur post-curing 90°C menghasilkan kekuatan tarik maksimum sebesar 31,92 MPa. 4. Waktu penahanan post-curing berpengaruh pada kekuatan tarik komposit. Waktu penahanan 5 jam menghasilkan kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan dengan waktu penahanan 3 jam apabila sebelum melewati temperatur transisinya (Tg).
SARAN
1. Perlunya peningkatan ikatan adhesi antara matriks dengan HGM untuk meningkatkan sifat mekaniknya. 2. Penelitian lebih lanjut bisa dikembangkan dengan menggunakan HGM dengan ukuran butir yang bervariasi.
TERIMA KASIH
