Pengaruh Penamhahan Filler Jerami Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Komposit Berbasis Polipropilena (De.\"Wita)

PENGARUH PENAMBAHAN FILLER JERAMI TERHADAPSIFAT MEKANIK DAN TERMAL KOMPOSIT

BERBASIS POLIPROPILENA

Deswita, Aloma Karo Karo daD SudirmanPuslitbang Iptek Bahan(p3IB) -BATAN

Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15340

ABSTRAK

PENGARUH PENAMBAHAN FILLERJERAMITERHADAP SIFAT MEKANIKDANTERMAL KOMPOSITBERBASIS POLIPROPILENA. Pengaruh penambahan jerami sebagaifiller terhadap sifat mekanik clan termal komposit berbasispolipropilena telah dipelajari. Pembuatan bahan komposit tersebut dilakukan menggunakan Labo plastomill dengan caramencampurkan matriks polipropilena melt flow 2 (PPMF2) clan polipropilena melt flow 35 (pPMF35) dengan jerami padaberbagai persentase volume. Hasil pengujian cuplikan menunjukkan bahwa titik leleh bahan uji tidak memperlihatkan perubahanyang berarti. Sifat mekanik yang meliputi perpanjangan putus clan kekuatan tarik, komposit dengan matriks PPMF35 lebih baikdaTi pada komposit dengan matriks PPMF2 dimana kekuatan tariknya pada komposisi 30% jerami 226,88 kg/cm2. Sebaliknyauntuk kekuatan luluh keramik dengan matriks PPMF2 lebih baik dari pada PPMF35.

Kala kunci : Jerami, polipropilena, komposit

ABSTRACT

THE EFFECT OF THE HAYSTACK FILLER ADDITION TO THE THERMAL AND MECHANICALPROPERTIES ON THE POLYPROPILENE BASED-COMPOSITE. The influence of haystack addition as a filler to theterrnal and mechanical properties of the propylene based was done. The sintesis of the propylene based composite was made byLabo plastomill with maxing matrix (PP melt flow 2/35) with the haystack on several procentations. The results showed thad themelting point of the specimen do not show the significant change From the mechanical properties including elongation at breakand tensile strength of composite with PPMF35 matrix was better than that PPMF2 where tensile strength of 30% haystackcomposition about 226.88 Kg/cm2 .Where as for ceramic yield strength with PPMF2 matrix was better than PPMF35 matrix.

Key words: Haystack, polypropilena, composite

PENDAHULUAN

Pacta saat ini bahan produk komposit polimermenjadi salah satu a.ltematif untuk bahan penggantilogam. Komposit polimer adalah komposit denganmatriks daTi bahan polimer dengan bahan pengisi (filler)bahan jenis lain yang merupakan paduan daTi sifat -sifatbahan pendukungnya. Matriks adalah bahan dasarpembentuk bahan komposit yang mengikat pengisidengan tidak terjadi ikatan secara kimia [I].

Polimer merupakan gabungan daTi monomer-monomer, masih mempunyai beberapa kekurangan,seperti muai panas tinggi, tidak tahan mulur, dankekuatan rendah [2]. Kekurangan polimer dapat diatasidengan memodifIkasi bahan polimer menjadi komposit.Untuk ini dibutuhkan bahan pengisi yang dapatmempetbaiki sifat mekaniknya sehingga lebih kuat [3.4].

Polipropilena termasuk jenis bahan termoplastikyang merupakan polimer hidrokarbon linier yangdibentuk oleh monomer propilena. Polipropilena sebagaimatriks dalam penelitian ini dipilih karena polimer inimudah diploses, densitas rendah, tahan korosi dan dapat

didaur ulang. Bahan polipropilena ini banyak digunakansebagai pipa, alai -alai keperluan rurnah tangga, kabinettelevisi dan radio serta untuk suku cadang mobil [ 5,6].

Penambahan jerami sebagai bahan pengisi dalampenelitian ini diharapkan dapat mengubah ciri bahan,mengeraskan matriks daD membuat kaku serta dapatmenekan biaya produksi materialnya sehingga lebihekonomis. Bahan pengisi jerami berupa partikel yangdapat membentuk komposit partikel denganpolipropilena. Jerami juga merupakan bahan pengisiyang baik karena mempunyai struktur flSik yang berseratdaD buIu-buIu halus pada permukaannya sehingga dapatmemperkuat bahan polimer polipropilena. Ukuran partikelsangat berpengaruh terhadap sifat-sifat komposit,seperti keefektifan penguat dimana ukuran partikel haruslebih kecil dan tersebar secara merata dalam bahanmatriks. F raksi volume bahan pengisi partikel juga sangatmempengaruhi sifat mekanik [7,8].

Dan penelitian yang dilakukan ini diharapkandapat mempemaiki sifat polipropilena dengan lebih baik

225

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

sehingga menghasilkan komposit polimer yang lebihandal dan mempunyai sifat mekanik yang lebih baik sertadapat memanfaatkan limbah dari jerami yang acta dialam ini.

METODOLOGI

Bahan

Pada penelitian ini digunakan polipropilenadengan dua meltflow index (PPrv1F 2 dan PPrv1F 35) dariproduk PT. Tri Polyta Indonesia, Tbk, Cilegon. Jeramisebagai bahan pengisi berasal dari padi IR 46 dari desaKebon Sari Kec. Lumajang.

tekanan 150 kg/cm2 pada suhu 180°C selama 5 menit.Kemudian film didinginkan dengan menggunakan mesinkompaksi dingin (hydrauli c pre.\'s a/s 16 T) dengan beban5 ton, selama 3 menit.

Setiap komposit dibuat 7 buah dumbell denganalat dumbell dengan standar ASTM-D-1822-L. Tebaldumbell ditentukan dengan menentukan ketebalan di3 titik yang berbeda dengan menggunakan alatmikrometer dan whitlIng rata-rata dicatat sebagai d dalamjarak 1 cm (Lc) serta b sebagai lebar dari leher dumbell.Uji tank masing-masing dumbell dengan menggunakanmesin uji tarik.

Pengujian suat termal menggunakan differentialscanning calorimetre dengan menimbang :t 5,7 mgsampel dan dianalisis sampai temperatur 500°C

Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian iniadalah: neraca analitik, piknometer, Labo PlastomillToyoseiki 30 R 150 pada Laboratorium Proses Industri,P3TIR-BATAN, Mesin kompaksi panas (hydraulic hotpress) a/s 16 T, Alat micrometer (dial thickness gage),merk Mitutoyo (0,0 1-20mm), shock proof, Jepang, MesinUji Tarik Stograph R-I merk Toyoseiki, Jepang, MesinDumbell merk Dumbell Ltd, Saitana, Jepang,Differential Scanning Calorimeter Merk Dupont

Tipe9104.

BASIL DAN PEMBABASAN

Polipropilena merupakan jenis polimer yang

mempunyai densitas rendah (0,9'{)92 gicm3) dan titik leleh

164-175°C. Dari pengukuran massajenis dengan alatpiknometer didapatkan: p PPI\.1F2 = 0,8956 g/cm3 daD

p PPI\.1F35 = 0,8519 g/cm3 serta densitas darijerami

p jerami = 0,2953 gicm3.

Masa jenis dari polimer jauh lebih kecil dari logarn

(2,7-9 g/cm3) daD keramik (2,1-5,3 g/cm3) sehingga

dengan volume yang sarna didapatkan bahan yang lebih

ringan daD kuat.Tata Kerja

Ukuran butiran jerami diseragamkan dengan alatpengayak yang berukuran 40 mesh dengan mesinpengayak motorized sieve shaker. Penentuan massajenis jerami ditentukan dengan menimbang :t 0,0008 gramjerami, menimbang piknometer dan piknometer yang diisiair (P+ A) serta piknometer yang berisi air dan sampel(P+A+S), selanjutnya dihitung massajenis. (P= beratpiknometer, A= berat air, S= berat sampel).

Bahan komposit polipropilena-jerami ditimbang40 gram dan dibuat komposisi dengan persentase fraksivolume 10,20, 30, 40, 50 dan 70% serta masing-masingkomposisi tersebut diblending dengan menggunakanLabo Plastomill pada suhu 180°C. Hasil blending daTimasing-masing komposisi dibuat film denganmenggunakan alat cetak film dan dimasukkan ke dalammesin kompaksi panas (hydraulic hot pre.~.~) dengan

Hasil pengukuran massa jenis kompositpolipropilena-jerami dengan menggunakan alatpiknometer dapat dilihat pada Gambar 2 harga densitastertinggi komposit PPMF2 pada komposisi pengisi 50%.Untuk komposisi lebih besar' daTi 50%, massa jeniscenderung turun karena pada komposisi iniperbandingan volume polipropilena dan jerami sudahmelebihi barns maksimum (satu). Densitasjeramijauhlebih kecil dari polipropilena oleh sebab itu semakin besarjumlahjerami, maka densitas makin besar. Hal ini sesuaidengan hukum pencampuran komposit (rule of mixture)sebagai berikut:

P = p vc m' m

Keterangan: Pc = densitas komposit (gicm3)Pm = densitas matriks (gicm3)Pr = densitas pengisi (gicm3)V m = fraksi volume matriks (%)

226

.Prmr

Gambar 1. Dumbell untuk uji tarik dimana d=tebal rata-ratadumbell, b=lebar dari leher dumbell (3mm), Lo= panjang leherdumbell (daerah uji = lcm).

Pengaruh Penambahan Filler Jerami Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Komposit Berbasis Polipropilena (Deswita)

Data perpanjangan putus bahan kompositpolipropilena-jerami dapat dilihat pada Gambar 4 dandiketahui bahwa perpanjangan putus bahan kompositpolipropilena-jerami dengan PPMF2 dan PPMF35cenderung menurun. Penurunan harga perpanjanganputus yang nyata terdapat pada komposisi 0% sampai20% dan pada komposisi lebih besar daTi 20% nilaiperpanjangan putus mendekati konstan sebesar:tl,083 cm.

I h '; :',- -Ii 10!""""-~ ~ - I c 8 I ~'E' 6 c "

.!!.~ 4 -[ 2 L -

~ 0Q. .

V f = fraksi volume pengisi (%)

Analisis tennal dengan menggunakan difJrential.\'canning calorimetry bertujuan untuk mengetahui titikleleh dan suhu dekomposisi. Pada penelitian ini analisisdengan DSC sampai suhu 500°C karena titik leleh daripolipropilena antara 164-185 °C dan suhu dekomposisisekitar 450°C. Titik leleh mengambarkan pembahan rasadari padat menjadi cair tanpa mengalami pembahankomposisi dan suhu leleh mempakan suhu kritis dimanapolimer kehilangan kristalinitasnya secarakeselumhan [9].

Hasillengkap analisis termal dapat dilihat padaGambar 3, dan dapat disimpulkan bahwa titik lelehtertinggi pacta komposit PPI'v1F2 dengan komposisi 0%(polipropilena murni). Pada polipropilena nilai titik lelehdipengamhi oleh perbedaan angka alir (melt flow),semakin kecil angka alir maka viskositas semakin besar,kristalinitasnya semakin besar dan bahan bersifat plastissehingga titik lelehnya besar. Sedangkan pada kompositpolipropilena jerami, titik leleh lebih dipengamhi oleh

komposisi bahan pengisi.

..60 70lO 30 40 SO

Komposisijemm i(Yo)

I_PPMF2 _PPMF35 I

Gambar 4. Hubungan antara kompisisi pengisi dengalperpanjangan putus.

~ 166~~~l--~ S 165 -5 164 ] 163 162

~ 161i= 160

0 10 20 30 40 SO 60 70

Komposisijerami (0;.;

PPMF2 dan PPMF35 dengan komposisi pengisi0% perpanjangan putus mencapai maksimum karenapada komposisi ini bahan rnasih bersifat elastis sehinggamempunyai sifat mulur yang lebih besar dan masih ulet,sedangkan dengan penambahan komposisi bahan lebihbesar daTi 10% keuletan bahan mulai berkurang danrapuh serta ikatan antar permukaan matriks denganbahan pengisi menjadi lemah.

Data kekuatan luluh (yield strength) daTi bahankomposit polipropilena-jerami dapat dilihat pactaGambar 5, dimana Harga kekuatan luluh tertinggikomposit polipropilena-jerami pada PPMF2 dengankomposisi pengisi 10% dan pacta PPMF35 dengan

komposisi pengisi 0%, sedangkan dengan penambahankomposisi pengisi harga kekuatan luluh konstan pactaangka nol, hal ini disebabkan karena bahan kompositpolipropilena-jerami pada komposisi diatas 10% sudahmenjadi bahan yang bersifat plastis oleh sebab itudengan penambahan komposisi pengisi maka akanmeningkatkan sifat mekanis daTi bahan.

I a. -"-',, I-

Gambar 3. Hubungan antara komposisi bahan pengisi dantitik leleh.

300 T.] ,-, 2S0 t-oE ~ 200'§ ~ ISO

t~ oiJ 100~ C SO~ 0

i

i" ,'!,; " ..

I

0 10 20 30 40 50 60 70 I

\ Komposisi jerami (%) II 1-+ " -.ow", I I

Gombar 5. Hubungan antara komposisi pengisi terhadapbesamya kekuatan luluh

Pada komposit PPMF35 titik leleh tertinggi padakomposisi 10% jerami dan perubahan titik leleh yangterjadi tidak nyata sehingga suhu tidak mempengaruhititik leleh komposit yang perubahannya hanya I°C.

Jika komposit PPMF2 dibandingkan denganPPMF3 5, titik leleh PPMF2 cendrung lebih rendah daTiPPMF35, ini dikarenakan PPMF2 mempunyai beratmolekul yang lebih besar dai PPMF35, sehingga ketikadilakukan pencampuran dengan bahan pengisi susunanmolekul yang mula-mula teratur menjadi tidak teratur(amorf) dan banyak rantai molekul polimer yang putusserta untuk melelehkan bagian yang tidak teraturtersebut tidak membutuhkan temperatur yang tinggi.

Pengujian sifat mekanik daTi bahan kompositpolipropilena-jerami dilakukan dengan menggunakanmesin uji Strograph R-I. Hasil pengukuran digunakanuntuk mengetahui perpanjangan putus, kekuatan luluhdan kekuatan tarik.

Perpanjangan putus (elongation at break)

mempunyai pengertian sebagai pertambahan panjangdari bahan uji oleh karena beban ~narikan sampai sesaatsebelum bahan uji mengalami perpatahan dan jugamenyatakan keuletan suatu bahan [10,11 ]

Kekuatan tarik (Tensile strength) suatu bahanadalah kekuatan tarik daTi bahan uji untuk menerima

227

Prosiding Pertemuan llmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN1411-2213

beban tanpa menjadi rusak atau putus [10,11]. Datakekuatan tarik dari bahan komposit polipropilena-jerarnidapat dilihat pada Gambar 6 dan diketahui bahwa

[4]. SAITO, S., Terjemahan Surdia, T., PengetahuanBahan Teknik, PT Pradnya Paramita, Jakarta,

(1995).[5]. KNNETH, R, Koros; UntukMahasiswa Sains don

Rekayasa, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta,

(1991).[6]. JOHN.P.SIBILIA, A Guide to Materials

Characterizations and Chemical Analisys, VCH,

NewYotK, (1996).[7]. Y ANA MELIANA, Pengaruh Coupling Agent

Terhadap Sifat Mekanik Polipropilena yangdiperkuat oleh Serat Gelas, Simposium NasionalHimpunan Polimer Indonesia, Jakarta, (1995).

[8]. ERIC A. GRULKE, Polymer Process Engineering,PTR Prentice Hall, A ParamounthCommunications Englewood Cliffs, New Jersey,

(1994).[9]. M. YUSUF SAMAD,N.M. SURDIA, Identijikasi

Polipropilena (PP) , Polietilena(PE), sertacampurannya dengan cora fisik (titik leleh,parameter kelarutan, don rapat massa),Departemen kimia, ITB.

[10]. MARK S.M. Alger, Polymer Science Dictionary,Elsevier Applied Science, London and New York,

(1990).[11]. Annual book of ASTM Standards, 08.01,

Designation: D 638-82a. Standard Test Methodfor Tensile Properties of Plastics.

-r'el~

I":.:

1~ m,1 I

Gambar 6. Hubungan antara kekuatan tarik dengan komposisijerami

kekuatan tank tertinggi untuk komposit PPf\.1F2 pactakomposisi jerami 0% dimana dengan penambahan bahanpengisi, kekutan tarik dari komposit ini cenderung turun,hal ini dikarenakan viskositas PPMF2 lebih besardibandingkan PPf\.1F35 sehingga ikatan antar bahanpengisi jerami dengan matriks tidak kuat maka kuat tarikdari bahan dengan penambahan akan semakin kecil.

Pacta komposit PPf\.1F35 harga kekuatan tanktertinggi terjadi pacta komposisi jerami 30%, hal inidimungkinkanjuga oleh suat PPf\.1F35 yang lebih uletdimana viskositasnya lebih rendah dari PPf\.1F2 sehinggadengan penambahan bahan pengisi akan memperbaikikekuatan tarik dari PPf\.1F35.

KESIMPULAN

DaTi penelitian yang telah dilakukan dapat

disimpulkan bahwa :-Penambahan konsentrasi jerami tidakmempengaruhi perubahan titik leleh dari bahan komposit

polipropilena-jerami.-Perpanjangan putus, pacta komposisi 10% jeramikomposit PPMF2 persentase penurunan perpanjanganputusnya lebih besar dibandingkan komposit PPMF3 5.Sedangkan pacta kekuatan luluh terjadi sebaliknya.Untuk kekuatan tarik PPMF35 lebih baik dibandingkomposit PPMF2, pacta komposisi 30% jerami kekuatantarik 226,88 kg/cm2.

DAFTARPUSTAKA

[1]. NI NYOMAN RUPIASIH, Pengaruh BehanPengi.\'i pada Sifat Mekanik Polimer, TugasAkhir, ITS, Surabaya, (1993).

[2]. HARTONO, AJ, Bahan Polimer Konstruk.\'iBangunan, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta,(1995).

[3]. X.LU.G.XU, Them1ally Conductive Polymer Com-posites for Electronic Packaging, Journal ofAppied Polymer Science, 65, (1997),2733-2738.

228

3002S0

200ISO

100SO

0