J. Mikroskopi dun Mikroanalisis VoL3 No.2 2000 /SSN /4/0-5594

PENGARUH KOMPOSISI FILLER TERHADAP STRUKTURMIKRODAN DENSIT AS KOMPOSIT POLIPROPILENA -P ASIR

Sudirmanl, Atoma K. K.I, Ari H.I, Bambang Sugengl, BethaZ daD Mashuriz

'P3/B-BATAN, Kawasan l'u.\'pipte/c. 'S'C:"P°ng, T(lngerall.l,' /53/-1, 8(lnt('11} ,h,ru,\'aI1 Fi,\'i/ca, FM/l'A-/7:S', ,r;'I/colilo, K('f'"tih .r;'II'(,h(~\'(1

ABSTRAK

PENGARUH KOMPOSISI FILLER TERHADAP STRUKTURMIKRO DAN DENSITAS KOMPOSIT

POLIPROPILENA -PASIR. Tl:luh dilukukun p~lI1buutun kulI1pusit bl:rbu!ii!i puliprupill:l1u dl:l1gul1 bcrhugui kull1pu!ii!ii pu!iir

sebagaifiller, Pasir dengan berbagai komposi!ii sebesnr 10.30.40.50 dan 70 % f'rnk!ii volume ditamhahkan kc dnlam pl)lipropilenu

dengan meftflow berbeda yaitu PP MF 2 dan PP MF 10. kemudian dicampur dengan metoda hlending, Komposit yang dipcrolch

selanjutnya dikarakterisasi struktunnikro (pengukuran XRD dan SEM) dan dianalisis densitasnya. Hasil karakterisasi menunjukkan

dari pengamatan struktunnikro (SEM) dimana daerah matriks mengalami dct'onnasi plastis atau ml:ngulumi rctukun tcrblU1)'uk dUll

pudu lillcrl1Yu tcrd~I'orll1asi clustis. Anulisi!i struktur dl:ngun XRD dan dl:n!iitu!il1)'n. dipcrl}lch buhwn PP Mr2 Ichih h:lik !ichllgui

m!ltriks komposit dihandingkan PP MFI 0,

ABSTRACT

THE EFFECT OF SAND CONTENT ON THE MICROSTRUCTURE AND THE DENSITY OF POI. YPROP\'.

LENE -SAND COMPOSITE. The sinthesis of composite hased on polypropylene \vith variation of tiller (sand) content has

been done with blending method, Volume traction of tiller were varied from 10 to 70 % in the polypropylene matrix \\'ith t\\o

diffcrcnt melt flow (PP MP 2 and PP MF 10), The microstructure of the composites \\"ere I:haracterized \\'ith XRD and SI~M and

the analysized of the density, The results showed plastic deformation on the matrix area and elastic deformation <In the liller. The

density of the composite based on PP MF 2 was higher than the composite hascd on PP MI: 10,

PENDAHULUANpembuatannya sehingga pcmakaian bahan tidak dapattahan lama. Untuk memperbaiki sifat fisik terse but

diperlukan pemilihanjenis polimer yang tepat dan pengisi

(filler) yang dapat memberikan day a hantar panas tinggi

sehingga mampu mengalirkan panas yang ditimbulkanoleh sistem (heat exchanger) dan secara mekanik lebih

kuat. Disamping itufiller akan mcmbcrikan sifat yang

variatifterhadap sifat bahan sehingga diperoleh sifat fisik

dan mekanik yang memenuhi persyaratan [2.5).

Pemilihan polimertermoplastikjenis polipropilena

(PP) sebagai matriks dalam komposit penelitian ini

dikarenakan polimer ini mudah diproses. titik leleh relatif

tinggi 180°C, densitas rendah dan temlasuk kclompok

yang paling ringan diantara bahan polinler. tahan korosi.

penghantar panas dan listriknya rendah. Dari sifut dan

biaya prosesnya relatif murah, mudah dipcrolch di

pasaran, serta dapat didaur ulang. Polipropilcnadigunakan secara luas untuk aplikasi seperti alat-alatkeperluan rumah tangga. pipa. komponen mobil (Clut()o

motive parts).lantai. dan peralatan militer [3.4.5]. Pemilihan

pasir sebagaifiller dalam penelitian ini diharapkan dapat

mengubah karakteristik bahan misalnya nlcningkatkan

sifat konduktivitas panas serta penyebarannya.

mengeraskan matriks dan membuatnya kaku. mengurangi

Komposit polimer merupakan komposit yangterdiri dari matriks berupa polimer clan dengan pengisi

(filler) dari bahan jenis lain sehingga komposit

mempunyai sifat paduan dari sifat bahan

pembentuknya[I]. Matriks adalah bahan dasar

pembentuk komposit yang mengikat pengisi dengantidak terjadi ikatan secara kimia [2J.

Produk komposit polimer banyak dikonsumsi oleh

masyarakat, sehingga mendorong dunia industri terkaituntuk memasarkan produk tersebut yang sebesar-

besamya, karena produk komposit polimer mempunyainilai yang lebih praktis dibandingkan produk komposit

non polimer [3,4]. Salah satu keunggulan sifat bahan

tersebut diatas, dapat digunakan sebagai bahan rancang

bangun. Pemilihan polimer sebagai bahan rancang

bangun perlu memperhatikan beberapa aspek, sepertikemampuan daya hantar panas, kekuatan mekanik (tahan

terhadap struktur deformasi, tak retak pada berbagai

regangan), kompatibel terhadap bahan dasamya (tidakmudah mengelupas atau lepas). ketahanan terhadap

abrasi, clan goresan [5,6].

Pad a pembuatan produk komposit polimer akan

mengalami berkurangnya sifat fisiknya dari matriks

polimer, akibat temperatur yang tinggi didalam proses

n

Pengaruh Komposisi Filter Terhadap Strukturmikro dun Densitas Komposit Polipropilena -Pasir (Sudirman 9 -13)

tegangan internal, mengurangi koefisien muai panas, dan

biaya produksi materialnya dapat ditekan [5,6]. Disampingitu sifat bahan berkaitan erat sekali dengan struktun'r1ikro

bahan itu sendiri.[7]

Pad a penelitian ini akan dilakukan pembuatan

bahan komposit-polimer yang diisi dengan pa~ir pada

berbagai fraksi volume yaitu 10, 30, 40, dan 50 %,

sehingga diharapkan diperoleh bahan alternatif dalam

bentuk komposit-polimer. Kemudian dilakukan

pengamatan strukturmikro dengan menggunakan alat

,C;canning Electron Microscope (SEM) dan analisisstruktur dengan XRD (X-ray Diffractometer).

2. BAHAN DAN TAT A KERJA

2.1. Baban

Polipropilena (PP) dengan variasi Melt FlowIndeks 2,0 dan 10. Bahan ini didapatkan dari PT. TRIPOL YT A INDONESIA, Tbk, Cilegon. Filler berupa Pasirdari PT. Pioner, Cikokol, Tangerang. Aceton danNitrogen cairo

2.2. Tata Kerja

Alat laboplastomil dibersihkan dahulu denganlarutan aceton guna menghindari impuritas saat sintesisbahan. Kemudian mencampur polipropilena (PP)melt flow 2 atau melt flow 10 dan pasir dalamlaboplastomill model 30R 150 buatan Toyoseiki & Copada suhu 180°C selama 10 men it. Kadar pasir yangdiberikan bervariasi yakni 10, 30, 40, dan 500/0. Setelahtercampur homogen, campuran PP MF (2 atau 10) pasirselanjutnya dibuat film dengan menggunakan pres panas(Hydraulic hot press) masing-masing pad a suhu 180°Cdan suhu kamar selama 5 menit, serta tekanan yangdiberikan 150 kg/cm2. Setelah dipres panas, alat cetakcetak film dimasukkan dalam alat pengepres dingin(Hydraulic press als /67'). Kemudian dilakukankarakterisasi meliputi : strukturmikro dengan pengukuranSEM (Scanning Electron Microscope) clan analisisstruktur dengan XRD (X-ray Diffratometer).

partikel pasir lebih mudah terikat oleh PP dan terse bar

lebih merata dalam matriks serta kemungkinan

terbentuknya aKKlomeration dan porositas kompositdapat dihindari. Selanjutnya lamanya proses

pemhlendinKan juga mempengaruhi prod uk hasil

pemprosesan. Diharapkan dengan mcningkatkan waktupemprosesan didapatkan yang Icbih baik, karena

kesempatan partikel pasir terse bar secara merata menjadilebih besar.

Hal lain yang perlu diperhatikan dalam pembuatan

komposit ini yakni proses pembekuan. Pemprosesanpolimer disertai pendinginan dari rasa cair ke rasa pad atuntuk mendapatkan kristalinitas yang baik. Profil

pendinginan menentukan derajat kristalinitas dan

tegangan internal sampai pengerutannya. Kristalisasiacapkali disertai pengerutan. Karena bagian luar cetakan

mendingin lebih dulu, maka bagian perrnukaan akan

mengkristal dan mengkerut dulu, memadat lebih dulu,

padahal bagian dalamnya masih leleh. PrO!iCSberlangsung makin ke bagian dalam, tetapi serentak makin

besar pula terjadi tegangan dalam bahan. Tegangan

tersebut dapat menimbulkan peronggaan dalam celakan

sehingga produknya tidak memenuhi syarat. Tegangan

dapat mengubah bahan menjadi berubah bentuk alaurusak. Walau tidak tampak. tegangan jelas dapal

memperlemah kekuatan bahan produk, !iehingga produk

dapat retak, mudah rusak, hila peringkat tegangan terrnal

intemalnya cukup linggi. Semua hallersebul dialas dapatdialasi dengan membual lapisan komposit yang lidak

terlalu tebal.

Faktor lain yang harus diperhatikan dalam

pembuatan polimer yaitu kelakuan viskoelastik bahan

polimer dimana bahan sampel mengalami pemelaran dan

relaksasi tegangan, pad a polipropilena gaya antar

molekulnya lemah dan dikonfigurasikan hanya oleh gay a

Van Der Walls. Kenaikan viskositas akibat kenaikan aksi

volume filler (pasir) perlu diperhatikan, mengingatviskositas ini berpengaruh pada sifat mampu alir dan

mampu bentuk komposit saat dicampur (mixin~) dan

Tabcl 1. Dcnsitas Komposit PP

bcrbagai komposisi

Pasir dalam

3. HASIL DAN PEMBAHASAN Jcnis Sampel p 'COril;' p """..".,

Pasir ...2.4())

PP MI' 2 -..().89f1I 0.11711

O.QO~), "4113

No

Analisis Proses Pembuatan Komposit3.I pp MF\o

i 1.95()<j. 1.6177

(}~148 II PPMI' IO-30%Pasir 1.3355 1.2~77

IPPMI'II)-40%Pa.~ir 1.4880 1.27K3

iPPMI'10-500/.Pasir 1.6405 1.4017

PPMI:I(}-7(}%Pa.~ir 1.9455 1.616l1

Dalam proses pembuatan bahan komposit polimerini melalui proses fisis yakni pelelehan, pembentukan,dan pembekuan. Pelelehan dilakukan dalam proses

blending dengan temperatur leleh, pembentukandilakukan saat sampel dicetak, dan selanjutnyapembekuan dilakukan dengan pendinginan.

Saat proses pencampuran (blending) pol i-

propilena dengan pasir dilakukan pacta suhu 180°Cselama 10 menit dengan kecepatan putar pengaduksebesar 30 rpm. Dengan menggunakan temperatur 180°Cdiharapkan tingkat swelling PP lebih baik sehingga

9.

13

10

J. Mikroskopi tan Mikroanalisis VoL3 No.2 2000 /SSN1410-5594

shaping viskositas hams dijaga sampai batas maksimumsifat mampu alir dan bentuk komposit masih baik. lnidapat dilihat dari basil densitas yang diperoleh sepertiTabell.

PP MF2 lebih besar daripada PP MFIO, oleh sebab ituketeraturan atom-atom pacta struktur molekulnya menjaditinggi sehingga viskositas lelehannya juga menjadi tinggi,sehingga sifat mekanik PP MF2lebih baik dibandingkan

denganPPMFIO.[8]3.2. Analisis Derajat Kristalinitas

Derajat kristalinitas mempengaruhi sifat daTipolimer sehingga dalam pembuatan bahan komposit ini,derajat kristalinitas daTi polipropilena MF2 clan MFIOakan dijadikan referensi dalam menganalisisnya

mengingat fungsi polipropilena sebagai matrikskomposit.

3.3. Pengamatan Strukturmikro Bahan Komposit

Gambar strukturmikro suatu bahan, berkaitandengan sifat daTi bahan itu sendiri. Gambar strukturmikrohasil pengamatan dengan alat SEM bahan kompositpolipropllena MF (2 atau 1 O)-pasir sebagai berikut :

2000 l [)~ S~X R1.1~L~ ~ 10

1500

1000

500

.,.,...

Gambar Difraktogram Sinar-X Polipropilena Melt Flow 2 Gambar 3. Foto SEM PP MF 2 dengan perbesaran 1010 kali

DIFRAKTOGRAM SINAR-X PP MF 2

1500

1000

V'~500

Gambar 4. Foto SEM PP MFIO dengan perbesaran 1010 kali

Polipropilena merupakan polimer semikristalinyang memiliki rasa kristal clan rasa amorf. Pada PP MF 2atau 10 memiliki bagian yang berkristal lebih besar

dibandingkan dengan bagian amorf, sehingga derajatkristalinitasnya juga akan semakin besar. BerdasarkanGambar 1 clan 2 di atas, secara kualitatif bahwa antaramatriks PP MF2 clan PP MFIO mempunyai perbedaanintensitas pada puncak difraksinya, walaupun tidak terlalubesar. Polipropilena melt flow 2 mempunyai derajatkristalinitas yang lebih besar daripada polipropilena meltflow 10, karena memiliki rasa kristalin yang lebih besardaripada rasa amorfsehingga polipropilena MF2 memilikimassa jenis yang lebih besar. Dengan adanya massajenis yang lebih besar mengakibatkan viskositas lelehan Gambar S. Foto SEM Komposisi PP (MF 2) 70%:30% Pasi

11

Pengaruh Komposisi Filter Terhadap Strukturmikro dun Densitas Komposit Polipropilena -Pasir (Sudirman 9 -13)

Gambar 6. Foto SEM Komposisi PP (MF 10) 70%:30% Pasir

menunjukkan orientasi selama arab penarikan. Saatperpatahan, partikel terlepas daTi matriks hat inimenunjukkan adisi antarafiller clan matriks kurang kuat.Hal ini akan sangat berpengaruh terhadap sifat termalclan mekanik bahan komposit yang ada.

Pada gambar 5 dan 6 komposisi fraksi volume pasir30%- 70% polipropilena, dimana polanya masih terlihathalus, merata, agak rapat clan nampak kompakdibandingkan dengan penambahan fraksi volume pasirlebih besar daTi 30%. Dengan penambahan komposisiprosentase fraksifiller pasir ke dalam komposit, komposisibutiran yang ada akan semakin besar, pola distribusibutiran semakin kasar, tidak merata, clan tidak kompak,hal ini disebabkan oleh adanya pengaruh polipropilena

yang cenderung menggumpal (agglomerates) clanmelekat homogen.

Pada saat dikenai gaya tarik akan terjadipemusatan tegangan. Karena polipropilena mengalamiregangan, bahan uji bertambah panjang clan terlihatdistribusi partikel semakin jarang. Pada saat tarikandilanjutkan sampai terjadi patah, maka daerah matriksyang mengalami deformasi plastis atau mengalami retakanterbanyak clan padafiller terdeformasi elastis, sehinggaakan mengakibatkan bahan komposit bersifat getas clanmudah patah seiring dengan penambahan prosentasefiller. Dengan penam bahan prosentase filler yang besar,maka sumber patahan yang ada semakin banyak.

Sehingga dengan penambahan regangan yang kecilsudah mengakibatkan terjadinya patahan. Hal tersebutakan nampak jelas terlihat pada foto SEM gambar 7clan 8, saatkomposisi fraksi volumefillerpasir 50%-50%

polipropilena.

Gambar 7. Foto SEM Komposisi PP (MF 2) 50%:50% Pasir

4. KESIMPULAN

Dari pengamatan strukturrnikro (SEM) dim anadaerah matriks mengalami deformasi plastis at aumengalami retakan terbanyak dan pacta fillernyaterdeforrnasi elastis, sehingga mekanisme penguatan olehfiller tidak tercapai sesuai dengan harapan.

Dari analisis struktur dengan XRD, diperolehbahwa PP MF2 lebih baik sebagai matriks kompositdibandingkan PP MFIO, dikarenakan dengan adanyamassajenis yang lebih besar mengakibatkan viskositaslelehan PP MF2 lebih kental daripada PP MFIO, olehsebab itu keteraturan atom-atom pacta struktur

molekulnya menjadi tinggi sehingga kompatibilitasterhadap pasir akan semakin besar.

Gambar 8. Foto SEM Komposisi PP (MFIO) 50%:50% Pasir

Gambar 3 clan 4 foto SEM di atas memperlihatkanstrukturmikro matriks polipropilena meltflow 2 clan meltflow 10 sebelum ditambahkanflilerpasir. Pada foto SEMGambar 3 clan 4 matriks tanpa pasir permukaan patahanpolipropilena sebagai satu rasa kontinyu yang tunggalsehingga memiliki tensile strength yang cukup tinggidan pada Gambar 5 sampai Gambar 8, matriks sebagairasa diskontinyu, clan terlihat pasir rata-rata berbentukangular, mempunyai ukuran rata-rata x 425 1m(U.S. ASTM Ell) yang terdistribusi pada matriks

polipropilena.Selanjutnya pada gambar 5 sampai 8 menunjukkan

pengisianfliler pasir pada matriks, dimana partikel pengisididorong keluar dari matriks polimer saat polipropilena

12

J. M;kroskop; dan M;kroanalis;s Vol.3 No.2 2000 ISSN 1410-5594

5. DAFT AR PUST AKA

[I}. J. P. HOLMAN, E. JASJFI, 'Perpindahan Kalor,edisi keenam', 1994, Jakarta, Erlangga.

[2}. X. LU, G. XU,J. of AppiedpolimerScience.1997,

65,2733-2738.[3}. SAITO, S., Terjemahan SURDIA, T.,' Pengetahuan

Bahan Teknik', 1995, Jakarta, PT. Pradnya Paramita.[4}. FILDMAN. ODREL, HARTONO. A. J., 'Bahan

Polimer Konstruksi Bangunan', 1995, Jakarta,Gramedia Pustaka Utama.

[5}. F.DANUSSO And G.TIEGI,Polymer, 1994,27,1385-1390.

[6}. Y. AGARI And T. UNO, J. of Applied Poo'mer

.~iencc. 1997,65.2733-2738.[7}. NT NYOMAN RUPTASIH, Pengaruh Behan

Pengisi patIo Sifat Mekanik Polimer. Tu~as Akhir,ITS, Surabaya.

[8}. BILLMEYER. FRIED W., Textbook of Polymer &i-ence, 1984, New York, Jhon Wiley and Sons.

[9}. I.H.TAVAMAN,Puwc./er7ec:hnulugy, 1997,91, 63-67.

13