Kajian efek-efek termo-mekanik dari main chain liquid crystal elastomer (MC-LCE) sebagai fungsi konsentrasi cross-linker

FARIKHAH, Irna, Yusril Yusuf, S.Si., M.Si., D.Eng

2010 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Liquid Crystal Elastomer (LCE) adalah soft material yang memiliki dua kombinasi dari liquid crystal (mesogen) dan sifat elastik dari jaringan-jaringan polimer. Gabungan kedua sifat tersebut dapat menjadikan LCE diprediksikan dapat dimanfaatkan sebagai otot buatan. Ada dua tipe LCE yaitu Side Chain Liquid Crystal Elastomer (SC-LCE) dan Main Chain Liquid Crystal Elastomer (MC-LCE). Telah dilakukan penelitian pada SC-LCE. Berdasarkan hasil penelitian, efek-efek dari SC-LCE masih relatif kecil sehingga dibutuhkan tipe LCE lain agar memperoleh efek-efek yang lebih besar sehingga lebih tepat diaplikasikan pada otot buatan. MC-LCE adalah salah satu tipe LCE yang diprediksikan lebih tepat digunakan sebagai otot buatan. Penelitian tentang efek-efek termo-mekanik pada Main Chain Liquid Crystal (MC-LCE) ini di fokuskan pada empat konsentrasi cross-linker yang berbeda yaitu 8%, 12%, 14% dan 16%. Saat suhu meningkat, panjang MC-LCE yang sejajar dengan arah director (sumbu x) menyusut (kontraksi). Sedangkan panjang MC-LCE yang tegak lurus dengan arah director (sumbu y) bertambah (ekspansi). Panjang MC-LCE berubah secara drastis di sekitar suhu transisi nematik isotropik, Tni [ MC-LCE~8,12,14 dan 16 secara berturut-turut adalah 84ºC, 95ºC, 97ºC dan 98ºC. Saat suhu-suhu inilah terjadi kontraksi maksimum maupun mapun ekspansi maksimum. Kontraksi dan ekspansi maksimum semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konentrasi cross-linker. Kontraksi maksimum MCLCE~8,12,14 dan 16 secara berturut-turut adalah (82,5%), 86%, (86,5%) dan 90%. Ekspansi maksimum MC-LCE~8,12,14 dan 16 secara berturut-turut adalah 28%, 30%, (30,5%) dan 32 %. Jadi berdasarkan hasil di atas dapat diketahui bahwa nilai kontraksi maksimum lebih besar dari pada ekspansi maksimum. Shape anisotrophy adalah bagian dari efek-efek termo-mekanik pada MCLCE. Shape anisotrophy semakin kecil saat pemanasan. Nilainya mencapai nol. Sebaliknya shape anisotrophy akan semakin besar saat pendinginan. Nilainya mencapai 0,37. Ada efek termo-mekanik lain yang dihasilkan pada penelitian ini. Efek itu berkaitan dengan volume. Secara umum, meningkatnya konsentrasi cross-linker diiringi dengan meningkatnya volume. Nilainnya dari 6 % sampai 17%.

Liquid Crystal Elastomer (LCE) is a soft material that containing liquid crystals and elastic polymer tissues. With the combination of these two features, the LCE has been predicted could be used as artificial muscle. There are two types of LCE, that are, the Side Chain Liquid Crystal Elastomer (LCE-SC) and Main Chain Liquid Crystal Elastomer (MC-LCE). There had been research on the SC-LCE. Based on its result, the effects of SC-LCE was still relatively small so that we need another type of LCE in order to obtain the larger effects to be applied on artificial muscle. MC-LCE LCE is one of LCE type that has been predicted more appropriate to be applied as artificial muscle. This research of the thermo-mechanical effects on the Main Chain Liquid Crystal Elastomer (MC-LCE) was focused on four different cross-linker concentrations, that are, 8%, 12%, 14% and 16%. As the temperature increased, the length of the MC-LCE which is parallel to the direction of director (axis x) decreased (contraction). While the length of the MC-LCE which is perpendicular to the direction of director (y axis) increased (expansion). The length of the MC-LCE was changed drastically around nematik isotropic transition temperatures - Tni [MC-LCE ~ 8,12,14 and 16] are 84oC, 95oC, 97oC dan 98oC respectively. Either maximum concentration or minimum expantion were occur when these temperatures had been applied. Contraction and expansion minimum increased along with increasing of cross-linker concentration. The maximum contractions of MC-LCE ~8,12,14 and 16 are (82.5%), 86% (86.5%) and 90% respectively. Maximum expansion of MC-LCE ~8,12,14 and16 are28%,30%,(30%)and32% respectively. Thus, based on the results the maximum concentration value is greater than the maximum expansion value. Shape anisotrophy is a part of the thermo-mechanical effects on the MC-LCE. It was decreased when it had been in heating proccess. The value reached zero. Conversely the anisotrophy shape was increased when it had been in cooling proccess. The value reached 0.37. There was other thermo-mechanical effect resulted in this research. That effect are related to volume. In general, the increasing of cross-linker concentration was accompanied by increasing of the volume. The values were ranging from 6% to 17%.

Kata Kunci : Main Chain Liquid Crystal Elastomer (MC-LCE), Efek-efek termo-mekanik, Fungsi konsentrasi cross-linker