STUDI SIFAT FISIK DAN SIFAT MEKANIK KOMPOSIT EPOXY-ZIRCONIA

Yohanes Suyoko, Ir. M. Waziz Wildan, M.Sc., Ph.D.,

2012 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Komposit didefinisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih material berbeda pada skala makroskopis menjadi material baru dengan sifat yang tidak dapat dicapai material penyusunnya. Komposit partikulat terdiri dari fasa matrik yang diperkuat dengan fasa dispersi dalam bentuk partikel. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh partikel zirconia dalam matrik epoxy terhadap kekuatan tarik, kekuatan bending, ketangguhan retak, ketangguhan impak, keausan dan densitas relatif dari komposit epoxy-zirconia. Material yang digunakan pada penelitian ini adalah epoxy sebagai matrik dan zirconia sebagai penguat. Resin epoxy DGEBA DER331 diperoleh dari DOW Chemical England. Partikel zirconia diperoleh dari Goodfellow Cambridge Ltd UK. Hardener tipe 2,4,6-Tris(Dymethylaminomethyl)phenol 95% diperoleh dari Sigma-Aldrich England. Sebelum digunakan, serbuk zirconia dipanaskan pada 100°C selama 2 jam. Komposit dibuat dengan variasi jumlah serbuk zirconia sebesar 0, 10, 20 dan 30% fraksi berat yang dicampur dengan epoxy-hardener dengan perbandingan berat 98 : 2. Setiap komposisi dari epoxy dan serbuk zirconia dicampur dengan pengaduk mekanik pada 800 rpm dan 80°C selama 1 jam. Pada kondisi masih diaduk, hardener ditambahkan pada menit terakhir. Campuran diletakkan pada bejana vakum selama 1 menit untuk menghilangkan gelembung udara kemudian campuran dituang pada cetakan aluminium. Cetakan yang berisi campuran selanjutnya diproses curing pada oven bersuhu 80°C selama 1 jam. Proses post-curing dilakukan pada 120°C selama 2 jam. Spesimen selanjutnya di uji tarik, uji three point bending, uji ketangguhan retak, uji impak Charpy, uji keausan dan uji densitas. Struktur mikro dan permukaan patah diamati dengan foto digital, mikroskop optik dan SEM. Hasil pengujian menunjukkan bahwa pada penambahan 10% fraksi berat zirconia diperoleh nilai optimum pada kekuatan tarik, flexural strength, flexural modulus, ketangguhan impak dan keausan spesifik masing-masing 83,69 MPa, 138,86 MPa, 3641,66 MPa, 3,84 kJ/m2, dan 2,3 x 10-7mm2/kg. Ketangguhan retak dan densitas relatif komposit menurun pada setiap penambahan fraksi berat zirconia.

Composites can be defined as a combination of two or more materials that differ in macroscopic scale to produce a new material with properties that are not attainable with their constituent materials. Particulate composites consist of a matrix reinforced with a dispersed phase in form of particles. This research aims to investigate the influence of zirconia particles in an epoxy matrik on the tensile strength, bending strength, fracture thoughness, impact toughness, abrasiveness and relative density of epoxy-zirconia composites. Materials used in this research were epoxy as matrix and zirconia as reinforcement. Epoxy resin (with a code of DGEBA DER 331) was obtained from DOW Chemical England. Zirconia particles was obtained from Goodfellow Cambridge Ltd UK. Hardener with a type of 2,4,6-Tris (Dymethilaminomethyl) phenol 95% was purchased from Sigma Aldrich England. Prior to use, the zirconia powder was heated up at 100° C for 2 hour. Composites were produced with various amount of zirconia powder of 0, 10, 20 and 30%wt mixed with 98:2 epoxy-hardener weight ratio. Each composition of epoxy and zirconia powder was mixed and stirred mechanically with 800 rpm at 80°C for 1 hour. During that stirring, the hardener was added at last minute. The mixture was then placed in a vacuum chamber for 1 minute to remove the bubble, and it was followed by pouring the mixture into an aluminium mould. The mould with the mixture contents were cured in an oven at 80°C for 1 hour. Post curing of the composites was performed at 120°C for 2 hour. The specimens were then examined using tensile test, three-point bending test, fracture toughness test, Charpy impact test, abrasive test and density test. The microstructures and fracture surfaces were observed using digital photograph, optical microscope and Scanning Electron Microscope. The result shows that composites with 10 wt% of zirconia was found to be the optimum values in tensile strength, flexural strength, flexural modulus, impact toughness and specific abrasion i.e., 83.69 MPa, 138.86 MPa, 3,641.66 MPa, 3.84 kJ/m2 and 2.38 x 10-7mm²/kg, respectively. The fracture toughness and relative density of the composites were decreased with increasing of zirconia contents.

Kata Kunci : komposit, epoxy, zirconia