## PENGARUH KOMPOSISI PENGISI SERTA TEKANAN HOT PRESS TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT POLIESTER BERPENGISI PARTIKEL ZINC OXIDE (ZnO)

## THE EFFECT OF FILLER LOADING AND PRESSURE OF HOT PRESS ON TENSILE STRENGTH OF ZINC OXIDE FILLED POLYESTER COMPOSITES
Hamzah Arifin Sinambela*, Maulida Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jalan Almamater, Medan, 20155, Indonesia
*Email: hamzah.a.sinambela@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh penambahan pengisi zinc oxide (ZnO) dan tekanan hot press terhadap kekuatan tarik dan karakteristik Scanning Electron Microscope (SEM) komposit  poliester  berpengisi zinc  oxide (ZnO).  Komposit  disediakan  dengan  poliester  sebagai matriks, katalis yang digunakan metil etil keton peroksida (MEKPO) dan dicampur dengan zinc oxide (ZnO) sebagai pengisi dengan penambahan komposisi zinc oxide (ZnO) 0%; 1%; 3%; 5%; dan 7% (b/b) yang  dicetak dengan alat hot press dengan variasi tekanan 50 psi, 75 psi, 100 psi, 125  psi  dan  150  psi.  Komposit  yang  telah  dicetak  kemudian  dilakukan  uji  kekuatan  tarik  dan pengujian  karakteristik Scanning  Electron  Microscope (SEM).  Hasil  kekuatan  tarik  terbaik ditemukan pada penambahan 3% ZnO (b/b) pada tekanan 150 Psi dengan kekuatan tarik 54 MPa. Karakterisasi SEM menunjukkan permukaan putus yang lebih kasar yaitu pada penambahan 3% ZnO pada tekanan 150 psi karena pembasahan yang baik antara matriks dan pengisi ZnO.
Kata kunci : hot press, poliester, komposit, kekuatan tarik, zinc oxide

## Abstract
The aim of this research was to determine the effects of filler loading and pressure of hot press on tensile strength of zinc oxide (ZnO) filled polyester composites. The Composites were prepared by using  polyester  as  the  matrix,  methyl  ethyl  ketone  peroxide  (MEKPO)  as  the  catalyst.  The composites were filled by the zinc oxide at 0%; 1%; 3%; 5%; and 7% were molded by hot press with  pressure  variation  of  50  psi,  75  psi,  100  psi,  125  psi and  150  psi.  Composites  have  been molded,  then  tested  for  the  characteristics  Scanning  Electron  Microscope  (SEM)  and  tests  of tensile strength. The best result of tensile strength, impact and flexural were found on the addition of  3%  ZnO  at  a  pressure  of  150  psi  with  a  tensile  strength  of  54  MPa.  SEM  characterization showed  a  rougher  surface is  breaking  up  on the  addition  of  3%  ZnO  at  a  pressure  of  150  psi because had a good wetting between matrix and filler ZnO.
Keywords : hot press, polyester, composites, tensile strength, zinc oxide

## Pendahuluan
Saat  ini,  penggunaan  polimer  di  dunia industri  berkembang  sangat  pesat.  Hal  ini disebabkan  karakteristik  polimer  yang  ringan, murah,  tahan  korosi  dan  memiliki  suhu pengolahan yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan bahan logam atau keramik. Secara  umum,  polimer  dicampur  dengan  bahan lain untuk mendapatkan karakteristik yang lebih baik,  yang  dikenal  sebagai  material  komposit. Untuk meningkatkan karakteristik yang diinginkan dalam polimer seperti kekuatan,
kekakuan, dan ketahanan api, perlu ditambahkan suatu pengisi.
Komposit  adalah  bahan  yang  terdiri  dari campuran  atau  kombinasi  dari  dua  atau  lebih unsur  utama  yang  berbeda  dalam  bentuk  dan  / atau  komposisi  material  yang  pada  dasarnya tidak dapat dipisahkan. Keuntungan dari material komposit  dibandingkan  dengan  logam  adalah ketahanannya  terhadap  korosi  atau  pengaruh lingkungan  dan  beberapa  jenis  komposit  lebih baik  dalam  hal  kekuatan  dan  kekakuan  [14]. Komposit  partikel  merupakan  komposit  yang
menggunakan  partikel  sebagai  penguatnya  dan terdistribusikan secara merata dalam matriksnya. Bahan  komposit  partikel  terdiri  dari  partikel- partikel yang diikat oleh matriks.
Resin  poliester  adalah  resin  yang  paling banyak digunakan dalam berbagai aplikasi resin termoset.  karena  resin  ini  mudah  didapat, harganya  relatif  terjangkau  dan  yang  terpenting mudah  dalam  proses  fabrikasi.  Jenis  resin poliester  yang  biasa  digunakan  sebagai  matriks komposit adalah poliester yang tidak jenuh, yaitu termoset yang dapat menjalani proses curing dari fase  cair  menjadi  fase  padat  ketika  perlakuan yang tepat diterapkan [2].
Seng Oksida merupakan senyawa anorganik  berbentuk serbuk putih, hampir tidak larut  dalam  air.    Biasanya  banyak  digunakan sebagai  aditif    ke  dalam  berbagai  bahan  dan produk termasuk plastik, keramik, kaca, semen, karet  dan  pelumas.  Keuntungan  penggunaan ZnO misalnya adalah harganya murah, persediaan  di  alam  dalam  jumlah  yang melimpah,  struktur  kimia  stabil,  mudah  untuk mempersiapkan,  dan  tidak  beracun  [10].  Seng oksida  banyak  dikembangkan  karena  sifat-sifat uniknya seperti fotokatalitik, elektrik, optik, dan antibakteri [5].

## Teori
Komposit adalah suatu material yang terdiri dari  campuran  atau  kombinasi  dua  atau  lebih material  dimana  sifat  material  tersebut  berbeda bentuk  dan  komposisi  kimia  dari  zat  asalnya [11].  Umumnya,  sifat  komposit  akan  menjadi lebih  baik  ketika  dilakukan  penggabungan material  [8].  Komposit  juga  dapat  dikatakan gabungan  antara  bahan  matrik  atau  pengikat yang  diperkuat.  Bahan  material  terdiri  dari  dua bahan  penyusun,  yaitu  bahan  utama  sebagai pengikat dan bahan pendukung sebagai penguat. Bahan  penguat  dapat  berbentuk  serat,  partikel, serpihan atau dapat berbentuk yang lain [9].
Dalam  struktur  komposit,  bahan  komposit partikel  tersusun  dari  partikel–partikel  disebut bahan komposit partikel ( particulate  composite ). Partikel  ini  berbentuk  beberapa  macam  seperti bulat,  kubik,  tetragonal  atau  bahkan  berbentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi rata–rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel pada umunya  lebih  lemah  dibanding  bahan  komposit serat.  Bahan  komposit  partikel  mempunyai keunggulan,  seperti  ketahanan  terhadap  aus, tidak mudah retak dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik [15].
Bentuk  (dimensi)  dan  struktur  penyusun komposit  akan  mempengaruhi  karakteristik komposit, begitu pula jika terjadi interaksi antara penyusun akan meningkatkan sifat dari
komposit. Dibanding dengan material konvensional, bahan komposit memiliki  banyak keunggulan,  diantaranya  memiliki  kekuatan yang  dapat  diatur,  berat  yang  lebih  ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi,  dan  tahan  terhadap  keausan.  Pada umumnya  dalam  proses  pembuatannya  melalui pencampuran  yang  homogen,  sehingga  kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit  yang  kita  inginkan  dengan  mengatur komposisi dari material pembentuknya [9]. Komposit terdiri dari penguat ( reinforcement ) dan pengikat (matriks). R einforcement adalah  salah  satu  bagian  utama dari komposit yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Bahan penguat  ( reinforcement )  biasanya  kaku  dan tangguh  [7].  Bahan  penguat  yang  umum digunakan adalah jenis partikel, serat serat alam, serat karbon, serat gelas dan keramik [9]. Matriks berfungsi  untuk  menjaga  reinforcement  agar tetap  pada  tempatnya  di  dalam  struktur, melindungi  filamen  dalam  struktur,  membantu distribusi  beban,  mengendalikan  sifat  elektrik dari  kmia  komposit,  serta  membawa  regangan interlaminer.  Matriks  yang  paling  sering digunakan  adalah  logam,  polimer,  dan  keramik [6].
Pada  suatu  komposit  terdapat  suatu  fasa antarmuka,  dimana  fasa  antarmuka  ini  dapat menentukan sifat mekanik suatu komposit. Fasa antarmuka  merupakan  kawasan  yang  paling tinggi  menerima  tegangan  selama  dikenakan beban dari luar. Peranannya adalah memindahkan tegangan dari partikel ke partikel melalui  matriks.  Pada  ikatan  antarmuka  yang kuat,  pemindahan  beban  atau  tegangan  akan berlaku efektif, sebaliknya pada ikatan antarmuka yang lemah, partikel akan terurai dari matriks  apabila  tegangan  yang  diterima  lebih besar daripada ikatan antarmuka. [3]
Metil etil keton peroksida (MEKPO) adalah suatu bahan kimia yang dikenal dengan sebutan katalis.  Katalis  ini  termasuk  senyawa  polimer dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis  adalah  mempercepat  proses  pengerasan (curing)  pada  bahan  matriks  suatu  komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan  matriks  akan  mempercepat  proses  laju pengeringan, tetapi akibat mencampurkan katalis terlalu  banyak  adalah  membuatan  komposit menjadi  getas.  Penggunaan  katalis  sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya [4].

## Metodologi Penelitian Bahan Baku dan Peralatan
Material  yang digunakan  yaitu poliester tak jenuh  yang  dicampur  dengan  metil  etil  keton peroksida  (MEKPO)  sebagai  katalis  yang diperoleh  dari  PT  Justus  Kimia  Raya,  Medan Indonesia. Seng Oksida yang digunakan berasal dari CV. Rudang Jaya. Alat  yang  digunakan  meliputi  mesin hot press, neraca  elektrik, beaker  glass, batang pengaduk, cetakan.

## Prosedur Pembuatan Komposit
Proses pembuatan komposit diawali dengan menimbang massa matriks poliester dan partikel ZnO yang di inginkan dengan perbandingan 0%, 1%,  3%,  5%  dan  7%.  Kemudian  dilakukan pencampuran  matriks  dengan  pengisi  sesuai dengan perbandingan ke dalam wadah. Pada alas cetakan diberikan pelicin gliserin. Pada campuran  matriks  dan  pengisi  ditambahkan katalis  MEKPO  sebagai  pengeras  dengan perbandingan  2%  dari  berat  matriks.  Kemudian campuran dituangkan ke dalam cetakan spesimen,  lalu  diratakan  permukaan  campuran pada  cetakan.  Kemudian  campuran  yang  telah dituang  ke  dalam  cetakan  di press dengan menggunakan compression molding pada tekanan 50, 75, 100, 125 dan 150 psi. Kemudian campuran  yang  telah  di press dikeringkan  pada suhu kamar, kemudian komposit dilepaskan dari cetakan.  Komposit  yang  telah  dilepaskan  dari cetakan  dihaluskan  menggunakan  alat  kikir. Kemudian dilakukan karakterisasi dan pengujian pada komposit.
Karakterisasi Scanning  Electron  Microscope
(SEM)
Tujuan  dilakukan  karakterisasi  ini  adalah untuk  melihat  morfologi  penyebaran  dengan penambahan pengisi  partikel ZnO dalam matriks poliester.
Uji Kekuatan Tarik ( Tensile Strength ) Komposit  hasil  spesimen  dipilih  dan dipotong membentuk spesimen untuk pengujian kekuatan  tarik.  Pengujian  kekuatan  tarik dilakukan dengan tensometer.
Hasil dan  Pembahasan
Analisa Scanning Electron Microscope (SEM) Komposit Berpengisi Zinc Oxide (ZnO) Pada  Gambar  1(a)  dapat  dilihat  dengan penambahan 3% zinc oxide (ZnO) pada 150 psi, dimana  morfologi  sampel  putus  komposit  yang dihasilkan terlihat lebih kasar dan terlihat bahwa zinc  oxide (ZnO)  yang  ditambahkan  cukup
tersebar  secara  merata  dan  memenuhi  ruang- ruang matriks.
(a)

## (b)
Gambar  1.  Hasil  Analisis  Scanning  Electron Microscopy  (a).  Penambahan  3%  Zinc  Oxide (ZnO)  pada  150  psi  (b).  Penambahan  7%  Zinc Oxide (ZnO) pada 50 psi
Permukaan yang kasar disebabkan besarnya  kekuatan  yang  diperlukan  untuk memutuskan sampel komposit. Zinc oxide (ZnO) mempunyai luas permukaan dan pori yang cukup besar  sehingga  mempunyai  kemampuan  yang tinggi  untuk  menyerap  matriks.  Berdasarkan mekanisme  tersebut,  matriks  poliester  yang terserap pada pori zinc oxide (ZnO) akan semakin meningkatkan  pembasahan  dan  juga  interaksi antara  matriks  dan  juga  pengisi.  Namun,  masih terdapat beberapa kawasan dimana pengisi yang ditambahkan belum terbasahkan secara sempurna.  Selain  pengaruh zinc  oxide (ZnO), morfologi komposit yang lebih kompak ini juga dipengaruhi  dengan  penambahan  tekanan, dimana  peningkatan  tekanan  proses  akan meningkatkan kerapatan komposit yang dihasilkan.    Hal  ini  didukung  oleh  penelitian Ramaniah,  et.al  (2012)  dimana  interaksi  yang baik  antara  pengisi  dengan  matriks  akan
meningkatkan kekuatan mekanik yang diperoleh [12]
Pada  Gambar  1(b)  komposit  dengan penambahan 7% zinc oxide (ZnO) pada tekanan 50 psi menunjukkan permukaan yang lebih halus (smooth)  dibandingkan  dengan  Gambar  4.5 (a). Hal  ini  disebabkan  karena  semakin  banyaknya zinc oxide (ZnO) yang ditambahkan, maka tidak semua  ZnO  dapat  dibasahi  secara  baik  oleh matriks  sehingga  memicu  potensi  terbentuknya penggumpalan  (aglomerasi).  Selain  itu  tekanan yang ditambahkan juga belum dapat meningkatkan  kerapatan  morfologi  komposit yang dihasilkan. Hal ini didukung oleh penelitian
Karmakar, et.al (2007) dimana semakin banyaknya  penambahan  pengisi  justru  akan mengakibatkan pengisi mengalami
penggumpalan (aglomerasi) dan juga penurunan tekanan  yang  ditambahkan  akan  mengurangi kerapatan komposit yang dihasilkan [1].

## Analisis Kekuatan Tarik Komposit
Gambar 2 menunjukkan pengaruh perbandingan  komposisi zinc  oxide (ZnO)  dan tekanan hot  press terhadap  kekuatan  tarik komposit:
Gambar  2.  Grafik  Pengaruh  Perbandingan Komposisi Zinc  Oxide (ZnO)  dan  Tekanan Hot Press Terhadap Kekuatan Tarik Komposit
Pada  gambar  2  dapat  dilihat  bahwa penambahan zinc  oxide (ZnO)  dan  tekanan terhadap kuat tarik komposit diperoleh nilai kuat tarik tertinggi sebesar 54 MPa yang didapat pada penambahan zinc oxide (ZnO) 3% pada tekanan 150 psi. Nilai kuat tarik terendah diperoleh pada penambahan zinc oxide (ZnO) 7% pada tekanan 50 psi sebesar 8 MPa.
Semakin  meningkatnya  penambahan zinc oxide (ZnO)  yang  ditambahkan  maka  nilai  kuat tarik  yang  diperoleh  akan  semakin  meningkat dibandingkan dengan komposit tanpa penambahan zinc  oxide (ZnO)  sebagai  pengisi. Hal ini karena zinc oxide (ZnO) sebagai pengisi mampu  mengisi  ruang-ruang  kosong  pada matriks poliester sehingga perpindahan tegangan
(stress) dari pengisi ke matriks semakin seragam dan  juga zinc  oxide (ZnO)  yang  ditambahkan telah  terdistribusi  secara  merata  sehingga meningkatkan  kuat  tarik  dari  komposit  yang dihasilkan  [12].  Ketika  penambahan zinc  oxide (ZnO)  ditingkatkan  menjadi  5%  dan  7%,  maka nilai  kuat tarik  yang  diperoleh  akan  mengalami penurunan, hal  ini disebabkan ketika komposisi pengisi telah melewati suatu titik optimum, maka poliester tidak mampu lagi menyelimuti partikel zinc oxide (ZnO) yang menyebabkan pembasahan  tidak  berjalan  sempurna  dan  akan menimbulkan pemggumpalan (aglomerasi)
Peningkatan  nilai  kuat  tarik  ini  juga didukung hasil analisis SEM pada nilai kuat tarik optimum (penambahan 3% ZnO dan tekanan 150 psi) yang dapat dilihat pada gambar 1(a) dimana morfologi  komposit  yang  dihasilkan  terlihat lebih kasar dan terlihat bahwa zinc oxide (ZnO) yang ditambahkan cukup tersebar secara merata dibeberapa kawasan dan memenuhi ruang-ruang matriks,  sehingga  kekuatan  yang  dibutuhkan untuk memutuskan sampel semakin tinggi. Zinc oxide (ZnO)  mempunyai  luas  permukaan  dan pori  yang  cukup  besar  sehingga  mempunyai kemampuan  yang  tinggi  untuk  menyerap matriks.  Berdasarkan  mekanisme  tersebut, matriks  poliester  yang  terserap  pada  pori zinc oxide (ZnO)  akan  semakin  meningkatkan pembasahan  dan  juga  interaksi  antara  matriks dan juga pengisi. Pada  Gambar  2  juga  dapat  dilihat  dengan bertambahnya  tekanan hot  press maka  akan meningkatkan  kerapatan  komposit  sehingga meningkatkan  kekuatan  tarik  komposit  yang dihasilkan.  Hal  ini  didukung  oleh  penelitian Hashimoto,  et.al  dimana  peningkatan  tekanan proses  akan  menghasilkan  suatu  peningkatan densitas  komposit  sehingga  meningkatkan  sifat mekanik dari beberapa komposit [13].

## Kesimpulan
Kesimpulan  yang  diperoleh  dari  penelitian ini adalah:
1.   Penambahan  pengisi zinc  oxide (ZnO)  dan kenaikan  tekanan hot  press mampu meningkatkan nilai kekuatan tarik komposit. Nilai kekuatan tarik tertinggi pada penambahan komposisi zinc oxide (ZnO) 3% yaitu 54 MPa dengan tekanan hot  press 150 psi.
2.  Dari  hasil  analisis scanning  electron microscope (SEM) terhadap komposit, dapat diketahui  bahwa  pada  penambahan  3% zinc oxide (ZnO) tekanan hot press 150 psi terlihat pembasahan  yang  baik  antara zinc  oxide (ZnO) dengan poliester tak jenuh
dibandingkan  dengan  penambahan  7% zinc oxide (ZnO) pada tekanan 50 psi.

## Daftar Pustaka
[1] A.  Kamarkar,  J.  M.  Modak,  M.  Chanda,
S.S.  Chauhan,  Mechanical  Properties  of Wood–ﬁber  Reinforced  Polypropylene Composites: Eﬀect of a Novel Compatibilizer with Isocyanate Functional  Group,  Journal  Composite: Part A, 38 (2007) 227-233.
[2] B. R. George, A. Bockarie, A. Evazynajad,  A.  Kar,  H.  McBride,  N. Bieak,  S. Veluswamy, The Ninth Annual Conference  on  Recycling  of  Fibrous Textile and Carpet Waste, 2004, Georgia.
[3] Castiqliana,  Pemanfaatan  Serbuk  Serat
Ampas  Tebu  Termodifikasi  sebagai Pengisi  Komposit  Hibrid  Plastik  Bekas Kemasan  Gelas/Serat  Ampas  Tebu/Serat Kaca dengan Penambahan Bahan
Penyerasi  Maleat  Anhidrida  -  g  – Polipropilena,  Skripsi,  Fakultas  Teknik,
Universtas Sumatera Utara, Medan, 2015.
[4] C.  Oktaviana  Hutagalung  dan  Maulida. Karakteristik  Fourier  Transform  Infra Red  dan  Kekuatan  Bentur  Komposit Poliester  Tak  Jenuh  Berpengisi  Abu
Sekam  Padi  Putih,  Jurnal  Teknik  Kimia
USU, 3 (2014).
[5] E.  Novarini  dan  T.  Wahyudi,  Sintesis Nanopartikel Seng Oksida (Zno) Menggunakan Surfaktan sebagai Stabilisator dan Aplikasinya pada Pembuatan  Tekstil  Anti  Bakteri,  Balai
Besar Tekstil, 2011.
[6] E. S. Marbun, Sintesis Bioplastik dari Pati Ubi  jalar  Menggunakan  Penguat  Logam ZnO  dan  Penguat  Alami  Selulosa.
Skripsi,  Fakultas  Teknik,  Universitas
Indonesia. Depok, 2012.
[7] F.  P.  Aritonang,  Karakteristik  Komposit
Berpenguat Serat Tandan Kosong Kelapa
Sawit dengan Fraksi Volume 3%, 5% dan 7%, Skripsi, Fakultas Sains dan Teknologi,  Universitas  Sanata  Dharma,
Yogyakarta, 2017.
[8] G.  E.  Nugroho,  Karakteristik  Komposit
Berpenguat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan NaoH dengan Fraksi Volume  4%,  6%  dan  8%.  Skripsi, Fakultas Sains
dan Teknologi,
Universitas  Sanata  Dharma,  Yogyakarta,
2016.
[9] G.  Efendi,  Pengaruh  Penambahan  Grafit Terhadap Ketahanan  Aus  Komposit Abu Terbang Batubara/Phenolic, Skripsi,
Fakultas  Teknik,  Universitas  Lampung,
Lampung, 2016.
[10]   J.  Jiang,  J.  Cai,  J.  Pi,  The  Advancing  of Zinc Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications,  Bioinorganic  Chemistry and Applications (2018) 1-18
[11] J. Susanto, Analisis Gaya dan Pembuatan Badan Pesawat Tanpa Awak Dari Bahan Material Komposit  yang Diperkuat Polyester dan Serat Wool dengan Metode
Hand  Lay-Up,  Skripsi,  Fakultas  Teknik, Universitas  Sumatera  Utara,  Medan, 2014.
[12]    K.  Ramaniah.,  A.V.  Ratna  Prasad,  K. Hema  Chandra  Reddy,  Thermal  And Mechanical  Properties  of  Waste  Grass
Broom Fiber-Reinforced Polyester Composites,  Jornal  of  Material  and Design, 40 (2012) 103-108. [13] M. Hashimoto, H. Takadama, M. Mizuno, T.  Kokubo,  Enhancement  of  Mechanical Strength of Tio2/High-Density Polyethylene Composites for Bone Repair with Silane-Coupling Treatment, Material Research Bulletin, 41 (2006) 515-524.
[14] M. Ramesh, K. Palanikumar, K. Hemachandra Reddy, Mechanical Property  Evaluation  of  Sisal–Jute–Glass Fiber  Reinforced  Polyester  Composites, Composites: Part B, 48 (2013) 1-9
[15] Supiansyah,  Pengaruh  Variasi  Volume Matriks  Recycled  Polypropylene  (RPP) Terhadap  Sifat  Mekanik  Komposit  Serat Batang  Pisang.  Laporan  Akhir,  Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Sriwijaya, Palembang, 2015.