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

## THE EFFECT OF FILLER LOADING AND PRESSURE OF HOT PRESS ON TENSILE STRENGTH OF NANO PARTICLES ZINC OXIDE FILLED POLYESTER COMPOSITES
Regy A Putra Ginting*, Maulida Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jalan Almamater, Medan, 20155, Indonesia
*Email: regyginting@yahoo.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 diperoleh pada penambahan 3% ZnO (b/b) pada tekanan 150 psi dengan kekuatan tarik 55,12 MPa. Karakterisasi SEM  menunjukkan permukaan  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 55,12 MPa. SEM characterization showed a rough surface 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
Belakangan  ini  teknologi  yang  sedang banyak  dikembangkan  adalah  teknologi  nano. Teknologi  nano  adalah  suatu  proses  rekayasa dari  fungsi  sistem  pada  tingkat  molekular. Teknologi ini mengacu pada manipulasi diri dari atom,  molekul  atau  kelompok  molekul  menjadi material  atau  alat  dengan  sifat  -sifat  baru. Teknologi  nano  ini  ternyata  juga  dapat diaplikasikan  sebagai  pengisi  ataupun  penguat dalam pembuatan komposit yang lebih baik [10]. Komposit adalah perpaduan 2 material atau lebih yang  berbeda  fasa,  yang  menghasilkan  material
baru  dengan  sifat  yang  lebih  baik  daripada komponen  penyusunnya.  Ikatan  antara  partikel dan  interaksi  yang  terjadi  antar  komponen penyusunnya
merupakan hal yang mempengaruhi  secara  langsung  sifat  mekanik pada  komposit  yang  dihasilkan.  Material komposit tersusun  atas  matriks  (fase  keras)  dan bahan  penguat,  yang  dapat  berupa  serat,  silika, clay dan sebagainya. Dengan penambahan bahan penguat pada konsentrasi tertentu dapat menghasilkan sifat mekanik, termal dan struktur yang  lebih  baik  dibandingkan  sifat  material penyusunnya [13].
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 [1].
Nano  partikel  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  [7].  Seng oksida  banyak  dikembangkan  karena  sifat-sifat uniknya seperti fotokatalitik, elektrik, optik, dan antibakteri [2].

## 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 [8]. Material  komposit  terdiri  lebih  dari  satu  tipe material  dan  dirancang  untuk  mendapatkan kombinasi  karakteristik  terbaik  dari  setiap komponen yang menjadi bahan penyusunnya. Umumnya,  sifat  komposit  akan menjadi lebih baik ketika dilakukan penggabungan material [5]. 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 [6].
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 [12].
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 [6]. 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  [4].  Bahan  penguat  yang  umum digunakan adalah jenis partikel, serat serat alam, serat karbon, serat gelas dan keramik [6]. 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 [3].
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. [1]
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 [2].
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    nano  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 halus dan terlihat bahwa 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.  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 ZnO akan semakin meningkatkan pembasahan  dan  juga  interaksi  antara  matriks dengan pengisi. Namun, masih terdapat beberapa kawasan  dimana  pengisi  yang  ditambahkan belum  terbasahkan  secara  sempurna.  Selain pengaruh  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 [9]
Pada  Gambar  1(b)  komposit  dengan penambahan  7%  ZnO  pada  tekanan  50  psi
menunjukkan  permukaan  yang  lebih  halus dibandingkan dengan Gambar 4.5 (a). Permukaan komposit  yang  halus  ini disebabkan rendahnya  kekuatan  tarik  dari  komposit  yang dihasilkan  sehingga  kekuatan  yang  dibutuhkan untuk  memutuskan  sampel  sangat  kecil  dan menghasilkan permukaan putus yang lebih halus, maka  tidak  semua  ZnO  dapat  dibasahi  secara baik  oleh  matriks  sehingga  memicu  potensi untuk terbentuknya penggumpalan (aglomerasi). Selain  itu  pada  pengisi  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 [10].

## Analisis Kekuatan Tarik Komposit
Gambar 2 menunjukkan pengaruh
perbandingan  komposisi  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  ZnO  dan  tekanan  terhadap  kuat tarik komposit diperoleh nilai kuat tarik tertinggi sebesar  55,12  MPa  yang  didapat  pada penambahan ZnO 3% pada tekanan 150 psi. Nilai kuat tarik  terendah  diperoleh  pada  penambahan ZnO 7% pada tekanan 50 psi sebesar 8,18 MPa.
Semakin  meningkatnya  penambahan  ZnO yang  ditambahkan  maka  nilai  kuat  tarik  yang diperoleh juga  akan  semakin meningkat dibandingkan dengan komposit tanpa penambahan ZnO sebagai pengisi. Hal ini terjadi karena  ZnO  sebagai  pengisi  mampu  mengisi ruang-ruang  kosong  pada  matriks  poliester sehingga  perpindahan  tegangan  (stress)  dari pengisi  ke  matriks  semakin  seragam  dan  juga ZnO yang ditambahkan telah terdistribusi secara merata  sehingga  meningkatkan  kuat  tarik  dari
komposit yang dihasilkan [9]. Ketika
penambahan 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  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  halus  dan  terlihat  bahwa  ZnO  yang ditambahkan  cukup  tersebar  secara  merata dibeberapa kawasan dan memenuhi ruang-ruang matriks,  sehingga  kekuatan  yang  dibutuhkan untuk memutuskan sampel semakin tinggi. 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 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 [11].

## Kesimpulan
Kesimpulan  yang  diperoleh  dari  penelitian ini adalah:
1.   Penambahan  pengisi  ZnO  dan  kenaikan tekanan hot press mampu meningkatkan nilai kekuatan tarik komposit. Nilai kekuatan tarik tertinggi  pada  penambahan  komposisi  ZnO 3%  yaitu  55,12  MPa  dengan  tekanan hot press 150 psi.
2.  Dari  hasil  analisis scanning  electron microscope (SEM) terhadap komposit, dapat diketahui  bahwa pada penambahan 3%  ZnO dengan  tekanan hot  press 150  psi  terlihat pembasahan  yang  baik  antara  ZnO  dengan poliester  tak  jenuh  dibandingkan  dengan penambahan 7% ZnO pada tekanan 50 psi.

## Daftar Pustaka
[1] 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. [2] 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.
[3] E. S. Marbun, Sintesis Bioplastik dari Pati Ubi  jalar  Menggunakan  Penguat  Logam ZnO  dan  Penguat  Alami  Selulosa,
Skripsi,  Fakultas  Teknik,  Universitas
Indonesia. Depok, 2012.
[4] 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.
[5] 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.
[6] G.  Efendi,  Pengaruh  Penambahan  Grafit Terhadap Ketahanan  Aus  Komposit Abu Terbang Batubara/Phenolic, Skripsi,
Fakultas  Teknik,  Universitas  Lampung, Lampung, 2016.
[7] J.  Jiang,  J.  Cai,  J.  Pi,  The  Advancing  of Zinc Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications,  Bioinorganic  Chemistry and Applications (2018) 1-18
[8] 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.
[9] 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. [10] Leuweungkolot, Masyarakat Di Desa, dan Kecamatan Cibungbulang Bogor,
Sinopsis  Rencana  Penelitian  3(1)  (2007)
1-4.
[11] 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.
[12] 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. [13] T.  Rihayat,  dan  S.  Suryani,  Pembuatan Polimer  Komposit  Ramah  Lingkungan
Untuk  Aplikasi  Industri  Otomotif  dan Elektronik, Prosiding SNaPP: Sains dan Teknologi 3(1) (2013) 275-282.