## PENGARUH PENAMBAHAN FILLER SIO
2 , CARBON BLACK , DAN TIO 2 PADA SIFAT MEKANIK LINER EPOKSI POLISULFIDA MOTOR ROKET CASE BONDED
(THE EFFECT OF SIO 2 , CARBON BLACK AND TIO 2 FILLER ADDING TO MECHANICAL PROPERTIES OF EPOXY POLYSULFIDE LINER OF CASE BONDED MOTOR ROCKET)
Wiwiek Utami Dewi *,**) , dan Bambang Soegiono *) *) Ilmu Material, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Jakarta **) Perekayasa Bidang Propelan, Pusat Teknologi Roket, Lapan e-mail: wiwiekdewi@yahoo.com

## ABSTRACT
Virgin  epoxy  polysulfide  liner  (without  filler)  is  considered  to  be  not  strong enough  to  withstand  the  structural  loading  and  extreme  condition  during  rocket operation.  Filler  adding  is  a  crucial  matter  that  has  to  be  done  to  improve  the mechanical strength of liner. SiO 2 , carbon black and TiO 2 have been chosen as the filler to  reinforce  epoxy  polysulfide  liner  matrix  in  Lapan  case  bonded  rocket  motor.  The influence  of  those  fillers  adding  in  liner  mechanical  properties  has  been  investigated. Nine type of liner composition have been made and underwent several test in order to reveal mechanical properties such as hardness, maximum stress, maximum strain, and adhesive  strength  (liner  to  metal).  The  results  show  that  hardness  is  proportional  to tensile  strength  and maximum  strain  is proportional  to  adhesive  strength, meanwhile tensile strength has polynomial profile toward maximum strain. The highest maximum strain (52%) was achieved when the tensile strength was on 16.25 kg/cm 2 . keywords: Mechanical of liner, Epoxy polysulfide, Filler, Case bonded

## ABSTRAK
Liner epoksi  polisulfida virgin (tanpa filler )  tidak  cukup  kuat  untuk  menahan beban  struktural  dan  kondisi  yang  ekstrem  selama  roket  beroperasi  oleh  karena  itu penambahan filler sangat  penting  dilakukan  untuk  meningkatkan  kekuatan  mekanik liner . SiO 2 , carbon black dan TiO 2 telah dipilih sebagai filler untuk memperkuat matriks liner epoksi  polisulfida  pada  motor  roket case  bonded Lapan.  Pengaruh  penambahan ketiga filler tersebut  pada  sifat  mekanik liner telah  diselidiki  dalam  penelitian  ini. Sembilan  jenis  komposisi liner telah  dibuat  dan  melalui  beberapa  proses  pengujian sifat  mekanik  yang  meliputi:  kekerasan,  tegangan  tarik  maksimum,  regangan maksimum, dan kekuatan rekat ( liner terhadap logam). Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai kekerasan liner sebanding dengan nilai tegangan tarik maksimum liner dan nilai kekuatan rekat liner terhadap logam sebanding dengan nilai regangan maksimum, sementara  itu  tegangan  tarik  maksimum liner memiliki  hubungan  polinomial  dengan regangan  maksimumnya.  Regangan  maksimum  tertinggi  (52%)  dicapai  pada  nilai tegangan tarik maksimum 16,25 kg/cm 2 .
Kata kunci: Sifat mekanik liner, Epoksi polisulfida, Filler, Case bonded

## 1  PENDAHULUAN
Liner adalah  lapisan  tipis  lengket yang  akan  hangus  ( charred )  secara bertahap. Liner biasanya  terbuat  dari
material polimer dan diaplikasikan pada tabung  motor  roket  untuk  menciptakan ikatan  yang  kuat  antara  propelan  dan tabung motor roket atau antara propelan
dan  lapisan insulator . Liner memiliki fungsi perekatan, fungsi insulasi (membatasi  aliran  panas  ke  tabung motor  roket  selama  proses  pembakaran propelan)  dan  sekaligus  fungsi  restriksi (menunda  pembakaran  yang  tidak diinginkan pada bagian tertentu) [Sutton, G. P. And Biblarz, Oscar, 2001].
Proses  pengaplikasian liner pada motor  roket  tergantung  pada  jenis proses  produksi  yang  digunakan.  Ada dua metode proses produksi motor roket padat yang dikenal saat ini [Sutton, G. P. And  Biblarz,  Oscar,  2001].  Pertama adalah free  standing .  Pada  metode  ini propelan beserta insulator dibuat terpisah  dari  motor  roket.  Jika  roket akan diluncurkan, propelan yang sudah dilapisi dengan insulator dimasukkan ke tabung  motor  roket.  Pada  motor  roket free  standing ,  propelan  tidak  menempel permanen pada tabung sehingga tabung motor  roket  dapat  dipakai  kembali. Sementara metode case bonded sebaliknya. Tabung  motor  roket  terlebih  dahulu  di lapis  dengan liner-insulator lalu  langsung dicetak  propelan  didalamnya.  Propelan akan  merekat  kuat  di  dalam  tabung motor  roket  sehingga  motor  roket  tidak bisa dipakai ulang.
Selama ini proses produksi motor roket LAPAN dilakukan dengan perpaduan antara  metode free  standing dan case bonded .  Propelan dibuat  terpisah meng- gunakan  cetakan  propelan.  Propelan yang  dihasilkan  kemudian  disesuaikan dimensinya  dengan  kebutuhan  desain lalu  dilapis  dengan  protektor  termal ( insulator )  dan  dimasukkan  ke  dalam tabung  motor  roket.  Selanjutnya  celah antara  permukaan  propelan  dengan dinding  tabung  diisi  dengan  material liner .  Material liner befungsi  sebagai perekat  antara  propelan  dengan  tabung motor  roket.  Proses  pembuatan  motor roket  yang  seperti  ini  mengakibatkan massa  propelan  yang  ada  dalam  motor roket  tidak  optimal.  Celah  antara propelan  dan  tabung  motor  roket  harus cukup  lebar  agar  cairan liner yang viskositasnya  tinggi  dapat  mengalir
dengan  mengandalkan  gaya  gravitasi. Hal  ini  mengakibatkan  lapisan liner menjadi tebal. Selain itu proses assembling motor  roket  juga  memakan waktu relatif lebih lama.
Solusi  untuk  permasalahan  ini adalah  melalui  penggunaan  teknologi proses  produksi  propelan  secara case bonded . Massa propelan yang dihasilkan akan  lebih  besar  karena  lapisan liner - insulator dibuat  lebih  tipis.  Volume propelan  pada  motor  roket  akan  terisi lebih  optimal.  Material liner nantinya akan  diaplikasikan  pada  tabung  motor roket  dengan  cara spinning dengan kecepatan  1000  rpm  selama  4  jam [Rohman, Fathur, 2011].
Selain  sifat  termal,  sifat  yang paling  penting  bagi liner adalah  sifat mekaniknya.  Banyak  penelitian  yang telah  dilakukan  untuk  menyelidiki  sifat mekanik  dari  berbagai  macam  jenis material liner . Rodic [Rodic, Vesna, 2007] menyelidiki pengaruh perbedaan matriks liner (HTPB, CTPB, CTBN) dan jenis filler pada sifat mekanik liner dan kerekatannya terhadap  propelan,  Navale  [Navale,  S.B, dkk., 2004] menyelidki pengaruh penambahan  Sb 2 O 3 dan carbon  black pada liner berbasis HTPB, Erryani [Erryani, Aprilia,  2011]  menyelidiki  pengaruh penambahan zirkonium silikat pada liner berbasis HTPB sementara Giant [Giants, T.W . , 1991] menggunakan liner berbasis HTPB  yang  diberi  aditif bonding  agent HX-868  sebagai  lapisan liner pada roket case bonded -nya. Banyak paten mengenai material liner yang  telah  diklaim  oleh para  ahli  [Nelson,  R.  W.,  dkk.,  2000] [Sayles,  D.C.,  1993].  Pada  beberapa paten,  HTPB  adalah  material liner yang umum digunakan sebagai liner . Beberapa paten  tersebut  antara  lain  seperti  US Patent  No.  5.209.876  yang  menggunakan HTPB  dan carbon  black ,  US  Patent  No. 6.054.521  yang  menggunakan  HTPB, TiO 2 dan SiO 2 .
Tidak  seperti  proses curing liner HTPB  yang  memakan  waktu  hingga  48 jam  pada  suhu  70ºC  [Rodic,  Vesna, 2007] atau memakan waktu hingga lima
hari pada  kondisi  ambien, proses curing liner epoksi  polisulfida  hanya  memakan waktu  sekitar  4  jam  pada  kondisi ambien [Dewi, Wiwiek U., 2011]  sehingga akan  mempersingkat  proses  produksi dan menghemat penggunaan energi (tidak menggunakan  oven  atau autoclave ).
Selain  keunggulan  tersebut,  epoksi polisulfida  adalah  material  yang  biasa digunakan  dalam  memproduksi  lapisan penahan  panas  ( liner , insulator ,  dan inhibitor ) pada motor roket padat LAPAN sehingga  tidak  diperlukan  pembelian material baru dan material yang tersedia dapat dimaksimalkan penggunaannya.
SiO 2 dan carbon  black telah secara  luas  dipakai  sebagai  bahan penguat  matriks liner sementara  TiO 2 telah  secara  umum  digunakan  sebagai flame  retardant dan peningkat ketahanan termal  polimer  [ Industrial  Mineral  and Their  Uses:  A  Handbook  &  Formulary , 1996]. Penambahan ketiga jenis filler ini diharapkan akan meningkatkan kekuatan mekanik  matriks liner berbasis  epoksi polisulfida.  Pada  penelitian  ini  akan diketahui  pengaruh  penambahan  SiO 2 , carbon  black dan  TiO 2 pada  sifat mekanik liner epoksi  polisulfida  yang meliputi:  kekerasan,  tegangan  tarik maksimum,  regangan  maksimum,  dan kekuatan  rekat  ( liner terhadap  logam). Sifat  mekanik liner penting  diketahui untuk memperkirakan kekuatan struktural material liner terhadap deformasi  oleh  gaya  yang  dikenakan selama roket beroperasi.

## 2  METODOLOGI PENELITIAN
Material liner yang  digunakan sebagai liner adalah  resin  berbasis epoksi  polisulfida.  Resin  epoksi  (tipe DGEBA), hardener (tipe aminopoliamida) dan polisulfida LP3 (Morton International) akan  dicampur  dengan  perbandingan berat  1:  1:  1,5.  BGE  (pengencer  epoksi) diberikan  sebanyak  10  phr  dari  jumlah epoksi  dan hardener .  Proses  pencam- puran  resin  dan filler dilakukan  pada sebuah mixer dengan kecepatan 60  rpm dalam  kondisi  ambien  (tekanan  dan
suhu  ruang).  S lurry liner kemudian divakum  pada vacuum  chamber ,  lalu dituang ke dalam kotak sampel aluminium. Proses  pematangan  sampel  dilakukan dalam  kondisi  ambien  selama  24  jam. Urutan pencampuran bahan dan diagram  blok  penelitian  dapat  dilihat pada Gambar 2-1.
Gambar 2-1: Diagram  blok  pembuatan  dan pengujian bahan liner Setelah matang, liner akan melalui proses  pengujian  kekuatan  mekanik. Nilai  kekerasan  diuji  menggunakan durometer  Tecklock  Type  GS-709N sementara nilai tegangan tarik maksimum dan  regangan  maksimum liner didapat melalui  pengujian  secara  unaksial menggunakan alat tensilon UTM III– 100 dengan model sampel Joint- Army – Navy –  Air  –  Force (JANAF).  Kekuatan  rekat liner terhadap  logam  aluminium  diuji dengan  metode t-peel  test juga  dengan menggunakan alat tensilon UTM III–100. Pada  pengujian  kekuatan  rekat, liner setebal  5  mm  dibiarkan  matang  di  atas sebuah  plat  aluminium  tebal  0,3  mm panjang 18 cm dengan bagian yang tidak merekat  pada liner sepanjang  3  cm  di salah  satu  ujungnya.  Kapasitas  1kN single  coloum UTM  digunakan  untuk pengujian  kuat  rekat.  Pada  Tabel  2-1 dapat  dilihat  variasi  komposisi  TiO 2 (T), SiO 2 (S)  dan carbon  black (CB)  yang digunakan.
Epoksi Mixing 1 LP3 1. SiO 2
2. CB 3. TiO 2 Mixing 2 Mixing 3 1. BGE 2. Hardener Vakum Proses Pematangan Pengujian Sifat Mekanik

## Tabel 2-1: KOMPOSISI LINER
Nama Liner Filler Composition (phr – parts per hundred resin ) Total Resin Filler Total  CB S T L1 - 100 - - - - L2 SiO 2 100 15 - 15 - L3 CB 100 15 15 - - L4 TiO 2 100 15 - - 15 L5 F1 100 5 2 2 1 L6 F2 100 10 4 4 2 L7 F3 100 15 6 6 3 L8 F4 100 20 8 8 4 L9 F5 100 25 10  10 5

## 3  HASIL DAN PEMBAHASAN
Resin  campuran  polisulfida  dan epoksi  terbentuk  dengan  mereaksikan dua  mol  resin  epoksi  dengan  satu  mol resin  polisulfida  [Morton  International, 1988]. Sama seperti reaksi antara HTPB dan TDI (matriks yang umum digunakan sebagai binder liner ),  reaksi  antara epoksi,  polisulfida  dan hardener juga menghasilkan  gugus  OH  (hidroksil). Alasan  inilah  yang  membuat  resin epoksi  polisulfida  juga  cocok  digunakan sebagai material matriks ( binder ) liner .
Empat  sifat  mekanik  yang  akan diselidiki  dalam  penelitian  ini  adalah kekerasan,  kuat  tarik  ( tensile  strength ) yang diwakili dengan nilai tegangan tarik maksimum (σ m ), elastisitas yang diwakili dengan  nilai  regangan  maksimum  (γ m ), dan  kekuatan  rekat  antara liner dan logam aluminium.
Nilai besaran mekanik liner virgin (tanpa filler )  tidak  cukup  kuat  untuk menahan  beban  struktural  dan  kondisi operasi  yang  ekstrem  selama  roket beroperasi. Nilai tegangan tarik maksimum liner harus  lebih  tinggi  dari  propelan. Nilai  tegangan  tarik  maksimum liner virgin (L1) adalah 5,7 kg/cm 2 , jauh lebih rendah dari propelan yang memiliki nilai tegangan  tarik  maksimum  bervariasi antara  11  -  12  kg/cm 2 .  Penambahan filler sangat  penting  dilakukan  untuk meningkatkan  kekuatan  mekanik liner . Pada  Tabel  3-1  tersaji  hasil  pengujian kekuatan mekanik liner .

## Tabel 3-1: KEKERASAN,  TEGANGAN  TARIK MAKSIMUM,  REGANGAN  MAKSIMUM DAN KEKUATAN REKAT
Nama Liner Keke rasan Tegangan Tarik Maksi mum (σ m ) Rega ngan Maksi mum (γ m ) Kekuat an Rekat (Shore A) (kg/cm 2 ) (%) (kg/cm) L1 30 5,76 28,92 0,058 L2 59 23,00 28,07 0,075 L3 46 14,06 45,44 0,196 L4 37 7,37 28,52 0,048 L5 35 6,85 28,98 0,077 L6 40 16,25 52,13 0,102 L7 55 20,34 44,67 0,075 L8 65 23,82 28,48 0,072 L9 70 25,17 20,78 0,070
Kekerasan merupakan representasi dari  kemampuan  suatu  material  untuk menahan  beban  indentasi  (penetrasi) atau  dapat  juga  diartikan  sebagai ketahanan  material  terhadap  deformasi plastis yang terlokalisasi. Profil kekerasan liner dapat dilihat pada Gambar 3-1.
Gambar 3-1: Kekerasan Liner
Pada  Gambar  3-1  terlihat  bahwa diantara  L2,  L3  dan  L4  yang  masing- masing  ditambahkan  SiO 2 , carbon  black dan  TiO 2 sebanyak  15  phr,  nilai kekerasan tertinggi terjadi pada L2 (yang ditambahkan  SiO 2 )  sementara  yang terendah  terjadi  pada  L4  (yang  ditambah- kan  TiO 2 ).  Walaupun  ditambahkan jumlah filler yang sama, ukuran partikel micro  silica  powder yang  sangat  kecil mampu  mengisi  ruang  kosong  antar molekul  partikel  dengan  lebih  baik
0 10 20 30 40 50 60 70 80 L  L1  L2  L3  L4  L5  L6  L7  L8  L9  L10 K ek er as an (S h or e A ) Nama Liner
sehingga  nilai  kekerasan  L2  lebih  tinggi dibanding L3 dan L4.
Nilai kekerasan meningkat seiring dengan  bertambahnya  jumlah filler .  Hal ini terlihat pada nilai L5 hingga L9 yang naik  secara  konstan  seiring  dengan bertambahnya  jumlah filler .  Kekerasan L8 dan L9 sudah berada diatas 60 shore A, di  atas  nilai  kekerasan  yang  dipersyarat- kan untuk liner .
Penambahan filler akan  mengisi ruang kosong diantara struktur molekul matriks liner sehingga  material  menjadi semakin  padat  dan  oleh  karena  itulah nilai  kekerasannya  naik.  Semakin  besar nilai  kekerasan  suatu  material  maka semakin  baik  ia  menahan  beban indentasi  yang  terjadi.  Pada  saat  terjadi indentasi, filler pada liner akan meningkatkan  kemampuan  pendistri- busian tekanan ( stress transfer ).
Tekanan tidak hanya ditanggung sendiri oleh matriks liner tetapi juga didistribusi- kan  pada filler sehingga liner menjadi lebih  kuat  [ Industrial  Mineral  and  Their Uses : A Handbook & Formulary , 1996].
Nilai  tegangan  tarik  maksimum (σ m )  mewakili  nilai  kuat  tarik  ( tensile strength ).  Jika  tegangan  ini  diaplikasikan pada  suatu  material  dan  dipertahankan untuk beberapa saat maka fraktur akan terjadi  (material  putus)  [Callister,  W.D., 2001].  Pada  kondisi  ini,  material  telah mengalami  deformasi  plastis.  Pada struktur  mikro,  deformasi  plastis  meng- akibatkan  putusnya  ikatan  atom  dengan atom  tetangganya  dan  membentuk ikatan baru dengan atom lainnya. Ketika beban dilepaskan, atom-atom tidak akan kembali ke bentuk awalnya. Profil tegangan tarik  maksimum  pada  penelitian  ini terlihat pada Gambar 3-2.
Terlihat  jelas  pada  Gambar  3-2 bahwa  diantara  L2,  L3  dan  L4,  nilai tegangan  maksimum  L2  adalah  yang tertinggi.  SiO 2 ( micro  silica  powder ) memiliki  ukuran  partikel  sangat  kecil sehingga  dapat  mengisi  ruang  kosong antar  rantai  polimer  dengan  lebih  baik dibandingkan carbon  black dan  TiO 2 . Pada  L5  hingga  L9,  nilai  tegangan  tarik
maksimum liner naik.  Semakin  banyak filler yang  ditambahkan  maka  makin tinggi juga nilai kedua besaran tersebut. Partikel filler mengisi kekosongan diantara  struktur  molekul  organik matriks  polimer  sehingga  komposit menjadi lebih padat dan oleh karena itu ketahanannya  terhadap  tegangan  tarik bertambah.
Gambar 1-2: Tegangan Tarik Maksimum Liner
Mekanisme  ikatan  silang  yang terjadi  pada  material liner dan filler didalamnya  pada  saat  terjadi  gaya  tarik dapat  terlihat  pada  Gambar  3-3  seperti berikut ini.
Gambar 3-3: Mekanisme  Ikatan  Silang Filler Dalam  Mengatasi  Tegangan  Tarik [ Industrial Mineral and Their Uses : A Handbook & Formulary , 1996]
Rantai  A  dan  B  merupakan  titik kait  antara  struktur  molekul  matriks organik  yang  acak  dengan  partikel filler (titik-titik tersebut merupakan situs aktif filler ). Langkah 1 hingga 4 menggambar- kan  apa yang  terjadi pada  saat material ditarik  hingga  mencapai  titik  luluhnya (titik  batas  antara  keadaan  elastis  dan plastis)  [Callister,  W.D.,  2001].  Walau secara mikroskopis telah terjadi
0 5 10 15 20 25 30 L  L1  L2  L3  L4  L5  L6  L7  L8  L9 L10 Teg a n ga n Ta ri k M a ksi m u m (kg / cm 2 ) Nama Liner
pelepasan  beberapa  situs  aktif  antara filler dan  matriks  polimer  namun material  masih  berada  pada  kondisi elastis  karena  material  masih  bisa kembali ke kondisi semula. Bila langkah 4  diteruskan  (material  ditarik  terus) maka  rantai  A  dan  B  akan  terlepas. Material  akan  mengalami  deformasi plastis dan putus. Semakin banyak filler yang  ditambahkan  maka  makin  besar juga  ikatan  silang  yang  terjadi  antara matriks polimer dan filler sehingga tentu saja  akan  meningkatkan  ketahanannya dalam  mengatasi  tegangan  tarik  yang terjadi.
Perubahan  nilai  tegangan  maksi- mum sebanding dengan perubahan nilai kekerasan.  Jika  kekerasan  diletakkan pada sumbu x sementara tegangan tarik maksimum  pada  sumbu  y  maka  akan didapatkan hubungan linier yang terlihat seperti Gambar 3-4.
Gambar 3-4: Hubungan kekerasan dan tegangan tarik maksimum liner
Nilai  R 2 yang  mendekati  1  pada Gambar 3-4 di atas menjadi bukti bahwa kekerasan  dan  tegangan  tarik  memiliki hubungan linier yang kuat. Makin tinggi nilai  kekerasan liner maka  akan  makin tinggi  pula  nilai  tegangan  tarik  maksi- mumnya.  Semakin  tinggi  ketahanannya dalam  mengatasi  beban  indentasi  maka akan semakin tinggi pula ketahanannya dalam mengatasi tegangan tarik.
Selain harus memiliki nilai tegangan  tarik  maksimum  yang  tinggi, liner juga harus memiliki elastisitas yang baik.  Elastisitas  diwakili  oleh  nilai
regangan maksimum (γ m ). Nilai regangan maksimum adalah regangan yang tercapai  pada  saat  material  putus [Callister,  W.D.,  2001].  Semakin  besar regangan maksimum suatu bahan maka bahan  tersebut  dianggap  makin  elastis. Nilai  regangan  maksimum  yang  tinggi lebih  diinginkan  pada  aplikasi  yang melibatkan  gerakan  hebat  [Pizzi,  A  and Mittal,  K.L.,  2003].  Perubahan  nilai regangan  maksimum liner dapat  dilihat pada Gambar 3-5.
Gambar 3-5: Regangan maksimum liner
Pada  Gambar  3-5,  diantara  L2 hingga L4, regangan maksimum tertinggi terjadi pada L3 (45,44%). L3 merupakan matriks liner yang  ditambahkan carbon black sebesar  15  phr. Carbon  black adalah filler organik  yang  mudah bersatu dengan matriks polimer sehingga  jika  ditarik  akan  bersifat  lebih elastis.  Sedangkan  pada  L5  hingga  L9, nilai  regangan  tertinggi  terjadi  pada  L6 (52,13%). Liner 6 merupakan liner dengan filler kombinasi 10 phr (TiO 2 2 phr, SiO 2 4 phr dan carbon black 4 phr).
Pada  L5  hingga  L9,  awalnya semakin  banyak  jumlah filler yang ditambahkan  akan  meningkatkan  nilai regangan  maksimum.  Hal  ini  menun- jukkan bahwa penambahan filler meningkatkan  elastisitas  material liner . Namun  kondisi  ini  tidak  berlangsung terus-menerus, pada komposisi L6, nilai regangan  maksimum  mencapai  titik tertinggi. Setelah melewati nilai tersebut, pada  komposisi  L7  hingga  L9,  justru sebaliknya,  nilai  regangan liner kembali menurun  seiring  dengan  bertambahnya
y = 0,5196x - 9,3801 R² = 0,9129 0 5 10 15 20 25 30 0  10  20  30  40  50  60  70  80 Teg a n ga n M a ksi m u m L in er (kg / cm 2 ) Kekerasan Liner (Shore A) Linear (Kekerasan Vs Tegangan Tarik Maksimum) 0 10 20 30 40 50 60 L  L1  L2  L3  L4  L5  L6  L7  L8  L9  L10 R eg a n ga n M a ksi m u m ( % ) Nama Liner
jumlah filler yang dicampurkan ke dalam liner . Penambahan filler setelah komposisi L6  tidak  lagi  dapat  berfungsi  meningkat- kan  elastisitas liner .  Hal  ini  menun- jukkkan  bahwa  jumlah filler yang  dapat menaikkan  elastisitas  memiliki  batas tertentu. Pada L8 dan L9 elastisitas liner justru  lebih  kecil  dari  elastisitas liner virgin (L1).  Semakin  banyak filler yang ditambahkan akan membuat liner semakin  kaku  sehingga  makin  tidak elastis.
Hubungan  antara  tegangan  tarik maksimum  dan  regangan  maksimum bersifat polinomial.  Hal  ini  terlihat  pada Gambar  3-6.  Kenaikan  nilai  tegangan maksimum  awalnya  akan  menaikkan nilai regangan maksimum namun setelah mencapai titik maksimum tertentu, walaupun nilai tegangan tariknya  terus  naik,  namun  nilai regangan maksimum justru terus menurun.
Gambar 3-6: Hubungan  tegangan  maksimum dan regangan maksimum liner
Gambar  3-6  di  atas  menguatkan pernyataan sebelumnya yang menyebut- kan  bahwa  ada  batas  maksimum penambahan filler yang akan meningkat- kan elastisitas liner . Liner akan semakin kuat  seiring  dengan  makin  tingginya nilai  kekerasan  dan  tegangan  tarik maksimum  namun  perlu  diingat  bahwa liner juga  akan  menjadi  semakin  kaku sehingga  tidak  elastis  lagi.  Pada penelitian  ini, liner dengan nilai tegangan tarik maksimum 16,25 kg/cm 2
memberikan  nilai  regangan  maksimum tertinggi, 52%.
Suatu liner harus memiliki tegangan  tarik  maksimum  yang  tinggi namun  juga  harus  memiliki  elastisitas/ regangan  maksimum  yang  mencukupi. Hal  ini  dikarenakan liner harus  mampu menahan stress struktural  yang  terjadi selama  roket  beroperasi. Liner yang rapuh (tidak elastis) akan membuat liner tidak  mampu  menahan  gaya  getar  dan gelombang  kejut  yang  terjadi  pada  saat roket meluncur. Seperti telah disebutkan sebelumnya  bahwa liner harus  memiliki nilai  tegangan  tarik  maksimum  yang lebih  besar  dari  pada  propelan  (11  -  12 kg/cm 2 ). Liner yang memenuhi syarat ini antara lain adalah liner 2, 3, 6, 7, 8 dan 9.  Namun  jika  melihat  dari  sisi elastisitas, liner 8  dan  9  tidak  dapat menjadi  pilihan  karena  memiliki  nilai regangan  maksimum  di  bawah liner virgin (L1).
Selain  kekerasan,  tegangan  tarik maksimum  dan  regangan  maksimum, nilai  kekuatan  rekat liner juga  sangat penting  untuk  diperhatikan.  Vibrasi, gaya  geser  dan  gelombang  kejut  yang sangat  kuat  pada  saat  roket  beroperasi menuntut material liner memiliki kekuatan rekat yang baik dengan tabung motor  roket.  Gambar  3-7  memberikan gambaran  tentang  kekuatan  rekat liner pada lembaran logam aluminium. Aluminium dipilih karena saat ini roket- roket  LAPAN  umumnya  menggunakan tabung motor dari aluminium.
y = -0,0028x 2 + 0,0845x - 0,1478 R² = 0,91 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 5 10 15 20 25 30 R eg a n ga n M a ksi m u m L in er (% ) Tegangan Maksimum Liner (kg/cm 2 ) Poly. (Tegangan Tarik Maksimum vs Regangan Maksimu)
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 L  L1  L2  L3  L4  L5  L6  L7  L8  L9 L10 K eku a ta n R eka t (K g/ cm ) Nama Liner
Berdasarkan Gambar 3-7, kekuatan  rekat liner tertinggi  terjadi pada  L3,  yaitu  pada liner yang ditambahkan carbon  black 15  phr.  Nilai kekuatan  rekat  dari  L5  hingga  L9 bervariasi pada kisaran 0,07 hingga 0,13. Nilai  kuat  rekat  meningkat  seiring dengan  bertambahnya  jumlah filler dan mencapai  puncak  pada  komposisi  L6. Setelah  L6  nilai  kuat  rekat  kembali menurun.
Nilai  kekuatan  rekat liner semula diperkirakan  akan  menurun  ketika dilakukan  penambahan filler seperti pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh Rodic  [Rodic,  Vesna,  2007]  dan  Navale [Navale,  S.B,  dkk.,  2004].  Hipotesis tersebut  tidak  benar-benar  terjadi  pada penelitian  ini.  Interaksi  antara  logam dan komposit polimer sangat tergantung pada tipe logam dan tipe gugus fungsional yang  ada  pada  polimer.  Polimer  dengan gugus  polar  lebih  mudah  merekat  pada logam  ketimbang  polimer  non  polar. Liner epoksi  polisulfida  yang  memiliki gugus  polar  (hidroksil)  membuatnya mudah merekat pada logam.
Pada  penambahan  SiO 2 dan carbon black , komposit menjadi semakin kaya akan gugus polar. Permukaan dari silika biasanya mengandung gugus silanol (-Si-O-H), siloxane (-Si-C-Si-), silane (-Si- H), silikon organik (-Si-O-R atau –Si-C-R) atau  dapat  berupa  anhidrat.  Sementara carbon  black memiliki  variasi  gugus fungsional  seperti  karboksil  (O=C-OH), karbonil  (C=O),  hidroksil  (-OH),  kuinon (O=CC=O)  dan  laktol  (O=C-O)  yang berada  pada  ujung-ujung  bidang  dua dimensinya.
SiO 2 dan carbon  black yang memiliki berbagai jenis gugus fungsional polar pada permukaannya justru menambah  kekuatan  rekat liner pada logam.  Hal  berbeda  terjadi  pada  TiO 2 yang  tidak  memiliki  gugus  fungsional pada  permukaannya,  oleh  karena  itu kekuatan rekat L4 ( liner dengan TiO 2 15 phr) lebih kecil daripada kuat rekat liner virgin (L1).
Namun perlu digarisbawahi bahwa ternyata  tidak  selamanya  penambahan filler meningkatkan  kekuatan  rekat.  Hal ini  terlihat  pada  tren  grafik  kekuatan rekat  dari  komposisi  L5  hingga  L9. Kekuatan  rekat liner dengan filler kombinasi mencapai puncaknya pada L6 lalu  turun  terus  hingga  L9.  Awalnya penambahan  gugus  fungsional  pada matriks  akan  meningkatkan  kerekatan, namun seiring dengan semakin menurunnya  jumlah  polimer  matriks polar,  kekuatan  rekat  menjadi  semakin berkurang.
Selain hubungan kekerasan dengan tegangan  tarik  maksimum  yang  saling proporsional, hubungan dua sifat mekanik liner yang  juga linier adalah hubungan  kekuatan  rekat  dengan regangan  maksimum  (Gambar  3-8). Namun hubungan linier regangan maksimum  dan  kekuatan  rekat  tidak sekuat hubungan liner antara kekerasan dan  tegangan  tarik  maksimum.  Hal  ini tercermin dari nilai R 2 yang kecil.
Gambar 3-8: Hubungan  regangan  maksimum dan kekuatan rekat liner
Berdasarkan hubungan linier yang  terlihat  pada  Gambar  3-8,  maka liner yang  memiliki  nilai  regangan maksimum  yang  tinggi  akan  memiliki nilai  kuat  rekat  yang  tinggi  pula. Penelitian yang dilaksanakan oleh Rodic [Rodic, Vesna, 2007] juga menyimpulkan hal yang demikian. Bahan yang memiliki nilai  regangan  maksimum  lebih  tinggi dianggap lebih elastis. Bahan yang lebih elastis memiliki keuletan yang lebih baik terhadap  deformasi  akibat  gaya  tarik.
y = 0,2436x + 0,003 R² = 0,3459 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0%  10%  20%  30%  40%  50%  60% K eku a ta n R eka t L in er
(kg / cm ) Regangan Maksimum Liner (%) Linear (Regangan Maksimum Liner vs Kekuatan Rekat)
Liner yang  elastis  lebih  dapat  menahan gaya  deformasi  yang  terjadi  karena terbentuknya situs-situs pengaitan yang kuat  ( strong  entanglement  formation ) antara  matriks  polimer  dan filler sehingga  kerekatannya  dengan  logam menjadi lebih baik [Kisin, Srdjan, 2006].

## 4  KESIMPULAN
Penambahan  filler  SiO 2 , carbon black dan  TiO 2 sangat  mempengaruhi sifat mekanik material liner . Penambahan filler terbukti  memperkuat liner (sifat mekanik meningkat).
Hal yang di luar perkiraan terjadi pada nilai kekuatan rekat. Nilai kekuatan rekat  yang  semula  diperkirakan  akan turun  justru  naik  setelah  dilakukan penambahan filler .  Hanya liner dengan penambahan  TiO 2 sebesar  15  phr  saja yang  kekuatan  rekatnya  lebih  rendah dari liner virgin .
Pada  penelitian  ini  didapatkan dua  profil  hubungan  yang linier yaitu pada  kekerasan  dengan  tegangan  tarik maksimum  dan  pada  kekuatan  rekat dengan  regangan  maksimum.  Makin tinggi  nilai  kekerasan liner maka  makin tinggi  pula  nilai  tegangan  tarik  maksi- mumnya.  Makin  tinggi  nilai  regangan maksimum liner maka makin tinggi pula nilai kekuatan rekatnya.
Tegangan  tarik  maksimum  dan regangan  maksimum  memiliki  profil hubungan  polinomial.  Regangan  maksi- mum  tertinggi  (52%)  dicapai  pada  nilai tegangan tarik maksimum 16,25 kg/cm 2 .

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terima  kasih  ditujukan kepada Kementerian Riset dan Teknologi yang  telah  membiayai  penelitian  ini melalui  program  beasiswa  pascasarjana RISTEK  tahun  2011  (Surat  Keputusan Menteri  Negara  Riset  dan  Teknologi  RI no. 243/M/Kp/IX/2011).

## DAFTAR RUJUKAN
Callister,  W.D.,  2001. Fundamentals  of Material  Science  and  Engineering,
5th  Edition,  New  York :  John Willey & Sons.
Dewi,  Wiwiek  U.,  2011. Penentuan Komposisi Kombinasi Filler Carbon Black,  SiO 2 ,  Al 2 O 3 dan  ZnO Sebagai Material Liner Roket Case
Bonded. PUSPITEK, Serpong, Seminar Nasional IPTEK Dirgantara Nasional LAPAN ke-15. Hal. 288-294.
Erryani,  Aprilia,  2011. enambahan Zirkonium  Silikat  (ZrSiO 4 )  Sebagai Insulator  Termal  Pada  Liner  Roket Propelan Padat , P. Tesis S2 : Ilmu Material.  Fakultas  Matematika dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam, Universitas Indonesia.
Giants,  T.W . ,  1991. DTIC  Home  Page.
[Online]  April  1,  http://www.dtic. mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD  =ADA2 42297.
Harsch,  Margit,  Kocsis,  J.K  and  Holst, Marco,  2007. Influence  of  Filler and Additives on The Cure Kinetics of  an  Epoxy/Anhydride  Resin : European  Polymer  Journal,    Vol. 43, Hal. 1168-1178.
Industrial  Mineral  and  Their  Uses  :  A Handbook  &  Formulary. New Jersey : Noyes Publication, 1996. Kisin,  Srdjan,  2006.  Adhesion Changes at
Metal–Polymer Inter-faces:
Study  of  the  Copper–(Acrylonitrile– Butadiene–Styrene)  System, Master Thesis,  Netherlands :  Materials and  Interface  Chemistry  (SMG), Department
of Chemical Engineering and Chemistry, Eindhoven University of Technology. Morton  International,  1988. LP-Epoxy Resins, Technical Catalogue . Conventry, UK: Morton International Ltd.
Navale,  S.B,  dkk.,  2004. Effect  of Additives  on  Liner  Properties  of Case Bonded Composite Propellant, Defence Science Journal, Vols. 54, No. 3, Hal. 353-359.
Nelson,  R.  W.,  dkk.,  2000. Errosion Resistant-Low  Signature  Liner  for
Solid  Propellant  Rocket  Motor.
6,054,521 United States of America. Pizzi, A and Mittal, K.L., 2003. Handbook of  Adhesive  Technology, 2nd Edition, Revised & Expanded, New Yorl : Marcel Dekker.
Rodic, Vesna, 2007. Case Bonded System for  Composite  Solid  Propellant ,
Scientific  Technical  Review,  Vol. LVII, No. 3-4, Hal. 77-82.
Rohman,  Fathur,  2011. Aplikasi  Liner dengan  Metode  Lining  pada  Motor Roket  Case  Bonded ,  PUSPITEK,
Serpong, Seminar  Nasional IPTEK Dirgantara  Nasional  Lapan  ke-15, Hal. 100-106.
Sayles, D.C., 1993. Cloth-Line Interceptor Motor Insulation for Strong Insulation-to-Propellant  Interlock. 5,209,879 United States of
America.
Sutton,  G.  P.  And  Biblarz,  Oscar,  2001. Rocket  Propulsion  Elements ,  7th Edition,  New  York,  John  Wiley  & Son.