4nalisiv

Terma/ don Struktur Mikro Magnet Komposit Berbasiv Heksaferit dengan Matriks Karet A/am (Sudirman)

ANAL ISIS TERMAL DAN STRUKTUR MIKRO MAGNE1KOMPOSIT BERBASIS HEKSAFERIT

DENGAN MATRIKS KARET ALAM

BATANSudirmanl, Ridwanl, Mujamilah1 , Waluyo Trijono2

Pusat Penelitian dan Pengembangan I/mu Pengetahuan dan Teknologi BahanKawasan PUSPfPTEK Serpong, Tangerang 15314

1 Metalurgi, Fakultas Teknik -Uf, Kampus Baru Uf, Depok

ABSTRAK

ANALISIS TERMAL DAN STRUI\TUR MIKRO MAGNET KOMPOSIT BERBASISHEKSAFERIT DENGAN MATRIKS KARET ALAM. Telah dilakukan analisis termal clan struktur mikromagnet komposit berbasis haksaferit dengan matriks karet alam untuk mengetahui unjuk kerjanya. Magnetkomposit berbasis heksaferit dengan matriks karet alam banyak menunjang industri mainan clan alat listrik rumahtangga karena sifat magnet yang sesuai, harga murah, ringan clan tidak kaku (rigid). Magnet komposit berbasishaksaferit dengan matriks karet alam disintesis dengan metoda blending yaitu mencampurkan serbuk heksaferitSrM (SrFelZOI9) atau BaM (BaFe1ZOI9) dengan variasi komposisi karet alam 30% -70% vivo Komposit yangdiperoleh dianalisis sifat termalnya (pengukuran DTA/TGA) clan dikarakterisasi struktur mikro (pengukuranSEM) Hasil pengamatan menunjukkan bahwa karet alam mengalami penggembungan (swelling) optimal padatemperatur 181,17 °C Unjuk kerja komposit magnet dibatasi oleh perubahan sifat matriks karet alam yangterdekomposisi pada temperatur :f: 400 °C. Pada pelepasan molekul karet alam yang terjebak didalam kompositmaka komposit berbasis HaM lebih sulit dibandingkan dengan komposit berbasis SrM, hal ini dikarenakanstruktur mikro BaM lebih seragam clan sebaran partikellebih homogen didalam matriks kompositnya dibandingkandengan SrM.

Kala kunci ..DTA/TGA, SEM, heksaferit, karet alam, magnet komposit.

ABSTRACT

THERMAL ANALYSIS AND MICROSTRUCTURE OF HEXAFERRITE BASED MAGNETCOMPOSITE WITH NATURAL RUBBER MATRIX. Thermal and microstructure analyses of hexaferritebased on composite magnets with natural rubber matrix have been done to investigate their performance. Suchmagnets play an important role in the toy and house-hold industries because of their suitable magnetic properties,low cost, lightness and flexibility. The composite magnets were synthesized by blending the ferrite powder andnatural rubber at composition 30% -70% rubber volume. The microstructure and thermal behaviour of thecomposite were examined by using SEM and DTA/TGA. The result show that the natural rubber swelling isoptimally at 181,17 °C, which is the recommended top condition for blending. The performance magnetcomposite is limited by the change of natural rubber properties which decompose at temperature around 400 °C.In the decomposition process, the natural rubber molecule traped in a composite system based on BaM is moreditlicult are more compared to the composite system based on SrM because the BaM system particle microstruc-ture and its distribution more homogeneous.

Key wordY: DTA/TGA, SEM, hexaferrite, natural rubber, composite magnet.

PENDAHULUAN

Bahan magnet konvensional disintesis denganmetoda ca.sting dan .\'intering, dengan menggunakanbahan baku terbuat daTi bahan logam. Oleh sebab itubahan magnet tersebut memiliki kelebihan pacta sifat

magnetnya tetapi beberapa kekurangan juga didapati,seperti : berat, rapuh dan harganya cukup mahal[l].Kebanyakan polimer mempunyai sifat relatif ringan danmurah dibandingkan dengan bahan logam, disampingitu polimer dapat berfungsi sebagai pengikat dalam

pembuatan komposit. Untuk meminimalkan kekuranganpada bahan magnet konvensional maka disintesis bahanmagnet dalam bentuk komposit dengan matriks polimer,seperti karet alam [2,3].

Berkembangnya industri mainan clan makintingginya pemakaian Blat listrik rornah tangga memberikanpeluang yang baik pada pengembangan clan produksikomposit magnet. Data Biro Pusat Statistik (BPS)menunjukkan bahwa dalam industri rnainan aDak, nilai

13

Vol. 2 No.1, Oktober 2000, hal: 13 -17ISSN: 1411-1098

Jumal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science

Tata Kerja

Magnet komposit berbasis heksaferit denganmatriks karet alam disintesis dengan komposisi yangtelah ditentukan, yaitu fraksi volume heksaferit sebesar30%, 40%, 50%, 60% dan 70%. Sejumlah karet alamdimasukkan ke dalam Labo Platomill pada suhu 100°Cselama 5 menit dengan rpm 30. Sambil digilingditambahkan seIbuk heksaferit berupa SrFe12 °19 atau BaFel2O19 perlahan-lahan sesuai dengan komposisi yangtertentukan sehingga diperoleh basil gilingan berupakomposit magnet. Hasil gilingan yang diperolehselanjutnya dibuat lembaran film komposit magnetdengan hot-press dan cold-press.

Selanjutnya dilakukan pengujian termal denganDTAfTGA, dalam kondisi atmosfer gas argon sampaitemperatur 600 °C. Diperoleh kurva saluran heat flowterhadap temperatur. Pengujian termal ini dilakukan padabahan-bahan awal (serbuk SrM, BaM clan karet alam)dan bahan kompositnya.

Struktur mikro diamati dengan SEM. Untuk itubahan magnet komposit dipotong dalam media nitrogencair berukuran 0,5 cm x 0,5 cm. Kemudian pada posisitampang lintang di atas dipasang pada pemegang sampel(stub), lain dilakukan pelapisan tipis dengan emas.

BASIL DAN PEMBAHASAN

total penjualan produk magnet lokal sebesar Rp.24.376.000,-. sedangkan penjualan produk magnet untukindustri alat listrik rumah tangga, adalah sebesarRp. 1.078.285.000,- [4]. Dalanlaplikasidi industri tersebutsifat magnetik dari magnet komposit tidak perlu tinggi.Oleh sebab itu, pemakaian polimer sebagai matriks yangberfungsi sebagai binder (perekat) dapat diterapkansehingga akan diperoleh magnet komposit yang ringan,fleksibel dan murah. Perkembangan produksi magnetkomposit berbasis heksaferit lebih baik dibandingkandengan magnet komposit lain. Di Negara China, nilaipenjualan komposit magnet berbasis heksaferit (US $ 52juta ) lebih tinggi daripada komposit magnet berbasis

NdFeB (US $13,5 juta) [5].Pada penelitian ini akan dilakukan sintesis mag-

net komposit betbasis heksaferit dengan perekat berupakaret alam, mengingat Indonesia dikenal sebagai salahsatu penghasil karet alam yang besar dengan produksisekitar 1,4 juta ton per tahun [6]. Dari hasil sintesis bahanmagnet komposit tersebut akan dianalisis sifat termal danstrukturmikronya. Dalam aplikasinya, bahan magnetkomposit yang telah disintesis, didominasi olehperubahan sifat dari elastomer (karet alam). Sementaraitu sifat dari elastomer sangat berhubungan dengankondisi lingkungannya, seperti suhu, kelembaban danradiasi. Pengaruh lingkungaI1 tersebut akan menyebabkanperubahan sifat fisik, magnetik daD mekaniknya.

Hasil dari sintesis dan modifikasi ini jika berhasil,diharapkan dapat memberikan alternatif pilihan terhadap

bahan magnet sehingga ketergantungan pengadaannyamelalui import dapat ditekan serendah mungkin. Dalam

pengembangan selanjutnya diharapkan dapat diperolehproduk-produk magnet yang memiliki kinerja yang lebihbaik dan lebih aplikatif, khususnya, untuk industri mainandan industri alat listrik rumah tangga.

METODOLOGI

Bahan

Pada penelitian ini digunakan jenis heksaferitSrFel2O19 (SrM) atau Ba Fe12019 (BaM) yang diperolehdari pabrik PT. Surnimagne Utarna -Cilegon, Jawa Barat.Karet alam yang digunakan berbentuk lembaran.

Analisis termal

Hasil pengukuran tennal dilakukan dengan DT AITGA dan diperoleh basil seperti pacta terlihat pactaGambar I untuk sampel serbuk SrM (SrFe,2OI9)'Gambar 2 untuk sampel serbuk BaM (BaFe12OI9) danGambar 3 menggambarkan pengukuran tennal untukKaret Alam. Kurva TGA menunjukkan bahwa untuksenyawa dalam bentuk oksida (Gambar I dan Gambar 2)tidak tetjadi perubahan rnassa sampai temperatur 600 °C,artinya perubahan massa tetjadi pacta temperatur yanglebih tinggi (diatas 600 °C). Hal ini sesuai dengandiagram rasa sistem BaO-Fep3 dan SrO-Fe2O3' dimanaBaM dan SrM masing-masing terbentuk pacta temperatur:t 1400 °C dan .t.1300 °C [7].Untuk kurva DTA, pada SrM terdapat 2 (dua) puncakendotennis pada 142,33 °C dan 308,20 °C. Kedua puncaktersebut menggambarkan proses yang te1ah dikenakanketika serbuk SrM dibuat di pabriknya, dimana padatemperatur 142,33 °C kemungkinan terjadi penguapan dari

pe1arut yang te1ah digunakan sedangkan pada temperatur308,20 °C disebabkan adanya penguapan aditif yangditambahkan pada proses pembuatannya. Hal yang sarnajuga terjadi pada BaM yang berasal dari pabrik yang

sarna, dimanapada temperatur 124,27 °Ckemungkinantetjadi penguapan pe1arut yang te1ah digunakan dan padatemperatur 238,90 °C menunjukkan adanya penguapanaditif yang ditambahkan pacta pembuatan BaM

(BaFeI2OI9)'

Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian iniadalah: timbangan analitik, Labo Plastomill Toyoseiki 30R 150 pacta Laboratorium Teknologi Industri, P3TIR-BATAN, Jakarta. DTA/TGA Setaram Tag 21 pacta

laboratorium Bidang Bahan Industri, P3IB-BATAN,Serpong dan SEM Philips 515 pacta laboratorium Bidang

Bahan Industri, P3IB-BATAN, Serpong.

14

Anal;'f;'f Termal dan Struktur Mikro Magnet Kompo.fit Berba.fis Hek.faferit dengan Matriks Karet Alam (Sudirman)

Gambar J. Kurva TOA dan DTA serl,uk SrM (SrFelZO,,).

Gambar 1. Kurva TGA dan DTA serbuk BaM (BaFeI20,,)

Gambar 3. Kurva TGA clan DTA karet alam

Gambar 4. Kurva TGA dan DTA komposit magnet dengankomposisi SrM A. 30 %, B. 40 %, C. 50 %, D. 70 %

Kurva TGA karet alam (Ganlbar 3) menunjukkanadanya temperatur dekomposisi yaitu sekitar 400 "C.Artinya pacta temperal.lir tersebut, karet alam mengalanupembakaran dengan sisa karbon yang tertinggal pactatemperatur tersebut. Kurva DTA menunjukkan bi:!hwakaret alam meleleh pacta temperal.lir 181,17 "C, artinyaproses penggembungan (.~e//il1g) karet alam melaluipemanasan terjadi secara optimal pacta suhu 181,17 "C,

sehingga dispersi (interaksi) padat-padat mencapai op-timal pacta temperatur tersebut.

Pacta Gambar 4A-D menunjukkan hasil

15

Vol. 2 No. Oktober 2000, hat: 13 -17ISSN: 1411-1098

Jurnal Sains Materi IndonesiaInd(}ne.~ian Journal ofMateriaL~ Science

pengukuran DTAffGA untuk fraksi volume, v/v SrMdidalmn komposiulya dengan matriks karet alam dari 30%sampai dengan 70%.

Kurva TGA men~jukkan bahwa sifat tcrmaln1ag-net komposit yang terbentuk antara serbuk SrM dan karetalam dipengaruhi oleh sifat termal karet alamo Hal iniditunjukkan dengan menurunnya kurva TGA pactatemperatur:t 370 "C (Gambar 4), artinya penggunaanmagnet komposit dibatasi oleh karet alaIll sebagai matriks.Bila kurva TGA magnet komposit dibandingkml dengankurva TGA karet alam murni, terlihat bahwa gradien(kemiringan) kurva penurunan masa pacta temperatur:t 370 "C pacta magnet kompositlebih kecil dibandingkaIldengan gradien kurva TGA karet a.lam bebas (IihatGaInbar 3), artinya pelepasan karet alan1 di dalam magnetkomposit lebih sulit dibandingkan karet alam bebas.

Kurva DTA memperlihatkan adanya 3 (tiga)puncak endotemlis. Puncak endotemus pertama berasal

dari penguapan pelarut yang terjadi pacta temperaturdibaw,th ISO "C. Puncak endoternus kedua, kemungkinanberasal dati penguapan aditifyang digunakan dan terjadipacta temperatur dibawah 325 °C. Sedangkan puncakendotennis ketiga pada temperatur :t 420 "C, kemungkinanberasal dari pengtlapan karet alam yang terjebak di dalamkomposit magnet. Hal ini menunjukkan bahwa denganbertambahnya kandungan SrM, luas puncakendotennisnya semakin keciltetapi senlakin tajam karenakaret alam yang terjebak jumlahnya semakin sedikit.Sedangkan tajamnya kurva menggambarkan semakinbanyak serbuk SrM (SrFe,2O,9) sehingga penguapan

Untuk serbuk heksaferit yang lain, BaM jugamengalami hal yang sanla seperti SrM. Hasil pengukurantermal diperlihatkan pada Gambar 5.Gambar 5 A menunjukan basil pengukuran termal untukmagnet komposit dengan komposisi BaM 30 % v/v,Gambar 5B untuk komposisi BaM 40 % v/v daDGambar 5C komposit magnet dengan kandunganBaM50%v/v.

Kurva TGA pada Gambar 5 menunjukkan bahwamatriks karet alam dengan berbagai komposisi BaMmengalami degmrlasi pada temperatur:!: 370 .C. Dari kurvaDT A, diperoleh 3 (tiga) puncak endotermis yaitu pertamapuncak endotermis pacta temperatur :!: 150 .C yangdisebabkan oleh penguapan pelarut yang digunakandalanl proses pembuatan BaM(BaFe12O19). Puncakendotermis kedua terjadi pacta temperatur :!:320 'C,disebabkan oleh penguapan aditif yang ditambahkandalam pembuatan BaM (BaFeI2O19)' Puncak endotermisketiga yang terjadi pacta temperatur :!: 420 .Cmenggalnbarkan kemungkinan pelepasan (degradasi) darikaret alam yang terjebak didalam komposit magnetnya.

Puncak endotermis ketiga bukan merupakantransisi curie karena senadainya puncak tersebutmerupakan temperatur curie maka tidak akan dapatteranlati dengan baik oleh DT A, mengingat temperaturcurie merupakan second order reaction. Selain itu bilapuncak endotermis ketiga dianggap menggambarkanfenomena orientasi serbuk heksaferit baik SrM maupunBaM, seperti monoferit nlaka hal ini tidak mungkin terjadipacta temperatur tersebut, mengingat perubahan orientasipacta serbuk heksaferit SrM dan BaM terjadi pactatemperatur diatas 750.C [7J.

Dari analisis tennal yang dilakttkan pacta kompositmngnet heksaferit ini, diperoleh gambaran bahwapem~tk~linn komposit magnet dibntasi oleh sifat elastomer

(k~lret alnm) yang digunakan, artinya komposit magnetini tidak dapat dipakai pacta temperatur diatas 370 "C,sedangk~}I} proses blending dapat dilakukan pada

Icmper~}tur l8l,17"C.

16

Analisis Termal don Struktur MikroMagnet Komposit Berbasis Heksaferitdengan Matriks KaretAlam(Sudirman)

KESIMPULANPembuatan komposit magnet dipengaruhi oleh

bentuk serbuk heksaferit SrM dan BaM,juga oleh prosespengembungan (swelling) dari matriks berupa karet alamoKaret alam dapat digunakan sebagai binder didalam

komposit magnet dengari swelling optimal pactatemperatur 181,17 °C. Pada penelitian ini, prosesblending dilakukan pacta temperatur 100 °C dan sifat

komposit magnet yang diperoleh kurang optimal, olehsebab itu disarankan proses blending dilakukan pactatemperatur 181,17 °C. Unjuk kerja komposit magnetberbasis heksaferit dengan matrik karet alam dibatasi olehsifat termal dari karet alam, yaitu tidak melebihi temperatur370°C.Struktur mikro

Degradasi (temperatur dekomposisi) karet alamdi dalam magnet komposit akibat pemanasan dipengaruhioleh ukuran partikel clan sebaran serbuk BaM clan SrM.Dari hasil struktur mikro, komposit berbasis BaM

mempunyai temperatur dekomposisi lebih tinggidibandingkan komposit berbasis SrM, karena serb ukBaM lebih seragam clan sebaran partikel didalam matrikslebih homogen dibandingkan komposit berbasis serbukSrM.

Perbandingan antara temperatur dekomposisimagnet konposit berbasis SrM dan SaM, ditunjukkanpada Gambar 6. Magnet komposit berbasis SaMmempunyai temperatur dekomposisi (degradasi karetalam) yang lebih tinggi dibandingkan dengan kompositmagnet berbasis SrM. Hal ini disebabkan oleh partikelserbuk SaM yang lebih seragam dan sebamnnya di dalammatriks lebih homogen dibandingkan partikel serbuk SrM,seperti d iperl ihatkan pada Gambar 7.

DAFTARACUAN

[1]

[2]

[3]

[4][5]

[6]

[7]

Gambar 7. Strukturmikro (SEM) komposit magnetdengan matriks karet alam dengan komposisi 40 % v/vuntuk ; A Serbuk BaM ; B Serbuk SrM

[8]

ZBIGNIEW D. JASTRZEBSKI, The Nature andProperties of Engineering Materials, 2nd edition,(1997) p.336-339.RICHARD BRADLEY, Radiation TechnologyHandbook, Marcel Dekker Inc., New York, (1984).MASCIA L., Thermoplastics, Materials Engineer-ing, Elsevier Applied Science, London, (1989) 52.Biro Pusat Statistik, Jakarta, 1997.MIYAHARA, Ferrite Permanent Magnet Indus-try for Card & Tape Application, Dai Nihon InkiChemical Company, 2nd International Symposiumon Magnetic Industry, China, (1999) p.67- 73.BENYAMIN M.W., Handbook of ThermoplasticElastomer, Van Norstand Rein Company, New York,

(1989).KOJIMA, H., Fundamental properties OfHexago-nal Ferrites With Magnetoplumbite Structure,North-Holland Publishing Company, Holland, (1982)

p.305-308.WALUYO T., SUDIRMAN, RIDWAN, A.HERMAN Y., Sifat Mekanik Komposit Magnetberbasis Heksaferit SrFeJl0J9 dan Ba FeJl0J9Dengan Perekat Karet A/am (akan dipublikasikanpada Jumal SainsMateri Indonesia).

Dari kedua gambar hasil pengukuran dengan SEM(Gambar7), terlihat bahwa partikel BaM lebih tersebar

secara merata didalam matriks komposit magnetdibandingkan partikel SrM. Disamping itu, ukuran partikel

BaM sebesar I ,2 ~lm lebih kecil dibandingkan ukuran

partikel SrM yang sebesar I ,6 ~m, sehingga partikel

serbuk BaM lebih terikat oleh molekul karet alam [8].

1'1