Perpustakaan Digital ITB

Multi-wall Carbon Nanotube (MWCNT) memiliki sifat mekanik yang sangat tinggi sehingga berpotensi menjadi penguat dalam komposit polimer. Namun hasil-hasil penelitian yang ada menunjukkan bahwa sifat mekanik nanokomposit MWCNT/polimer cenderung lebih rendah daripada komposit konvensional misalkan serat karbon/epoksi. Sebagai perbandingan, modulus elastisitas dan kuat tarik nanokomposit MWCNT/polimer bernilai 1-2 GPa dan kurang dari 100 MPa, sedangkan modulus elastisitas dan kuat tarik komposit serat karbon/epoksi bernilai 5-10 GPa dan lebih dari 100 MPa. Upaya untuk meningkatkan sifat mekanik nanokomposit MWCNT/polimer dengan hanya menambah fraksi MWCNT tidak dapat dilakukan. Pada nanokomposit MWCNT/epoksi, peningkatan sifat mekanik secara linier terjadi ketika persen berat MWCNT kurang dari 2%, sedangkan pada persen berat diatas 2% cenderung menyimpang dari rule of mixture (RoM) atau bahkan turun. Penurunan sifat mekanik tersebut disebabkan oleh 2 masalah utama yaitu dispersi dan ikatan antarmuka. Dispersi MWCNT rendah karena kecenderungannya membentuk struktur aglomerat. Aglomerat yang berukuran besar dapat menimbulkan void dan menyebabkan luas bidang permukaan antarmuka rendah. Selain itu, MWCNT sulit bereaksi sehingga menghasilkan kekuatan ikatan antarmuka yang rendah. Kedua hal ini menyebabkan transfer gaya menjadi tidak maksimal. Oleh sebab itu, untuk menghasilkan peningkatan sifat mekanik nanokomposit MWCNT/epoksi perlu penanganan masalah dispersi dan ikatan antarmuka. Penelitian ini dilakukan untuk mengkaji upaya peningkatkan sifat mekanik nanokomposit MWCNT/epoksi hingga persen berat MWCNT 5% melalui perbaikan ikatan antarmuka dan reduksi ukuran aglomerat. Untuk itu dilakukan empat tahapan penelitian. Tahap pertama adalah pembersihan dan ultrasonikasi untuk menghilangkan material pengotor (katalis logam, karbon amorf) dan memperkecil aglomerat MWCNT. Tahap kedua adalah peningkatan ikatan antarmuka MWCNT-epoksi melalui fungsionalisasi amina dan precuring. Tahap ketiga adalah mengatasi masalah manufaktur berupa Degree of Cure (DoC) dan reaksi kompetisi melalui post-curing. Tahap keempat adalah mencegah terjadinya re-aglomerasi dengan pendinginan cepat serta penyortiran aglomerat dengan sieving. Pembersihan menggunakan larutan asam (H2SO4 / HNO3) berhasil menurunkan kandungan pengotor pada MWCNT. Selain itu, pembersihan juga menghasilkan gugus karboksilat (-COOH) pada dinding MWCNT yang berperan dalam meningkatkan sifat antarmuka. Ultrasonikasi menyebabkan dispersi MWCNT semakin baik sehingga ukuran aglomerat menjadi lebih kecil. Hal ini menghasilkan luas bidang antarmuka semakin tinggi. Oleh sebab itu, perlakuan pembersihan dan ultrasonikasi berhasil meningkatkan sifat mekanik nanokomposit MWCNT/epoksi. Fungsionalisasi dengan acrylamide berhasil membentuk gugus amina (–NH2) pada dinding MWCNT. Precuring menyebabkan gugus amina tersebut bereaksi dengan oksiran (epoksi) menghasilkan ikatan antarmuka. Disamping itu, precuring juga menyebabkan gugus karboksilat pada MWCNT bereaksi dengan oksiran membentuk ikatan antarmuka. Oleh sebab itu, perlakuan acrylamide dan/atau precuring berhasil meningkatkan sifat mekanik terutama pada nanokomposit dengan 5% berat MWCNT. Metode post-curing berhasil meningkatkan ikatan antarmuka MWCNT-epoksi non-precuring. Hal ini terjadi karena rentang waktu pembentukan ikatan antarmuka lebih lama. Kondisi ini menyebabkan jumlah ikatan antarmuka yang terjadi semakin banyak sehingga terjadi peningkatan sifat mekanik nanokomposit MWCNT/epoksi. Metode pendinginan cepat berhasil mencegah re-aglomerasi walaupun belum mampu meningkatkan sifat mekanik nanokomposit. Hal ini disebabkan reduksi ukuran aglomerat yang dihasilkan tidak signifikan. Reduksi ukuran aglomerat yang signifikan berhasil diperoleh melalui metode sieving. Ukuran aglomerat yang semakin kecil menyebabkan luas bidang antarmuka MWCNT-epoksi semakin tinggi sehingga meningkatkan kekuatan antarmuka. Hal ini menyebabkan perlakuan sieving berhasil meningkatkan sifat mekanik nanokomposit MWCNT/epoksi.