jurmal magnet

1. 4nalisiv
Terma/don Struktur Mikro MagnetKompositBerbasivHeksaferitdenganMatriks KaretA/am (Sudirman)
ANAL ISIS TERMAL DAN STRUKTUR MIKRO MAGNE1
KOMPOSIT BERBASIS HEKSAFERIT
DENGAN MATRIKS KARET ALAM
BATAN
Sudirmanl, Ridwanl, Mujamilah1 ,Waluyo Trijono2
Pusat Penelitian dan PengembanganI/mu Pengetahuan dan Teknologi Bahan
Kawasan PUSPfPTEK Serpong, Tangerang 15314
1Metalurgi, Fakultas Teknik-Uf, Kampus Baru Uf, Depok
ABSTRAK
ANALISIS TERMAL DAN STRUITUR MIKRO MAGNET KOMPOSIT BERBASIS
HEKSAFERIT DENGAN MATRIKS KARET ALAM. Telah dilakukan analisis termal clan struktur mikro
magnet komposit berbasis haksaferit dengan matriks karet alam untuk mengetahui unjuk kerjanya. Magnet
komposit berbasisheksaferit denganmatriks karet alam banyakmenunjang industri mainan clanalat listrik rumah
tangga karena sifat magnetyang sesuai,harga murah, ringan clantidak kaku (rigid). Magnet komposit berbasis
haksaferitdengan matriks karet alam disintesis denganmetoda blending yaitu mencampurkan serbuk heksaferit
SrM (SrFelZOI9)atau BaM (BaFe1ZOI9)dengan variasi komposisi karet alam 30% -70% vivoKomposit yang
diperoleh dianalisis sifat termalnya (pengukuran DTA/TGA) clan dikarakterisasi struktur mikro (pengukuran
SEM) Hasil pengamatanmenunjukkan bahwa karet alam mengalami penggembungan (swelling) optimal pada
temperatur 181,17 °C Unjuk kerja komposit magnet dibatasi oleh perubahan sifat matriks karet alam yang
terdekomposisipada temperatur:f:400 °C. Pada pelepasanmolekul karetalam yang terjebak didalam komposit
maka komposit berbasis HaM lebih sulit dibandingkan dengan komposit berbasis SrM, hal ini dikarenakan
struktur mikro BaM lebih seragamclansebaranpartikellebih homogendidalammatriks kompositnya dibandingkan
denganSrM.
Kala kunci ..DTA/TGA, SEM, heksaferit, karet alam, magnetkomposit.
ABSTRACT
THERMAL ANALYSIS AND MICROSTRUCTURE OF HEXAFERRITE BASED MAGNET
COMPOSITE WITH NATURAL RUBBER MATRIX. Thermal and microstructure analysesof hexaferrite
basedon composite magnetswith natural rubber matrix have beendone to investigate their performance. Such
magnets play an important role in the toy and house-holdindustriesbecauseof their suitablemagnetic properties,
low cost, lightnessand flexibility. The composite magnets were synthesized by blending the ferrite powder and
natural rubber at composition 30% -70% rubber volume. The microstructure and thermal behaviour of the
composite were examined by using SEM and DTA/TGA. The result show that the natural rubber swelling is
optimally at 181,17 °C, which is the recommended top condition for blending. The performance magnet
composite is limited by the change of naturalrubber propertieswhich decomposeat temperaturearound 400 °C.
In the decomposition process,the natural rubber moleculetraped in a composite systembasedon BaM is more
ditlicult aremore comparedto the composite systembasedon SrM becausethe BaM systemparticle microstruc-
ture and its distribution more homogeneous.
Key wordY: DTA/TGA, SEM, hexaferrite, natural rubber,composite magnet.
PENDAHULUAN
Bahan magnet konvensional disintesis dengan
metoda ca.sting dan .'intering, dengan menggunakan
bahan baku terbuat daTi bahan logam. Oleh sebabitu
bahan magnet tersebut memiliki kelebihan pactasifat
magnetnya tetapi beberapa kekurangan juga didapati,
seperti : berat, rapuh dan harganya cukup mahal[l].
Kebanyakanpolimer mempunyai sifatrelatif ringan dan
murah dibandingkan dengan bahan logam, disamping
itu polimer dapat berfungsi sebagai pengikat dalam
pembuatankomposit. Untuk meminimalkan kekurangan
padabahan magnetkonvensional maka disintesis bahan
magnetdalambentukkomposit denganmatriks polimer,
sepertikaretalam [2,3].
Berkembangnya industri mainan clan makin
tingginyapemakaianBlatlistrik rornahtanggamemberikan
peluang yang baik pada pengembanganclan produksi
komposit magnet. Data Biro Pusat Statistik (BPS)
menunjukkanbahwadalam industri rnainan aDak,nilai
13

2. Vol. 2 No.1, Oktober 2000,hal: 13 -17
ISSN: 1411-1098
JumalSainsMateriIndonesia
IndonesianJournal ofMaterialsScience
Tata Kerja
Magnet komposit berbasis heksaferit dengan
matriks karet alam disintesis dengan komposisi yang
telah ditentukan, yaitu fraksi volume heksaferit sebesar
30%, 40%, 50%, 60% dan70%. Sejumlah karet alam
dimasukkan ke dalam Labo Platomill pada suhu 100°C
selama 5 menit dengan rpm 30. Sambil digiling
ditambahkanseIbukheksaferitberupa SrFe12°19 atauBa
Fel2O19perlahan-lahan sesuaidengan komposisi yang
tertentukan sehingga diperoleh basil gilingan berupa
komposit magnet. Hasil gilingan yang diperoleh
selanjutnya dibuat lembaran film komposit magnet
denganhot-press dan cold-press.
Selanjutnya dilakukan pengujian termal dengan
DTAfTGA, dalam kondisi atmosfer gas argon sampai
temperatur 600 °C. Diperoleh kurva saluran heatflow
terhadaptemperatur.Pengujiantermal ini dilakukan pada
bahan-bahan awal (serbuk SrM, BaM clan karet alam)
danbahankompositnya.
Struktur mikro diamati denganSEM. Untuk itu
bahanmagnetkomposit dipotong dalam media nitrogen
cair berukuran 0,5 cm x 0,5 cm. Kemudian pada posisi
tampanglintang di atasdipasangpadapemegangsampel
(stub), lain dilakukan pelapisantipis denganemas.
BASIL DAN PEMBAHASAN
total penjualan produk magnet lokal sebesar Rp.
24.376.000,-.sedangkanpenjualanproduk magnetuntuk
industri alat listrik rumah tangga, adalah sebesar
Rp. 1.078.285.000,-[4]. Dalanlaplikasidi industritersebut
sifat magnetik dari magnetkomposit tidak perlu tinggi.
Oleh sebabitu, pemakaianpolimer sebagaimatriks yang
berfungsi sebagai binder (perekat) dapat diterapkan
sehinggaakan diperoleh magnetkomposit yang ringan,
fleksibel dan murah. Perkembangan produksi magnet
komposit berbasis heksaferit lebih baik dibandingkan
dengan magnet komposit lain. Di Negara China, nilai
penjualankomposit magnetberbasisheksaferit(US $ 52
juta ) lebih tinggi daripada komposit magnet berbasis
NdFeB(US $13,5 juta) [5].
Padapenelitian ini akandilakukan sintesis mag-
net komposit betbasis heksaferitdengan perekatberupa
karet alam, mengingat Indonesia dikenal sebagaisalah
satu penghasil karet alam yang besar denganproduksi
sekitar 1,4juta tonper tahun [6]. Dari hasilsintesisbahan
magnetkomposit tersebutakandianalisis sifattermal dan
strukturmikronya. Dalam aplikasinya, bahan magnet
komposit yang telah disintesis, didominasi oleh
perubahansifat dari elastomer (karet alam). Sementara
itu sifat dari elastomer sangat berhubungan dengan
kondisi lingkungannya, seperti suhu, kelembaban dan
radiasi.PengaruhlingkungaI1tersebutakanmenyebabkan
perubahansifat fisik, magnetik daDmekaniknya.
Hasil dari sintesisdan modifikasi ini jika berhasil,
diharapkan dapatmemberikanalternatifpilihan terhadap
bahan magnetsehingga ketergantunganpengadaannya
melalui import dapatditekan serendahmungkin. Dalam
pengembanganselanjutnya diharapkan dapatdiperoleh
produk-produk magnetyang memiliki kinerja yang lebih
baik dan lebihaplikatif, khususnya,untukindustri mainan
dan industri alat listrik rumah tangga.
METODOLOGI
Bahan
Pada penelitian ini digunakan jenis heksaferit
SrFel2O19(SrM) atauBa Fe12019(BaM) yang diperoleh
dari pabrikPT. SurnimagneUtarna-Cilegon, JawaBarat.
Karetalam yang digunakan berbentuklembaran.
Analisis termal
Hasilpengukurantennal dilakukan denganDTAI
TGA dan diperoleh basil seperti pacta terlihat pacta
Gambar I untuk sampel serbuk SrM (SrFe,2OI9)'
Gambar 2 untuk sampel serbuk BaM (BaFe12OI9)dan
Gambar 3 menggambarkan pengukuran tennal untuk
Karet Alam. Kurva TGA menunjukkan bahwa untuk
senyawadalam bentukoksida(Gambar I danGambar2)
tidak tetjadi perubahanrnassasampaitemperatur600°C,
artinya perubahanmassatetjadi pactatemperatur yang
lebih tinggi (diatas 600 °C). Hal ini sesuai dengan
diagram rasa sistem BaO-Fep3 danSrO-Fe2O3'dimana
BaM danSrM masing-masingterbentukpactatemperatur
:t 1400°C dan .t.1300°C[7].
Untuk kurva DTA, pada SrM terdapat 2 (dua) puncak
endotennispada142,33°Cdan 308,20°C. Keduapuncak
tersebut menggambarkanprosesyang te1ahdikenakan
ketika serbuk SrM dibuat di pabriknya, dimana pada
temperatur142,33°Ckemungkinanterjadipenguapandari
pe1arutyangte1ahdigunakansedangkanpadatemperatur
308,20 °C disebabkan adanya penguapan aditif yang
ditambahkanpadaprosespembuatannya.Halyang sarna
juga terjadi pada BaM yang berasal dari pabrik yang
sarna,dimanapada temperatur 124,27°Ckemungkinan
tetjadi penguapanpe1arutyang te1ahdigunakan danpada
temperatur 238,90 °Cmenunjukkan adanyapenguapan
aditif yang ditambahkan pacta pembuatan BaM
(BaFeI2OI9)'
Alat
Peralatanyang digunakan dalam penelitian ini
adalah:timbangan analitik, Labo Plastomill Toyoseiki30
R 150 pacta Laboratorium Teknologi Industri, P3TIR-
BATAN, Jakarta. DTA/TGA Setaram Tag 21 pacta
laboratorium Bidang Bahan Industri, P3IB-BATAN,
SerpongdanSEM Philips 515pactalaboratoriumBidang
BahanIndustri, P3IB-BATAN, Serpong.
14

3. Anal;'f;'f Termal dan Struktur Mikro Magnet Kompo.fit Berba.fisHek.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 dengan
komposisi SrM A. 30 %, B. 40 %, C. 50 %, D. 70 %
Kurva TGA karetalam(Ganlbar 3)menunjukkan
adanya temperatur dekomposisi yaitu sekitar 400 "C.
Artinya pactatemperal.lirtersebut,karetalam mengalanu
pembakaran dengan sisa karbon yang tertinggal pacta
temperatur tersebut. Kurva DTA menunjukkan bi:!hwa
karet alam meleleh pactatemperal.lir 181,17"C,artinya
proses penggembungan (.~e//il1g) karet alam melalui
pemanasanterjadi secaraoptimal pactasuhu 181,17"C,
sehingga dispersi (interaksi) padat-padatmencapaiop-
timal pactatemperaturtersebut.
Pacta Gambar 4A-D menunjukkan hasil
15

4. Vol.2 No. Oktober 2000, hat: 13 -17
ISSN: 1411-1098
Jurnal SainsMateri Indonesia
Ind(}ne.~ianJournal ofMateriaL~ Science
pengukuran DTAffGA untuk fraksi volume, v/v SrM
didalmnkomposiulyadenganmatriks karetalamdari 30%
sampaidengan70%.
Kurva TGA men~jukkan bahwasifattcrmaln1ag-
netkomposityangterbentukantaraserbukSrM dankaret
alam dipengaruhi oleh sifat termal karet alamoHal ini
ditunjukkan dengan menurunnya kurva TGA pacta
temperatur:t 370 "C (Gambar 4), artinya penggunaan
magnetkompositdibatasiolehkaretalaIll sebagaimatriks.
Bila kurva TGA magnetkomposit dibandingkml dengan
kurva TGA karet alam murni, terlihat bahwa gradien
(kemiringan) kurva penurunan masa pactatemperatur
:t 370 "Cpactamagnetkompositlebih kecil dibandingkaIl
dengan gradien kurva TGA karet a.lam bebas (Iihat
GaInbar3),artinya pelepasankaretalan1di dalam magnet
komposit lebih sulit dibandingkan karet alambebas.
Kurva DTA memperlihatkan adanya 3 (tiga)
puncakendotemlis. Puncakendotemuspertamaberasal
dari penguapan pelarut yang terjadi pactatemperatur
dibaw,thISO"C.Puncakendoternuskedua,kemungkinan
berasaldati penguapanaditifyang digunakan danterjadi
pactatemperatur dibawah 325 °C. Sedangkanpuncak
endotennisketigapadatemperatur:t 420 "C, kemungkinan
berasaldaripengtlapankaretalamyangterjebakdi dalam
komposit magnet. Hal ini menunjukkan bahwa dengan
bertambahnya kandungan SrM, luas puncak
endotennisnyasemakinkeciltetapi senlakintajamkarena
karet alam yang terjebak jumlahnya semakin sedikit.
Sedangkantajamnya kurva menggambarkan semakin
banyak serbuk SrM (SrFe,2O,9)sehingga penguapan
Untuk serbuk heksaferit yang lain, BaM juga
mengalamihal yangsanlasepertiSrM. Hasil pengukuran
termal diperlihatkanpadaGambar5.
Gambar5A menunjukan basilpengukuran termal untuk
magnet komposit dengan komposisi BaM 30 % v/v,
Gambar 5B untuk komposisi BaM 40 % v/v daD
Gambar 5C komposit magnet dengan kandungan
BaM50%v/v.
Kurva TGA padaGambar5 menunjukkanbahwa
matriks karet alam dengan berbagai komposisi BaM
mengalamidegmrlasipadatemperatur:!:370.C. Dari kurva
DTA, diperoleh 3 (tiga)puncakendotermisyaitu pertama
puncak endotermis pacta temperatur :!: 150 .C yang
disebabkan oleh penguapan pelarut yang digunakan
dalanl proses pembuatan BaM(BaFe12O19).Puncak
endotermis kedua terjadi pacta temperatur :!:320 'C,
disebabkan oleh penguapan aditif yang ditambahkan
dalam pembuatanBaM (BaFeI2O19)'Puncakendotermis
ketiga yang terjadi pacta temperatur :!: 420 .C
menggalnbarkankemungkinanpelepasan(degradasi)dari
karet alamyangterjebak didalam komposit magnetnya.
Puncak endotermis ketiga bukan merupakan
transisi curie karena senadainya puncak tersebut
merupakan temperatur curie maka tidak akan dapat
teranlati denganbaik oleh DTA, mengingat temperatur
curie merupakansecond order reaction. Selain itu bila
puncak endotermis ketiga dianggap menggambarkan
fenomenaorientasi serbukheksaferit baik SrM maupun
BaM,sepertimonoferitnlakahal ini tidak mungkin terjadi
pactatemperaturtersebut,mengingatperubahanorientasi
pacta serbuk heksaferit SrM dan BaM terjadi pacta
temperaturdiatas750.C [7J.
Darianalisistennalyang dilakttkan pactakomposit
mngnet heksaferit ini, diperoleh gambaran bahwa
pem~tk~linnkomposit magnetdibntasioleh sifatelastomer
(k~lretalnm) yang digunakan, artinya komposit magnet
ini tidak dapat dipakai pactatemperatur diatas 370 "C,
sedangk~}I}proses blending dapat dilakukan pada
Icmper~}turl8l,17"C.
16

5. Analisis TermaldonStruktur MikroMagnet KompositBerbasisHeksaferitdenganMatriks KaretAlam(Sudirman)
KESIMPULAN
Pembuatankomposit magnet dipengaruhi oleh
bentukserbukheksaferitSrM dan BaM,juga olehproses
pengembungan(swelling)darimatriks berupakaretalamo
Karet alam dapat digunakan sebagai binder didalam
komposit magnet dengari swelling optimal pacta
temperatur 181,17 °C. Pada penelitian ini, proses
blending dilakukan pactatemperatur 100 °C dan sifat
komposit magnetyang diperoleh kurang optimal, oleh
sebab itu disarankan proses blending dilakukan pacta
temperatur 181,17 °C. Unjuk kerja komposit magnet
berbasisheksaferitdenganmatrik karetalam dibatasioleh
sifattermaldarikaretalam,yaitutidak melebihitemperatur
370°C.Struktur mikro
Degradasi(temperatur dekomposisi) karet alam
di dalam magnetkomposit akibatpemanasandipengaruhi
oleh ukuran partikel clansebaranserbukBaM clanSrM.
Dari hasil struktur mikro, komposit berbasis BaM
mempunyai temperatur dekomposisi lebih tinggi
dibandingkan komposit berbasis SrM, karena serbuk
BaM lebihseragamclansebaranpartikel didalam matriks
lebih homogen dibandingkan komposit berbasis serbuk
SrM.
Perbandingan antara temperatur dekomposisi
magnet konposit berbasis SrM dan SaM, ditunjukkan
pada Gambar 6. Magnet komposit berbasis SaM
mempunyai temperatur dekomposisi (degradasi karet
alam) yang lebih tinggi dibandingkan dengankomposit
magnetberbasis SrM. Hal ini disebabkanoleh partikel
serbukSaM yang lebih seragamdansebamnnyadi dalam
matrikslebih homogendibandingkanpartikelserbukSrM,
sepertidiperlihatkanpadaGambar7.
DAFTARACUAN
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Gambar 7. Strukturmikro (SEM) komposit magnet
dengan matriks karet alam dengan komposisi 40 % v/v
untuk ; A Serbuk BaM ; B Serbuk SrM
[8]
ZBIGNIEW D. JASTRZEBSKI, The Nature and
Properties of Engineering Materials, 2ndedition,
(1997)p.336-339.
RICHARD BRADLEY, Radiation Technology
Handbook, Marcel Dekker Inc., New York, (1984).
MASCIA L., Thermoplastics,Materials Engineer-
ing,ElsevierApplied Science,London, (1989) 52.
Biro PusatStatistik,Jakarta,1997.
MIYAHARA, Ferrite Permanent Magnet Indus-
try for Card & Tape Application, Dai Nihon Inki
Chemical Company,2ndInternational Symposium
on Magnetic Industry,China, (1999)p.67-73.
BENYAMIN M.W., Handbook of Thermoplastic
Elastomer,VanNorstandReinCompany,New York,
(1989).
KOJIMA, H., Fundamentalproperties OfHexago-
nal Ferrites With Magnetoplumbite Structure,
North-HollandPublishingCompany,Holland,(1982)
p.305-308.
WALUYO T., SUDIRMAN, RIDWAN, A.
HERMAN Y., Sifat Mekanik Komposit Magnet
berbasis Heksaferit SrFeJl0J9 dan Ba FeJl0J9
Dengan Perekat Karet A/am (akan dipublikasikan
pada Jumal SainsMateri Indonesia).
Dari kedua gambar hasil pengukuran dengan SEM
(Gambar7), terlihat bahwa partikel BaM lebih tersebar
secara merata didalam matriks komposit magnet
dibandingkan 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
Kembali ke Jurnal