Chapter II

18
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Magnet Secara Umum
Magnet adalah suatu benda yang mempunyai medan magnet dan mempunyai gaya
tolak menolak dan tarik menarik terhadap benda-benda tertentu. Efek tarik
menarik dan tolak menolak pada magnet disebut dengan magnetisme. Kata
magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu Magnitis Lithos yang berarti batu
Magnesian. Magnesian adalah nama sebuah wilayah Yunani pada masa lalu,
dimana terdapat batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah
tersebut. Setiap magnet mempunyai dua kutub yang terletak dibagian ujungujungnya yaitu kutub selatan dan kutub utara. Material magnet adalah salah satu
komponen yang banyak digunakan pada peralatan elektronika, telekomunikasi dan
otomotif, dan sampai saat ini komponen tersebut sebagian besar masih diimpor.
Material magnet dibagi menjadi dua jenis yaitu material magnet lunak dan
material magnet keras. Material magnet lunak dapat diaplikasikan pada sirkulator
dan pada transformator. Sedangkan, material magnet keras dapat diaplikasikan
pada motor DC, kWh meter, meteran air dan lain-lainnya.
2.2 Klasifikasi Material Magnet
Berdasarkan sifat medan magnet atomis, bahan dibagi menjadi tiga golongan,
yaitu diamagnetik, paramagnetik dan ferromagnetik. Bahan Diamagnetik adalah
bahan yang resultan medan magnet atomis masing-masing atom atau molekulnya
nol, tetapi orbit dan spinnya tidak nol. Bahan diamagnetik tidak mempunyai
momen dipole magnet permanen. Permeabilitas bahan diamagnetik adalah µ < µ0
dan suseptibilitas magnetiknya χm< 0 (Halliday and Resnick, 1989).
Bahan Paramagnetik adalah bahan yang resultan medan magnet atomis
masing-masing atom atau molekulnya tidak nol, tetapi resultan medan magnet
atomis total seluruh atau molekul dalam bahan adalah nol. Hal ini disebabkan
karena gerakan atom atau molekul acak, sehingga resultan medan magnet atomis
19
masing-masing atom saling meniadakan. Permeabilitas bahan paramagnetik
adalah µ > µ0 dan suseptibilitas magnetiknya χm> 0 (Halliday and Resnick, 1989).
Bahan ferromagnetik adalah bahan yang mempunyai resultan medan
atomis besar (Halliday and Resnick, 1989). Pada bahan ferromagnetik banyak
spin elektron tidak berpasangan, misalnya pada atom besi terdapat empat buah
spin elektron yang tidak berpasangan. Masing-masing spin elektron yang tidak
berpasangan ini akan memberikan medan magnetik, sehingga total medan magnet
yang dihasilkan oleh sutu atom lebih besar. Medan magnet dari masing-masing
atom dalam bahan ferromagnetik sangat kuat, sehingga interaksi antara atom
tetangganya menyebabkan sebagian besar atom akan mensejajarkan diri
membentuk kelompok-kelompok. Bahan ferromagnetik jika diberi medan magnet
dari luar, maka domain-domain ini akan mensejajarkan diri searah dengan medan
magnet luar. Semakin kuat medan magnetnya semakin banyak domain-domain
yang mensejajarkan dirinya. Akibatnya medan magnet dalam bahan ferromagnetik
akan semakin kuat. Setelah seluruh domain terarahkan, penambahan medan
magnet luat tidak memberikan pengaruh apa-apa karena tidak ada lagi domain
yang disearahkan. Keadaan ini dinamakan keadaan jenuh atau saturasi.
Permeabilitas bahan ferromagnetik adalah µ >>> µ0 dan suseptibilitas
magnetiknya χm>>> 0. (Cullity Graham, 2009)
(a)
(b)
Gambar 2.1. Pembagian bahan menurut sifat magnet.
(a) Paramagnetik (b) Ferromagnetik (Sumber: Rolf E. Hummel, 1998)
2.3 Magnet Permanen
Suatu magnet permanen harus mampu menghasilkan densitas fluks, B
magnet yang tinggi dari suatu volume magnet tertentu, stabilitas magnetik yang
20
baik terhadap efek temperatur dan waktu, serta memiliki ketahanan yang tinggi
terhadap pengaruh demagnetisasi. Pada prinsipnya, suatu kemagnetan permanen
haruslah memiliki karakteristik minimal dengan sifat kemagnetan remanen (Br)
dan koersivitas intrinsik (JHc) serta temperatur curie (Tc) yang tinggi. Pada tahun
1950-an, dikembangkan magnet permanen kelas keramik dengan formula
MO(Fe2O3)6 dimana M adalah Barium atau Stronsium yang kemudian dikenal
sebagai magnet ferit. Bila dibandingkan dengan magnet Alnico, magnet ferit
memiliki energi dan remanen yang lebih rendah tetapi memiliki koersivitas yang
jauh lebih tinggi. Pada tahun 1970-an untuk pertama sekali ditemukan magnet
kelas logam tanah jarang (rare earth permanent magnets). Fasa magnetik SmCo5
dan Sm2Co17 memiliki polarisasi total (Js) dan medan anisotropi (HA) yang sangat
tinggi sehingga berpeluang memiliki remanen dan koersivitas yang tinggi, sebagai
keharusan untuk mendapatkan magnet permanen dengan nilai (BH)max yang
tinggi. Beberapa sifat kemagnetan dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.1 Sifat kemagnetan intrinsik fasa magnetik dari magnet
Fasa
Temperatur Curie
Polarisasi
Medan
Energi Produk
𝑇𝐶
Total
Anisotropi
Maksimum
(℃)
𝐽𝑠
𝐻𝐴
(BH)max
−1
(T)
(𝑀𝐴. 𝑚 )
(kJ.m-3)
BaFe12O19
450
0,50
1,10
50
Sr Fe12O19
450
0,48
1,50
46
SmCo5
720
1,14
20-35
260
Sm2Co17
840
1,25
5,20
312
Nd2Fe14B
312
1,60
5,40
512
Sumber: Azwar Manaf, 2013
Perkembangan magnet kelas ini mengalami kesulitan dikarenakan harga
Co yang sangat mahal seperti ketersediaan unsur Sm yang terbatas dibumi
sehingga popularitas magnet ini pada kalangan industri pemakaian menjadi
menurun.Namun ditahun 1980-an, ditemukan magnet permanen logam tanah
jarang baru berbasis fasa magnetik RE2Fe14B. Unsur RE dapat membentuk fasa
21
RE2Fe14B yang sangat berpeluang untuk memiliki energi yang paling tinggi.
(Azwar Manaf, 2013).
2.4 Kurva Histerisis
Sifat-sifat magnet suatu bahan dapat diperlihatkan dalam kurva histerisis yaitu
kurva hubungan intensitas magnet (H) terhadap medan magnet (B). Seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2.2 yaitu kurva histerisis untuk ferromagnetik dan
ferrimagnetik.
Gambar 2.2. Kurva Histerisis untuk Ferromagnetik dan Ferrimagnetik.
Pada dasarnya kurva tersebut mempresentasikan suatu proses magnetisasi
dan demagnetisasi oleh suatu medan magnet luar yang digunakan untuk
memagnetisasi ditingkatkan dari nol, maka magnetisasi atau polarisasi dari
magnet bertambah besar dan mencapai tingkat saturasi pada suatu medan magnet
luar tertentu. Dengan melakukan sederetan proses magnetisasi yaitu pada
penurunan medan magnet luar menjadi nol dan meneruskannya pada arah yang
bertentangan serta meningkatkan besar medan magnet luar pada arah tersebut dan
menurunkannya kembali ke nol kemudian membalikkan arah seperti semula.
Maka magnetisasi atau polarisasi dari magnet permanen membentuk suatu loop.
(Spaldin, 2003)
Bahan yang mencapai saturasi untuk harga H rendah disebut dengan
magnet lunak, sedangkan bahan yang saturasinya terjadi pada harga H tinggi
disebut magnet keras. Sesudah mencapai saturasi ketika intensitas magnet H
diperkecil hingga mencapai H = 0, ternyata kurva B tidak melewati jalur kurva
semula. Pada harga H = 0, medan magnet atau rapat fluks B mempunyai harga Br
22
≠ 0 seperti yang ditunjukkan pada kurva histerisis pada gambar 2.3. Harga Br ini
disebut dengan induksi remanen atau remanensi bahan.
Gambar. 2.3 Kurva Histerisis Material Magnetik
Remanen atau ketertambatan adalah sisa medan magnet B dalam
proses magnetisasi pada saat medan magnet H dihilangkan, atau remanensi terjadi
pada saat intensitas medan magnetik H berharga nol dan medan magnet B
menunjukkan harga tertentu. Pada gambar 2.3 tampak bahwa setelah harga
intensitas magnet H = 0 atau dibuat negatif (dengan membalik arus lilitan), kurva
B(H) akan memotong sumbu pada harga Hc. Intensitas Hc inilah yang diperlukan
untuk membuat rapat fluks B = 0 atau menghilangkan fluks dalam bahan.
Intensitas magnet Hc ini disebut koersivitas bahan. Koersivitas digunakan untuk
membedakan hard magnet atau soft magnet. Semakin besar gaya koersivitasnya
maka semakin keras sifat magnetnya. Bahan dengan koersivitas tinggi berarti
tidak mudah hilang kemagnetannya.
Untuk menghilangkan kemagnetannya diperlukan intensitas magnet H
yang besar. Bila selanjutnya harga diperbesar pada harga negatif sampai mencapai
saturasi dan dikembalikan melalui nol, berbalik arah dan terus diperbesar pada
harga H positif hingga saturasi kembali, maka kurva B(H) akan membentuk satu
lintasan tertutup yang disebut kurva histeresis. Bahan yang mempunyai
koersivitas tinggi kemagnetannya tidak mudah hilang. Bahan seperti itu baik
untuk membuat magnet permanen.
23
2.5 Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB)
Secara umum magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) dikenal sebagai rare earth
permanent magnets. Mangnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah merupakan
paduan yang berasal dari grup Lantanida pada sistem periodik unsur. Magnet
Neodymium Iron Boron (NdFeB) adalah magnet bumi yang terbuat dari paduan
unsur neodymium, besi dan boron untuk membentuk struktur kristal tetragonal
Nd2Fe14B. Dikembangkan pada tahun 1982 oleh General Motors dan Sumitomo
Special Metals, magnet NdFeB adalah magnet permanen paling kuat yang dibuat
(Jacob Fraden, 2010).
Ada dua cara pembuatan utama magnet neodymium yaitu metalurgi bubuk
klasik atau proses magnet sinter, dan solidifikasi cepat atau proses bonded
magnet. Magnet NdFeB sintered yang disusun oleh bahan baku yang meleleh
dalam tungku, kemudian dituang kedalam cetakan dan didinginkan untuk
membentuk batangan. Batangan kemudian ditumbuk dan digiling untuk menjadi
partikel kecil. Ini mengalami proses fase cair sintering dimana bubuk secara
magnetis selaras menjadi blok-blok padat yang kemudian mengalami perlakuan
panas, dipotong menjadi berbentuk, permukaan dihaluskan dan dimagnetisasi.
Saat ini, antara 45.000 dan 50.000 ton dari magnet neodymium sintered diproduksi
setiap tahun, terutama di Cina dan Jepang. Sifat-sifat NdFeB dapat dilihat pada
tabel 2.2.
Tabel 2.2. Sifat NdFeB
Curie Temperature
Maximum Operating Temperature
Energy Product atau BHmax
Koersivitas HC
Density
360 oC
120-160 oC
15,8-16,8 MGOe
6,80 kOe
7,64 g/cm3
Temperature Coefficient of Br
-0,11 % / oC
Temperature coefficient of jHC
-0,4 % / oC
Sumber : MQP Specification Product, 2014
24
2.6 Bonded Magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB)
Bahan Bonded Magnet merupakan magnet komposit yang dibuat dari serbuk
magnet yang dicampurkan dengan bahan matriks (pengikat/binder) yang bersifat
non magnet. Bahan bonded magnet dapat bersifat kaku (rigid) atau lentur
(flexible) tergantung dari jenis pengikat yang digunakan. Bahan NdFeB
mempunyai sifat kemagnetan yang unggul (BHmax) dan dapat diaplikasikan dalam
bidang industri otomotif, kesehatan dan elektronik. Adapun fungsi dari matriks
adalah untuk menyatukan butiran serbuk magnet menjadi satu kesatuan dalam
bentuk komposit. Selain itu, bahan matriks sangat berpengaruh terhadap sifat
mekanik, listrik, maupun stabilitas termal dari magnet komposit. (Ihsan, 2005)
Bonded Magnet ini memiliki kelemahan pada hasil material magnetnya.
Hal itu dikarenakan oleh magnet isotropik memiliki sifat yang lebih rendah dari
pada magnet yang disintering. Akan tetapi, disamping kelemahan tersebut, hasil
dari Bonded Magnet ini memiliki keutungan-keuntungan sebagai berikut:
a.
Sederhana dan biaya produksi rendah.
b.
Mudah dibentuk dan variasinya juga beragam.
c.
Ketahanan mekanik yang cukup baik.
Bonded Magnet dengan campuran logam transisi tanah jarang (rare earth
permanent magnets) mempunyai sifat magnet unggul dibandingkan sifat magnetik
bonded ferrit. Hal tersebut terlihat secara signifikan, karena magnet bonded ferrit
mempunyai koefisien temperatur positif terhadap Hc yang berarti koersivitas
meningkat dengan peningkatan temperatur. (Deswita, 2007)
2.7 Resin Polyvinyl Chloride (PVC)
Penggunaan resin sebagai binder dalam bonded magnet telah banyak dilakukan
oleh para peneliti, termasuk paten yang dikeluarkan. Beberapa sifat dan kelebihan
yang dimiliki oleh resin sebagai matriks dalam komposit antara lain ketahanannya
terhadap pelarut organik, panas, oksidasi dan kelembaman seperti ringan, sifat
mekanik serta mudah dimodifikasi dalam pembuatannya. Binder yang digunakan
adalah resin polyvinyl chloride (PVC).
Polyvinyl Chloride (PVC) resin merupakan hasil polimerisasi monomer
vinil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada jenis
25
proses polimerisasi yang digunakan. Untuk mendapatkan produk-produk dari
PVC digunakan beberapa proses pengolahan yaitu:
1. Calendering
Produk akhir: sheet, film, leather cloth dan floor covering.
2. Ekstrusi
Merupakan cara pengolahan PVC yang banyak digunakan karena proses ini
dapat dihasilkan bermacam-macam produk. “Extruder head” dapat digantikan
dengan bermacam bentuk untuk menghasilkan:
 Pipa, tube, building profile, sheet, floor covering dan monofilament.
 Isolasi kabel listrik dan telepon.
 Barang berongga dan blown film.
3. Cetak injeksi
Produk yang diperoleh adalah:
 Sol sepatu, sepatu, sepatu boot.
 Container, sleeve (penguat leher baju), valve.
 Fitting, electrical and engineering parts. (Mujiarto, 2005)
Massa jenis PVC secara umum adalah 1,4 g/cm3. Sifat-sifat PVC tersebut
adalah baik dalam ketahanan air, ketahanan asam dan ketahanan alkali, tidak
bersifat racun dan tidak menyala, isolasi listriknya baik dan tahan terhadap banyak
larutan. Kelarutan PVC melunak pada 65-85oC dan plastis pada 120-150oC,
mencair pada atau diatas 170oC dan terurai memberikan asam klorida pada atau
diatas 190oC. Temperatur yang cocok untuk pengolahan adalah 150-180oC.
Bahan yang derajat polimerisasinya 2500-3000 dibuat untuk selang dan
pembungkusan, yang 1300-1700 dibuat untuk kabel listrik dan pasta, yang 10001300 dibuat untuk film; kulit imitasi; lembaran tipis dan pipa lunak, 700-800
dibuat untuk lembaran kaku; pipa kaku; botol, yang 400-500 dibuat untuk pelat
gramopon, yang kurang dari 400 dipakai untuk cat dan perekat. (Surdia, 2005)