Preparasi Keramik Tanah Liat Lokal Untuk Bahan

Preparasi Keramik Tanah Liat Lokal Untuk Bahan Isolator Porselin Listrik
Ifkar Usrah dan Nundang Busaeri
Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Siliwangi
Abstrak
Dalam penelitian ini telah dilakukan preparasi keramik tanah liat untuk bahan isolator porselin
listrik. Bahan baku porselin adalah kaolin, kuarsa dan zeolit lokal. Bobot bahan baku divariasi
untuk memperoleh karateristik isolator porselin. Hasil XRF menunjukkan bahwa Komposisi
kimia bahan baku dikarakterisasi dengan XRF dengan komposisi utama adalah SiO2.
Kata kunci: kaolin, kuarsa, zeolit, sintering, XRF, SiO2
1.
Pendahuluan
Industri daya listrik cenderung mengembangkan tegangan ekstra tinggi, kapasitas besar
dan transmisi jarak jauh. Dalam sistem transmisi dan distribusi daya listrik tegangan tinggi,
konduktor yang berada di udara umumnya dipasang menggunakan bahan pendukung tower atau
tiang. Tower atau tiang keduanya ditanahkan, sehingga harus ada isolator antara tower atau bodi
tiang dan konduktor pembawa arus untuk mencegah aliran arus dari konduktor ke tanah melalui
tower atau bodi tiang yang ditanahkan. Diantara beberapa jenis isolator yang digunakan untuk
saluran transmisi dan distribusi daya listrik tegangan tinggi, isolator porselin telah menjadi salah
satu isolator pilihan yang menjanjikan di masa depan. Alasan untuk ini dihubungkan terhadap
ketersediaan bahan baku dan sifat karakteristiknya. Pertama, isolator porselin dapat disiapkan
dari tanah liat, feldspar, dan kuarsa. Tanah liat memberikan kekenyalan pada campuran keramik,
kuarsa (silika) mempertahankan bentuk bodi selama pembakaran, fieldspar berfungsi sebagai
fluks yang ditambahkan untuk mengurangi temperatur pembakaran sehingga mengurangi biaya
penggunaan energi pembakaran. Kedua, isolator porselin memiliki beberapa sifat karakteristik
seperti kekuatan mekanik, kekuatan dielektrik daya tinggi, dan ketahanan korosi. Kepemilikan
sifat-sifat tersebut telah diselidiki dalam proselin triaxial (Kitouni, 2014) dan proselin bauksit
(Meng dkk, 2016), proselin dengan pengurangan kadar silika (Riahi Noori dkk, 2007), dan
porcelain dengan tambahan zeolit alam (Sukran Demirkiran dkk, 2010). Dari hasil penelitiannya,
para peneliti memberikan alasan penggunaan porselin meskipun munculnya bahan baru seperti
plastik dan komposit. Porselin membentuk basis isolator keramik yang biasa digunakan untuk
isolasi tegangan rendah dan tinggi.
Selanjutnya itu diketahui bahwa bahan baku tanah liat, fieldstar dan kuarsa cukup
melimpah tersedia di Indonesia untuk pembuatan isolator porselin listrik. Namun terlepas dari
itu, sebagian besar isolator yang digunakan masih diimpor dari negara maju. Untuk memenuhi
kebutuhan isolator porselin listrik, mengurangi ketergantungan impor dan mengurangi biaya
pembelian impor, maka itu perlu mengeksplorasi bahan lokal untuk bahan isolator porselin.
Tujuan penelitian ini adalah mengeksplorasi bahan lokal (tanah liat, fieldstar dan kuarsa) sebagai
bahan baku untuk isolator porselin dalam usaha mengurangi ketergantungan ekspor isolator
porselin.
2.
Prosedur Eksperimen
2.1 Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan untuk mempersiapkan porselin listrik adalah kaolin atau
tanah liat, fieldstar, dan kuarsa. Mineral baku yang digunakan dalam penelitian ini diambil dari
tempat yang berbeda. Tanah liat, fieldstar, dan kuarsa berturut-turut diambil dari Kec. Cipatujah,
Kec. Karangnunggal dan Kec. Pancatengah.
2.2 Pencampuran dan Pencetakan Sampel
Setelah dibersihkan dari kotoran yang melekat, bahan baku dikeringkan dengan panas
matahari. Bahan baku kering selanjutnya ditumbuk/digiling untuk menghasilkan serbuk dengan
ukuran di bawah 100 m. Sampel disiapkan menurut formulasi bodi porselin pada Tabel 1.
Tabel 1. Formulasi bodi porselin
No
Tanah liat (%)
Fieldstar (%)
Kuarsa (%)
1
100
0
0
2
70
20
10
3
50
30
20
4
30
40
30
Komponen dari formula Tabel 1 dicampurkan dan kemudian campuran dicetak menggunakan
hydraulic press dengan ukuran diameter 10 mm dan tebal 20 mm. Sampel tercetak dikeringkan
dalam oven pada temperatur 120oC selama 24 jam.
2.3 Karakterisasi Keramik Porselin
Setelah sampel disiapkan pada bagian 3.1 dan 3.2, selanjutnya untuk setiap sampel,
komposisi kimia bahan baku dikarakterisasi dengan XRF, struktur fase dikarakterisasi dengan
XRD, morfologi permukaan dengan SEM, dan gugus fungsional dengan FTIR.
2.4 Pengukuran Resistivitas Listrik
Pengukuran resistivitas listrik dilakukan dengan metode dua probe. Dalam rangka membuat
saluran konduksi untuk pengukuran resistivitas listrik pada sampel, sampel ditempeli pasta perak
pada permukaan atas dan bawahnya. Kawat perak berbentuk spiral dipasang pada kedua
permukaan sampel dan dilewatkan melalui pipa kuarsa keluar dari tanur. Sampel digantung
dipusat tanur listrik. Power supply DC dan electrometer digunakan untuk pengukuran resistivitas
listrik. Tegangan antara 25 dan 200 V pada interval 25 V diberikan ke sampel dari sumber pada
50, 200, 400 dan 600oC dan tegangan dan arus diukur dengan electrometer.
3.
Hasil Penelitian
Tabel 1 Komponen Logam Oksida dari Material natural Kuarsa, Kaolin, Zeolit dan
Bentonit
Komponen
Kuarsa
Kaolin
Zeolit
Bentonit
SiO2
85.1
42.2
59.3
38.2
TiO2
-
1.1
0.699
-
ZrO2
0.634
0.464
5.02
1.35
MgO
0.125
-
0.158
1.2
Al2O3
0.314
24.8
5.02
3.89
Na2O
0.264
30.1
-
-
Fe2O3
13.4
1.11
8.47
54.0
K2O
-
-
12.3
0.10
CaO
-
-
7.81
0.98
Material kuarsa adalah batu jasper diambil dari Kampung Pasir Gintung, Kec. Pancatengah, Kab.
Tasikmalaya. Kaolin diambil dari Desa Kadipaten, Kec. Kadipaten, Kab. Tasikmalaya. Zeolit
dan bentonit diambil dari Kec. Karangnunggal, Kab. Tasikmalaya.
4.
Kesimpulan
Hasil dari penelitian ini adalah telah diidentifikasi komposisi kimia dari material kuarsa atau batu
jasper diambil dari Kampung Pasir Gintung, Kec. Pancatengah, Kab. Tasikmalaya, kaolin dari
Desa Kadipaten, Kec. Kadipaten, Kab. Tasikmalaya, zeolit dan bentonit dari Kec.
Karangnunggal, Kab. Tasikmalaya. Hasil ini akan digunakan untuk mempersiapkan campuran
porselin.
DAFTAR PUSTAKA
Aripin, S.Tani, S. Mitsudo,T. Saito dan T. Idehara, 2010. Fabrication Of Unglazed Ceramic Tile
Using Dense Structured Sago Waste And Clay Composite, Jurnal Sains Materi Indonesia,
Vol. 11, pp. 79 – 82.
Aripin, H., S. Mitsudo, B. Rahmat, S. Tani, K. Sako, Y. Fujii, K. Kikuchi, T. Saito, T. Idehara, S.
Sabchevski, 2014. Formation of Porous Clay Ceramic Using Sago Waste Ash as a
Prospective Additive Material with Controllable Milling, Science of Sintering, Vol. 46, pp.
55-64.
Halim, S.F., L. S. Nasrat, A. Awad, N. Darwish, 2014. Effect of Aging on the Mechanical and
Electrical Properties of Ethylene Propylene Diene/Silicone Blends Used as Outdoor High
Voltage Insulators, J. Int. Environmental Application and Science, Vol. 9, pp. 427 – 434.
Han, J., dan R. Garrett, 2008. Overview of polymer nanocomposites as dielectrics and electrical
insulation materials for large high voltage rotating machines, NSTI-Nanotech, Vol. 2, pp.
727–732.
Hutching, L.M., Y. Xu, E. Sachez, M.Z Ibanez, M.F Quereda, 2006. Porcelain tile
microstructure, implication for polishability, Journal of the Europen Ceramic Society, Vol.
26, p. 1035 – 1042.
Islam, R.A., Y.C Chan, M.F Islam, 2004. Structure property relationship in high tension ceramic
insulator fired at high temperature, Material Science and Engineering, Vol. B106, p. 132 –
140.
Kitouni, S., Dielectric Properties of Triaxial Porcelain Prepared Using Raw Native Materials
Without Any Additions, 2014. Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering,
Vol. 2, pp. 128 – 131.
Kobayashi, S., Y. Matsuzaki, H. Masuya, Y. Arashitani, and R. Kimata, 2000. Development of
Composite Insulators for Overhead Lines, Furukawa Review, No. 19, pp. 129 – 135.
Meng, Y., G.H. Gong, Z.P. Wu, S.R. Liu, 2012. Fabrication and microstructure investigation of
ultra-high-strength porcelain insulator, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 32,
pp. 3043 – 3049.
Plesa, I., P. V. Notingher, S. Schlögl, C. Sumereder dan M. Muhr, 2016. Properties of Polymer
Composites Used in High-Voltage Applications, Polymers, Vol. 8, pp. 173 – 178.
Riahi Noori, N., R. Sarraf Mamoory dan S. Mehraeen, 2007. Effect of Materials Design on
Properties of Porcelain Insulators, American Ceramic Society Bulletin, Vol. 86, pp. 9201 –
9203.
Sukran Demirkiran, Recep Artir, Esref Avci, Electrical resitivity of porcelain bodies with natural
zeolite addition, Ceramic International, Vol. 36, pp. 917 – 921.
Tanaka, T., G.C. Montanari, R. Mulhaupt, 2004. Polymer nanocomposites as dielectrics and
electrical insulation-Perspectives for processing technologies, material characterization and
future applications., IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., Vol. 11, pp.763–784.
Wang, Q., G. Chen, A. S. Alghamdi, 2010. Influence of Nanofillers on Electrical Characteristics
of Epoxy Resins Insulation, International Conference on Solid Dielectrics, Potsdam,
Germany, July 4-9, 2010.
Yan, W., J. Zhao, B. Toan Phung, F. Faupel, K. Ostrikov, 2014. High-Voltage Insulation
Organic-Inorganic Nanocomposites by Plasma Polymerization, Materials, Vol. 7, pp. 563
– 575.