ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT TEBU DENGAN MATRIK RESIN EPOXY

ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT TEBU DENGAN MATRIK RESIN EPOXY Prayoga Adi Nugroho, Mustaqim, Rusnoto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pancasakti Tegal Abstrak Tujuan penelitian adalah mengetahui kekuatan tarik dan sudut lenngkung komposit serat tebu dan mengetahui struktur mikronya. Manfaat penelitian ini adalah dapat menjadi acuan untuk penelitian berikutnya lebih pada pengembengan komposit khususnya yang mengguanakan serat tebu. Komposit dibuat dengan metode hand lay up, bahan yang digunakan adalah resin epoxy dari PT Justus Kimia raya, serat tebu dengan panjang 50mm dan dengan perbandingan epoxy 55%, 60%, 65%, 70%, 75% untuk hardener 45%, 40%, 35%, 30%, dan 25 %. Hasil pengujian menunjukan kekuatan tarik komposit serat tebu dengan fraksi volume 55% : 3,16kgf/mm², 60% : 3,14kgf/mm², 65% : 2,67kgf/mm², 70% : 2,35kgf/mm², 75% : 3,19kgf/mm² untuk pengujian lengkung dengan fraksi volume 55% : 31,33º, 60% : 42,33 º, 65% : 21,33 º, 70% : 37,5 º dan 75% : 32,5 º.Komposit serta tebu dengan fraksi volume 75% memiliki rata-rata kuat tarik paling tinggi yaitu 3,19kgf/mm² dan yang terendah pada fraksi 70% : 2,35kgf/mm². sedangkan sudut lengkung yang paling tinggi adalah pada fraksi volume 60% : 42,33 º dan yang terendah adalah 65% dengan sudut lengkung 21,33 º. Kata Kunci

: Tensile, Curvature,

KompositPENDAHULUAN

alami lainnya dengan berbagai keunggulan

Perkembangan ilmu material khususnya di bidang

polimer

pada

hakikatnya

seperti: harga yang jauh lebih murah, ramah lingkungan, dan

beberapa

diantaranya

terus berkembang seiring dengan usaha manusia

merupakan optimalisasi produk limbah yang

untuk meningkatkan kesejahteraan hidup dengan

belum dimanfaatkan. Berbagai macam barang

memanfaatkan pengolahan bahan dan teknologi.

yang diperlukan dalam kehidupan sehari-hari

Sintesis berbagai jenis bahan polimer dapat

dapat dibuat dari polimer sintetis ini, misalnya

dimanfaatkan dalam berbagai aspek kehidupan.

perabot rumah tangga (dari plastik), bahan

Sepanjang kebudayaan manusia penggunaan serat

pakaian (nilon, poliester),alat pembungkus,alat

alam sebagai salah satu material pendukung

transportasi,dan otomotif. Industri yang paling

kehidupan.

perlu

gencar menggunakan serat alam sebagai material

dipertimbangkan dalam mendapatkan material

komposit polimer adalah produsen otomotif

baru adalah pemanfaatan bahan yang berasal dari

Daimler

tumbuhan

organik. Dalam

Jerman ini mulai meneliti dan menggunakan

penggunaannya polimer sintesis berbahan serat

bahan komposit polimer berbasis serat – serat

dapat menggantikan logam,kayu,kulit dan bahan

alam

Salah

atau

satu

aspek

serat

yang

Chryler.Produsen

mobil

Amerika-

56

Pabrik Kampas Rem (PT. Inti Bagas Perkasa) di Cirebon merupakan bagian inovasi

satunya

pembuatan

komposit

serat

tebu.

(Adyanto Eko Prasetyo,2006)

atas pemanfaatan ampas tebu menjadi produk

.

kampas rem yang dibutuhkan di pasar after

Untuk memberi ruang lingkup yang jelas

market khususnya di pasar kendaraan angkutan

dan tidak melebar, diperlukan batasan – batasan

penumpang umum yang memerlukan suku

masalah yang meliputi hal – hal dibawah ini,

cadang yang murah, berkualitas dan berdaya

yaitu :

tahan lama. Kampas Rem ini telah mengantungi hak

paten

baik

untuk

merek

maupun

teknologinya

spesimen dengan menggunakan standar ASTM D-638 M untuk pengujian tarik dan

Serat tebu merupakan salah satu material natural

1. Bentuk benda uji digunakan berbentuk

fibre

pembuatan

2. Benda uji yang akan dibuat menggunakan

komposit secara ilmiah pemanfaatannya masih

bahan serat tebu berukuran 50 mm, fraksi

dikembangkan. Pengembangan serat tebu sebagai

volume epoxy 75% , 70% , 65% , 60% dan

material komposit sangat dimaklumi mengingat

55%

dari

perbandingan hardener 25%, 30%, 35%,

segi

alternatif

ketersediaan

dalam

ASTM D 790 untuk pengujian lengkung

bahan

baku

serat

alam,Indonesia memiliki bahan baku yang cukup melimpah karena Indonesia yang terletak di

dan

matriks

epoxy

dengan

40% dan 45% . 3. Proses

pembuatan

benda

yaitu

uji

kawasan tropis dengan sebagian penduduknya

digunakan

masih bercocok tanam (argraris), merupakan

menggunakan

salah satu Negara penghasil tebu terbesar.

Cetakan yang digunakan adalah kaca

Dengan luas lahan mencapai 373.816 Ton / ha

dengan penekan berupa kaca yang di beri

pada tahun 2005 dapat menghasilkan tebu

pegangan

sebanyak 84,91 Ton /ha,dimana dari proses

merekatkan antara serat dengan matriks

pengolahan keseluruhan tebu tersebut menjadi

dan lebih meminimalkan rongga udara

gula dihasilkan 90% ampas tebu. Selama ini

yang ada pada benda uji.

di

tangan

dengan

yang

(hand

atasnya

proses lay

untuk

up).

lebih

pemanfaatan ampas tebu yang dihasilkan masih

4. Pengujian yang akan dilakukan pada

terbatas sebagai pakan ternak, bahan baku

penelitian ini adalah pengujian tarik dan

pembuatan pupuk, pulp, particle boor, bahan

pengujian lengkung

bakar boiler di pabrika gula. Disamping terbatas,

5. Observasi dilakukan pada bagian patahan

nilai ekonomi yang diperoleh juga belum tinggi,

dari specimen pengujian tarik dengan foto

oleh karena itu diperlukan adanya proses

makro

teknologi

dilakukan foto mikro dengan pembesaran

sehingga

terjadi

disversifikasi

pemanfaatan lahan pertanian yang ada, salah

dan

meneliti

struktur

makro

100x. 57

Tujuan dan manfaat penelitian ini adalah

kecil, mudah dibentuk, tahan karat. Akan tetapi

sebagai berikut :

polimer memiliki kekurangan seperti kekakuan

1. Tujuan :

dan kekuatan rendah. Oleh karena itu agar

a. Untuk mengetahui analisa sifat mekanik

diperoleh komposit

yang lebih baik,maka

pada komposit serat tebu dengan matriks

polimer tersebut dipadukan dengan bahan yang

epoxy terhadap kekuatan tarik dan

lain yang berfungsi sebagai bahan penguat

kekuatan lengkung

seperti: serat ( fiber ), partikel ( particulate),

b. Mengetahui karakteristik patahan dengan

lapisan (lamina) dan serpihan (flakes). Pada saat

foto mikro dan mengetahui struktur

ini

makro-nya.

komposit yang diperkuat oleh serat mulai dari

2. Manfaat :

berbagai

industri

telah

menggunakan

industri perabot rumah tangga (panel, kursi,

Dari penelitian ini diharap dapat menjadi

meja), industri kimia (pipa, tangki, selang), alat-

acuan untuk penelitian – penelitian

alat olah raga, bagian-bagian mobil yang salah

berikutnya yang bertujuan lebih pada

satunya bumper mobil, alat-alat listrik, industri

perkembangan komposit khususnya yang menggunakan

serat

tebu

dengan

Material komposit mempunyai beberapa keuntungan antara lain:

komposisi yang lebih variatif untuk

1. Bobot ringan

mendapatkan material komposit, sesuai

2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang

dengan sifat yang diinginkan.

baik. 3. Biaya produksi murah.

I. LANDASAN TEORI

4. Tahan korosi.

A. Pengertian Polimer Polimer

(makromolekul)

merupakan

molekul besar yang terbentuk dari unit– unit

B. Klasifikasi Komposit 1. Fibrous composite material

berulang sederhana. Nama ini diturunkan dari

Terdiri dari dua komponen penyusun

bahasa yunani, yaitu: Poly yang berarti banyak,

yaitu matriks dan serat. Skema penyusunan

dan mer yang berarti bagian.Dan polimer juga

serat dapat dibagi menjadi

merupakan

bahan

yang

penting

dalam

pembuatan komposit. Polimer berfungsi sebagai matriks yang berfungsi mengikat penguat yang digunakan pada komposit. Beberapa contoh bahan polimer yaitu resin phenolformaldehyde,

2. Laminated composites material

urea formal dehyde, poliester, epoksi dan

Terdiri sekurang-kurangnya dua lapis

lainnya. Pada umumnya polimer memiliki sifat

material yang berbeda dan digabung secara

yang menguntungkan karena massa jenisnya

bersama-sama. 58

3. Particulate composite material Particulate composite material (material komposit partikel) terdiri dari satu atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari

7

Paklin

0,5-1,5

8

Lilin

0,5-1,5

9

Zat yang mengandun zat lemas

0,5-1,5

10

Zat pewarna

0,5-1,5

11

Asam-asam organis

0,5-1,5

matriks lainnya D. Ampas Tebu C. Tebu

Ampas tebu (baggase) adalah campuran

Tebu merupakan salah satu jenis tanaman

dari

serat

yang

kuat,dengan

jaringan

yang hanya dapat ditanam didaerah yang

Parenchyma yang lembut, yang mempunyai

memiliki

tingkat higroskopis yang tinggi, dihasilkan

iklim

tropis.

Di

Indonesia,

perkebunan menempati luas real± 232 ribu

melalui

hektar, yang tersebar di Medan, Lampung,

penggilingan tebu, terdapat 5 kali proses

Semarang, Solo dan Makassar. Dari seluruh

penggilingan tebu dari batang tebu sampai

perkebunan tebu yang ada di Indonesia, 50%

menjadi ampas tebu, dimana pada hasil

diantaranya adalah perkebunan rakyat, 30%

penggilingan pertama dan kedua dihasilkan nira

perkebunan swasta, dan hanya 20% perkebunan

mentah

Negara. Pada tahun 2002 produksi tebu

kecoklatan,kemudian

Indonesia mencapai ± 2 juta ton. Tebu-tebu dari

penggilingan ketiga, keempat dan kelima

perkebunan diolah menjadi gula di pabrik-

akan menghasilkan nira dengan volume yang

pabrik gula. Dalam proses produksi di pabrik

berbeda-beda.

gula, ampas tebu dihasilkan sekitar 90% dari

menghasilkan ampas tebu kering. Pada proses

setiap tebu yang diproses, gula yang termanfaat

penggilingan pertama dan kedua dihasilkan

hanya 5% sisanya berupa tetes tebu (molase)

ampas tebu basah. Hasil dari ampas tebu

danair.

gilingan kedua ditambahkan susu kapur 3 Be

Tanaman tebu tak hanya berisi air yang

yang

penggilingan

yang

berfungsi

tebu.

Pada

proses

berwarna

kuning

pada

proses

Setelah

sebagai

gilingan

senyawa

terakhir

yang

digunakan sebagai bahan pembuat gula, tetapi

menyerap nira dari serat ampas tebu sehingga

memiliki komposisi yang lebih kompleks yakni

pada penggilingan ketiga nira masih dapat

sachaerose, zatsabut atau fiber, gula reduksi

diserap meskipun volumenya masih sedikit dari

dan beberapa bahan lainnya. Untuk lebih

hasil gilingan kedua. Penambahan senyawa ini

jelasnya dapat dilihat pada tabel 2. 3.

dilakukan pada penggilingan ketiga, keempat,

No

Nama Bahan

Jumalah ( % )

Keterangan

1

Air

67-75

H2O

2

Sacharosse

12-19

Zat gula

Semakin sedikit nira dalam ampas tebu,

3

Zat sabut

11-16

serat

semakin sedikit susu 3 Be yang ditambahkan.

4

Gula reduksi

0,5-1,5

5

Amylin

1,5-1,5

6

Geleta

0,5-1,5

dan kelima dengan volume berbeda-beda.

E. Struktur Ampas Tebu 59

Celullosa,hemicellulosa,pentason dan lign in merupakan struktur pembentuk serat ampas tebu komposisinya dapat dilihat pada tabel

Pada penelitian ini variabel yang digunakan adalah : 1. Variabel bebas meliputi nilai pengujian sifat mekanik kekuatan tarik dan sudut

Nama Bahan

Jumlah %

Cellulose

28-43

Hemicellulosa

14-23

Pentosans

20-33

75%,70%,65%,60%

Lignin

13-22

haerdener 25%,30%,35%,40% dan 45%

lengkung 2. Variabel terikat yang meliputi resin epoxy dan

55%

serta

Jenis data yang digunakan dalam analisis II. PENGOLAHAN DAN ANALISA DATA

data adalah dengan menggunakan lembar

Penelitian ini dilakukan dengan cara

pengamatan berbentuk table yang dipergunakan

membuat

dalam penelitian tersebut.Sedangkan sumber

spesimen yang menggunakan cetakan yang

data yang diperoleh dari uji coba penelitan ini

berbahan kaca dengan tebal 5mm serta serat tebu

menggunakan alat sehingga akan menghasilkan

dengan panjang 50mm dan bahan utamanya

gambaran umum mengenai penelitian yang akan

yaitu resin epoxy dengan pengering hardener

dilakukan.

yang diproduksi oleh Pt,Justus kimia raya.

Alat dan bahan :

eksperimen

pengujian

dengan

Benda uji dibentuk sesuai dengan standar ASTM dan dilakukan pengujian tarik serta

analisa

menggunakan

serat

2. Matrik Epoxy dalam bentuk cair dan hardener sebagai pengeras.

pengujian lengkung Untuk

1. Serat ampas tebu dengan panjang 50 mm.

yang

akan

dilakukan

tebu

dengan

panjang

50mm,fraksi volume epoxy 75%,70%,60%,65%

3. Aseton untuk membersihkan cetakan. 4. Wax digunakan untuk mempermudah melepas komposit dari cetakan.

hardener

5. Sikat besi untuk membersihkan serat tebu.

25%,30%,35%,40% dan 45%.pencetakan benda

6. Jangka sorong yang berfungsi untuk

uji tarik menggunakan standar ASTM D638-M

mengukur specimen dan cetakan pembuat

dan ASTM D790 untuk pengujian lengkung

benda uji.

dan

55%

serta

perbandingan

Pembuatan sempel dilakukan di Fakultas Teknik UPS Tegal.untuk pengujian tarik dan pengujian

lengking

Laboraturium takaru

Perindustrian

kabupaten

pemotretan

dilakukan

Tegal

mikrografi

di

komplek dan

di

UPTD LIK

melakukan laboraturium

metalurgi fisik jurusan Teknik Mesin UNDIP Semarang.

7. Kaca dengan tebal 5 mm untuk pembuat cetakan benda uji. 8. Alat

lain

yang

digunakan

untuk

membentuk sempel benda uji adalah gunting,gelas ukur,penggaris dan katter. Teknik pengumpulan data 1. Observasi adalah penulis mengumpulkan data dengan cara mengamati langsung 60

pada laboraturium Fakultas Teknik UPS Tegal,UPTD laboraturium LIK kab.Tegal dan laboraturium metalurgi fisik UNDIP Semarang 2. Interview

adalah

pengumpulan

data

dengan cara melakukan Tanya jawab dan wawancara langsung pada orang yang bersangkutan 3. Study Pustaka adalah mengumpulkan data dengan

cara

membaca

buku

yang

berhubngan dengan penelitian A. Hasil dan Pembahasan Data hasil penelitian ini didapatkan dari data

eksperimen

Laboratorium

yang

Fakultas

dilakukan

Teknik

di

Universitas

Tabel 3.2 Pembuatan spesimen uji lengkung dengan volume cetakan 41,250 mm³ no Fraksi Epoxy Hardener Volume (mm³) (mm³) 1 55% 22,688 18,562 2 60% 24,75 16,50 3 65% 26,812 14,437 4 70% 28,875 12,375 5 75% 30,937 10,313 1. Perhitungan uji tarik (kgf/mm²) Tabel 3.3 Data Perhitungan uji tarik Luas Fraksi volume Kuat tarik no penampang (%) (kgf/mm²) (mm²) 1 55 66,30 3,61 2 60 70,75 3,14 3 65 67,03 2,67 4 70 63,88 2,55 5 75 66,28 3,65

Pancasakti Tegal dan di UPTD Laboratorium

UJI Tarik

Perindustrian Komplek LIK Takaru kab.Tegal

foto yang dilakukan di laboraturium Metalurgi Fisik jurusan Teknik Mesin Fakultas teknik Universitas Diponogoro Semarang digunakan dalam penelitian dengan pengamatan, hasil dan pengujian tarik dan lengkung

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

3,14 2,67

2,55

Kuat Tarik

55%

Tabel.3.1 Pembuatan spesimen uji tarik dengan Volume cetakan 69,840 mm³ Fraksi Epoxy Hardener no Volume (mm³) (mm³) 1 55% 38,412 31,428 2 60% 41,904 27,936 3 65% 45,396 24,444 4 70% 48,888 20,952 5 75% 52,380 17,460

3,65

3,61

kuat tarik kgf/mm²

Sebagaimana ditunjukan dalam tabel, grafik, dan

60%

65%

70%

75%

fraksi volume epoxy

Gambar 3.1 Grafik uji tarik 2. Perhitungan uji lengkung Tabel 3.4 Data Perhitungan uji lengkung Sudut Fraksi Epoxy Hardener No lengkung volume (%) (mm³) (mm³) (°) 1 55 22,69 18,56 31,33 2 60 24,75 16,5 42,33 3 65 26,81 14,44 21,33 4 70 28,87 12,37 37,6 5 75 30,94 10,31 33,6

61

sudut lengkung (°)

Uji Lengkung 50 40 30 20 10 0

42,33 37,6 33,6 31,33 21,33 Uji Lengkung

Gambar 3.6 foto mikro pada fraksi volume 60%

fraksi volume epoxy

Gambar 3.2 Grafik uji lengkung

B. Pembahasan Berdasarkan data penelitian pada komposit

3. Hasil foto mikro uji tarik

serat tebu yang tediri dari pengujian Tarik dan pengujian lengkeng yang menggunakan fraksi volume epoxy 55%, 60%, 65%, 70% dan 75% sedangkan serat tebu yang digunakan adalah sebanyak 0.2 gram. Kesimpulan dari penelitian ini Gambar 3.3 foto mikro pada fraksi volume 75%

adalah

untuk

pengujian

tarik

yang

menggunakan standar ASTM D-638 M dan untuk pengujian lengkung menggunakan standar ASTM D 790. Pada pembuatan cetakan pembuat komosit menggunakan bahan atau material kaca dengan tebal 5mm dan 3mm. Pembuatan komposit yang menggunakan resin epoxy dan hardener sebagai pengeras serta di dalam proses pengeringan spesimen ini di gunakan Electric

Gambar 3.4 foto mikro pada fraksi volume 70%

Oven dengan merk Cosmos kapasitas 18 liter / 6kg daya listrik yang di perlukan Electric oven

4. Foto mikro uji lengkung

ini yaitu 220 v0lt memerlukan waktu pengerian untuk spesimen selama 30 menit dengan suhu 100ºc. Pada pengujian tarik

dengan fraksi

volume 55% menghasilkan spesimen I dengan hasil beban tarik maksimum 195,59 kgf , luas penampang 56,723 mm dan kuat tarik 3,44 Gambar 3.5 foto mikro pada fraksi volume 60%

kgf/mm². Sedangkan untuk spesimen II dengan 62

beban tarik maksimum 205,73 kgf ,luas

kgf/mm².sehingga rata-rata kuat tarik fraksi

penampang 71,4756 mm serta kuat tarik 2,88

folume 70% adalah 2,35 kgf/mm².

kgf/mm².sehingga rata-rata kuat tarik fraksi folume 55% adalah 3,16 kgf/mm². Pada pengujian tarik

Pada pengujian tarik dengan fraksi volume 75% menghasilkan spesimen I dengan hasil

dengan fraksi

beban tarik maksimum 186,42 kgf , luas

volume 60% menghasilkan spesimen I dengan

penampang 64,4752 mm dan kuat tarik 2,89

hasil beban tarik maksimum 268,25 kgf , luas

kgf/mm². Sedangkan untuk spesimen II dengan






kgf/mm².sehingga rata-rata kuat tarik fraksi



kgf/mm² dan untuk spesimen III menghasilkan beban

tari

maksimum

176,41

luas

lengkung yang paling maksimun adalah pada


frasi volume 60% yang menghasilkan sudut

kgf/mm² sehingga rata-rata kuat tarik fraksi

lengkung 42,33º dan sudut yang minimum pada

folume 60% adalah 3,14 kgf/mm²..

pengujian lengkung didapatkan fraksi volume

Pada pengujian tarik

kgf,

Pada pengujian lengkung dihasilkan sudut

dengan fraksi

65% dengan sudut lengkung 21,33º.

volume 65% menghasilkan spesimen I dengan hasil beban tarik maksimum 192,15 kgf , luas penampang 68,3298 mm dan kuat tarik 2,81

III. KESIMPULAN pengujian

menunjukan

kekuatan

tarik


komposit kombinasi serat tebu dengan fraksi


volume epoxy 55%,60%,65%,70% dan 75%


adalah fraksi volume epoxy 55% menghasilkan

kgf/mm² dan untuk spesimen III menghasilkan

kuat tarik 3,16 kgf/mm², fraksi volume epoxy

beban

luas

60% menghasilkan kuat tarik 3,14 kgf/mm²,


fraksi volume epoxy 65% menghasilkan kuat

kgf/mm² sehingga rata-rata kuat tarik fraksi

tarik 2,67 kgf/mm², fraksi volume epoxy 70%


menghasilkan kuat tarik 2,35 kgf/mm² dan

tari

maksimum

81,77

Pada pengujian tarik

kgf,

dengan fraksi

fraksi volume epoxy 75% menghasilkan kuat

volume 70% menghasilkan spesimen I dengan

tarik 3,19 kgf/mm². Kekuatan tarik rata-rata

hasil beban tarik maksimum 152,64 kgf , luas

komposit serat tebu yang terbaik atau tertinggi


adalah pada fraksi volume 75% Hasil pengujian


lengkung


menunjukan pada fraksi volume 65% sudut


lengkungnya

menunjukan

tidak

baik

sudut

hanya

lengkung

21,33º 63

sedangkan yang terbaik adalah pada fraksi

terdapat pada spesimen uji tarik maupun uji

volume

lengkung sangat mempengaruhi sifat mekanik

60%

yang

menunjukan

sudut

lengkungnya 42,33º. Hasil

pengujian

komposit serat tebu. tarik

dan

lengkung

menunjukan bahwa rongga-rongga udara yang

DAFTAR PUSTAKA ASTM , 1999, Buku Annual Standard Book, Nurdin Hardi, 2009, pengaruh penggunanan jenis serat pada komposit polimer terhadap kekuatan tarik, Padang : UNP. Kristomus Boiman, 2010, “Pengaruh Fraksi Volume Dan Panjang Serat Terhadap Sifat Bending Komposit Poliester Yang Diperkuat Serat Batang Pisang” Nusa Cendana.Kupang Muhamad Fajar Sugeng Nugroho, 2008, “Optimasi Kekuatan Bending Dan Impact Komposit Berpenguat Serat Ramie Bermatrik Polyester BQTN 157 Terhadap Fraksi Volume Dan Tebak Skin” Muhammadiyah.Surakarta Purmuko I Purboputo, 2006, “Pengaruh Panjang Serat Terhadap Kekuatan Impak Komposit Enceng Gondok Dengan Matrik poliester” Muhammadiyah. Surakarta. P. Stevens. Malcolm, 2001, “Kimia Polimer” Pradnya Paramita. Jakarta. Wagenugraha ,2008,”Material Komposit Tangguh Berbasis Serat Alam “

64

ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT TEBU DENGAN MATRIK RESIN EPOXY

Recommend Documents