12 DENGAN MATRIKS EPOKSI RESIN (KEKUATAN BENDING)

PROSIDING 20 12© Arsitektur

Elektro

Geologi

Mesin

HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Perkapalan Sipil

ANALISIS SIFAT MEKANIS TENUNAN SERAT RAMI JENIS BASKET TIPE S 3/12 DENGAN MATRIKS EPOKSI RESIN (KEKUATAN BENDING) Rafiuddin Syam, Zulkifli Djafar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245

Abstrak Pemanfaatan teknologi dengan penggunaan bahan komposit khususnya yang menggunakan serat alam (natural fiber) pada berbagai peralatan banyak dikembangkan, mulai dari peralatan sederhana seperti alat-alat rumah tangga hingga sektor industri, seperti industri kendaraan darat (ground vehicle), kendaraan air (marine vehicle), maupun kendaraan udara (air craft) dan juga sektor-sektor industri lainnya. Penggunaan serat alam sebagai penguat untuk bahan komposit menggantikan peran serat sintetis merupakan salah satu langkah bijak dalam meningkatkan nilai ekonomis serat alam mengingat keterbatasan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, dan salah satunya adalah pemanfaatan komposit berbasis serat alam yakni serat rami. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menganalisis sifat mekanis tenunan serat rami jenis Basket tipe S 3/12 dengan matriks epoksi resin dimana metodologi penelitian melibatkan bahan, alat, bentuk dan dimensi spesimen uji, dengan mengunakan alat uji sesuai standarisasi ASTM yakni dalam pengujian kekuatan bending dengan uji standar ASTM D790-02.Hasil dari penelitian ini diperoleh bahwa Sifat kekuatan bending dari tenunan serat rami ATBM (alat tenun bukan mesin) jenis basket tipe s 3/12 dengan matriks epoksi resin diperoleh tegangan bending yang terendah yaitu pada spesimen ke tiga sebesar σb3 = 87,7843 MPa, regangan bending dan modulus elastis bending yang terendah yaitu pada spesimen ke empat sebesar εb4 = 0.00249 mm/mm dan Eb4 = 26.4541 GPa. Sedangkan tegangan bending yang maksimum yaitu pada spesimen ke enam sebesar σb6 = 88,4309 MPa, regangan bending dan modulus elastis bending yang maksimum juga pada spesimen ke enam yaitu sebesar εb = 0.0315 mm/mm dan modulus elastik bending sebesar Eb = 29,3592 GPa serta defleksi terendah terjadi pada spesimen ketiga dan keempat sebesar 6 mm dan untuk defleksi maksimun terjadi pada specimen keenam sebesar 7.5 mm. Kata kunci: tenunan Serat Rami, Epoksi Resin, Kekuatan tarik, Kekuatan Bending, Kekuatan Impak

PENDAHULUAN Tanaman Rami sudah ada sejak jaman Jepang yaitu pada waktu Perang Dunia II, merupakan tanaman tahunan yang berbentuk rumpun yang mudah tumbuh dan dapat dikembangkan di daerah tropis, tahan terhadap penyakit dan hama, serta dapat mendukung pelestarian alam dan lingkungan. Tanaman Rami yang dikenal dengan nama latinnya Boehmeria nivea (L) Goud merupakan tanaman yang dapat menghasilkan serat alam nabati dari pita (ribbons) pada kulit kayunya yang sangat keras dan mengkilap. Serat rami mempunyai sifat dan karakteristik serat kapas (cotton) yaitu sama-sama dapat dipintal ataupun dicampur dengan serat yang lainnya untuk dijadikan bahan baku tekstil. Dalam hal tertentu serat rami mempunyai keunggulan dibanding serat-serat yang lain seperti kekuatan tarik, daya serap terhadap air, tahan terhadap kelembaban dan bakteri, tahan terhadap panas, peringkat nomor 2 setelah sutera dibanding serat alam yang lain, lebih ringan dibanding serat sentetis dan ramah lingkungan (tidak mengotori lingkungan sehingga baik terhadap kesehatan). (http://www.dephan.go.id/). Ramie mampu menghasilkan serat 10 kali lebih tinggi dibandingkan kapas. Ramie juga merupakan bahan baku kertas kualitas tinggi, di samping sering juga digunakan sebagai bahan baku pembuatan kerajinan rakyat. Pengembangan tanaman rami memiliki prospek sangat cerah, kebutuhan serat rami dunia 400.000 ton per tahun sampai saat ini kekurangan pasokan sebesar 270.000 ton per tahun, dengan total penawaran 130.000 ton. Dari

Volume 6 : Desember 2012

Group Teknik Mesin TM9 - 1

ISBN : 978-979-127255-0-6

Analisa Sifat Mekanis Tenunan… Arsitektur Elektro

Geologi

Mesin

Rafiuddin Syam, Zulkifli Djafar Perkapalan Sipil

hasil penelitian, serat rami di Indonesia kualitasnya mampu bersaing dengan serat rami dari Cina, Brazil, Filipina, Taiwan, Korea, Komboja, Thailand dan Vietnam. Dengan demikian pengembangan tanaman ini memiliki prospek yang sangat cerah, karena sampai saat ini Indonesia merupakan potensi yang besar untuk meng-gerakkan ekonomi rakyat melalui perekonomian pedesaan, pendapatan petani dan komoditi ekspor non migas. Tumbuhan rami sangat cocok ditanam/ideal di daerah tropis yaitu di Indonesia dengan ketinggian ideal 400 m s/d 1500 m diatas permukaan air laut, dengan curah hujan 90mm/bln yang merata sepanjang tahun, kondisi tanah datar terbuka berstruktur ringan seperti tanah liat berpasir dengan PH 5,6 s/d 6,5 dengan umur produktif 6 s/d 8 tahun dipanen 5 s/d 6 x dalam setahun. Pada panen pertama dipangkas kosmetik usia 6 bulan, setelah itu tiap 2 bulan dapat dipanen sampai usia 8 tahun. Batang tanaman rami tumbuh rhizome yang berbentuk ramping dan pertumbuhannya dapat mencapai ketinggian diatas 250 cm, diameter batang antara 8 s/d 20 mm, berat batang 60 s/d 140 gram dengan jumlah perumpun 4 s/d 12 batang, warna hijau sampai coklat. (http://www.dephan.go.id/.) Penggunaan kembali serat alam, dipicu oleh adanya regulasi tentang persyaratan habis pakai (end of life) produk komponen otomotif bagi negara-negara Uni Eropa dan sebagian Asia. Bahan sejak tahun 2006, negaranegara Uni Eropa telah mendaur ulang 80% komponen otomotif, dan akan meningkat menjadi 85% pada tahun 2015. Di Asia khususnya di Jepang, sekitar 88% komponen otomotif telah di daur ulang pada tahun 2005 dan akan meningkat pada tahun 2015 menjadi 95%, (Jamasri, 2008). Serat alam sebagai elemen penguat sangat menentukan sifat mekanik dari komposit karena meneruskan beban yang didistribusikan oleh matrik. Semua serat alam dari tanaman memiliki sifat hydrophilic yang sangat berlawanan dengan sifat hidrophobik polimer. Orientasi arah serat, jenis struktur tenunan, ukuran dan bentuk serta material serat adalah faktor-faktor yang mempengaruhi sifat mekanik dan laminat. Serat rami tenunan yang dikombinasikan dengan epoksi resin sebagai matrik akan dapat menghasilkan komposit alternatif untuk aplikasi teknik. Dengan memvariasikan orientasi arah serat dan jenis tenunan dari serat rami diharapkan akan didapatkan hasil properti mekanik komposit yang maksimal untuk mendapatkan dukungan pemanfaatan komposit alternatif (Hwang dkk, 2003). Keunggulan serat rami dibandingkan dengan fiber glass adalah komposit serat rami lebih ramah lingkungan karena mampu terbiodegrasi secara alami dan harganya pun lebih murah dibandingkan fiber glass. Sedangkan fiber glass sukar terbiodegrasi secara alami, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti fiber glass tersebut. Selain itu fiber glass juga menghasilkan CO dan debu berbahaya bagi kesehatan jika didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti fiber glass (Hadi, 2000). Dari sekian banyak tanaman serat, rami atau dalam bahasa latin Boehmeria nivea adalah salah satu tanaman yang memiliki kandungan serat yang tinggi dan memiliki karakteristik mirip kapas. Bahkan, rami ternyata terbukti lebih mudah dibudidayakan dibandingkan tanaman kapas (Musaddad, 2007). Rami termasuk tanaman yang mudah tumbuh diberbagai kondisi lahan namun saat ini pemanfaatan serat rami di Indonesia hanya sebatas sebagai bahan dasar pembuatan kain pakaian dan kertas. Tentunya akan memiliki nilai lebih jika serat tersebut dapat digunakan untuk menggantikan serat non alam (fiber glass) yang selama ini masih diimpor dari luar negeri sebagai penguat material komposit. Mengapa serat alam rami, karena rami mempunyai karakteristik kuat, ringan, tahan lama terhadap penyinaran matahari dan kekuatan serat tidak berubah, tahan air, tahan jamur, serangga dan bakteri (Musaddad, 2007). Disamping itu pohon rami cocok di daerah tropis. Perkembangan teknologi komposit saat ini sudah mulai mengalami pergeseran, dari bahan komposit berpenguat serat sintesis menjadi bahan komposit berpenguat serat alam. Serat alam rami (Boehmeria Nivea) memiliki peluang untuk dikembangkan sebagai media penguatan pada resin polimer. Telah dilakukan penelitian awal, menunjukkan bahwa diameter serat rami (jenis rami cina super) dari Garut adalah sekitar 0.22-0.42 mm (Marsyahyo dkk, 2005). Menurut Mueller dan Krobjilobsky (2006), massa jenis serat rami adalah 1.5-1.6 gr/cm³ dan kekuatan tarik serat rami berkisar 400-1050 MPa. Modulus elastisitas dan regangannya adalah sekitar 61.5GPa dan 3.6%. Berdasarkan uraian diatas, pengaruh fraksi volume dengan variasi lamina serat rami tenunan jenis Basket (silangan dua) tipe S 3/12 yang ditenun secara permesinan ATM (Alat Tenun Mesin) dengan matrik epoksi resin belum diteliti terhadap sifat mekanisnya yaitu sifat terhadap kekuatan tarik, kekuatan bending dan kekuatan impak merupakan hal yang sangat menarik untuk dikaji lebih lanjut. Kajian yang dilakukan mengacu pada jenis dan tipe tenunan serat rami.

Rami (Boehmeria nivea) serat alam selulosa Menurut sejarah, serat rami (Boehmeria nivea) merupakan serat alam berbasis selulosa yang berasal dari negara China yang telah dikenal oleh manusia sejak 3000 S.M. sebagai bahan baku tali-temali dan kain pembungkus mumi di negara Mesir. Pada tahun 1733 tanaman rami dibawa dan dikenalkan ke wilayah Eropa oleh George Boehmer of Wittenberg berkebangsaan Jerman. Sekitar satu abad setelah rami dikenalkan di Eropa yakni pada tahun 1855 tanaman ini mulai dikembangkan di wilayah selatan Amerika dan pemanfaatannya telah dikembangkan sebagai bahan baku sandang pada awal tahun 1911 (Maiti, 1997).

ISBN : 978-979-127255-0-6




Elektro

Geologi

Mesin


Muller dan Krobjilowski (2003) mengklasifikasikan serat alam selulosa dalam dua kelas yakni (a) tanaman dikotil dan (b) tanaman monokotil. Serat ramie termasuk kelas tanaman dikotil dengan sumber serat diperoleh dari bagian kulit batang (bast atau stem). Tabel 1. Daftar beberapa referensi mechanical properties dari serat rami Mueller & Jacob Rowell, Mechanical properties Krobjilowski, et al, et al, 2003 2005 2000 3) Density, (g/cm 1.5-1.6 Diameter, (micron) 40-80 11-80 Length, (mm) 60-260 60-250 Tensile strength, (MPa) 400-1050 400-938 Elongation, (%) 3.6-3.8 3.6-3.8 Young modulus, (GPa) 61.5 61.4-128 -

Andre, 2006 1,5 30-50 150 500-730 2 29-44

Marsyahyo, et al, 2005 1.3–1.7 25–40 200–250 786–1586 1.2–2.1 64–112

Sifat mekanis banyak dipengaruhi oleh kandungan selulosa (Rowell dkk, 2000). Serat rami memiliki kandungan selulosa yang cukup tinggi dan sifat mekanis relatif paling tinggi dibandingkan dengan serat alam yang lainnya sehingga memungkinkan untuk digunakan sebagai media penguatan untuk komposit polimer. Komposisi kandungan serat rami ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Komposisi Kandungan Kimia Serat Rami Komposisi Rowell Gassan kimia dkk,2000 dkk,2001 Selulosa, wt % Hemiselulosa, wt % Lignin, wt % Wax, wt % Pektin, wt % Pentosan, wt % Abu, wt % Moisture, wt % Spiral angle, ( 0) Kadar ekstraktif benzene

Winarto, 2005

Kavelin, 2005

61,27 22,05 1,9 na na na 5,49 9 na

70-80 na 0,5-1,0 na na na na 12-17 6-10

12,65

na

87-91 na na na na 5-8 na na na

69-83 na na na na 5-8 na na 8

73,17-75,11 12,45-13,44 1,3-1,6 0,22-0,63 4,18-4,52 3,37-3,52 12 na

68,6-76,2 13,1-16,7 0,6-0,7 0,3 1,9 na na 8 7,5

na

na

na

na

Marsyahyo, Andre, 2005 2006

Keterangan : wt = berat

Struktur tenunan serat rami Model tenunan serat alam yang telah dijadikan benang terutama untuk aplikasi sandang memiliki struktur plain weave yang relatif sederhana. Untuk menghasilkan tenunan yang memiliki kekuatan mekanis tinggi diperlukan model konstruksi yang berbeda dengan aplikasi sandang pada umumnya. Model tenunan ini khusus dirancang agar mampu menahan beban sehingga tidak mengalami rusak atau kegagalan bahan pada batas tertentu.

Gambar 1. Model tenunan rami Basket weave S12/3 secara ATBM (AlatTtenum Bukan Mesin)



ISBN : 978-979-127255-0-6


Geologi

Mesin


Sedangkan model tenunan memiliki variasi yang berpengaruh terhadap kekuatan kain dan fungsinya sebagai media penguatan di dalam komposit. Gambar.2 menunjukkan model tenunan untuk aplikasi struktural (Composite Material Handbook, vol.5, 2002).

Gambar 2. Variasi konstruksi tenunan

Serat penguatan harus mampu menyatu (bonding) dengan matrik atau resin polimer baik thermosetting maupun thermoplastic yang memiliki ikatan adhesive antara serat-matrik yang sangat kuat untuk dapat menghasilkan sifat mekanis bahan yaitu kekuatan, ketangguhan, kekakuan dan ketahanan impak yang memenuhi syarat suatu aplikasi teknik (Gay dkk, 2003). Saat ini contoh pemanfaatan komposit polimer dengan penguatan serat alam telah diadopsi di bidang otomotif dan pesawat terbang baik struktur maupun non-struktur (Muller dan Krobjilowski, 2003; Karus dan Kaup, 2002). Karus dan Kaup (2002) memprediksi peningkatan penggunaan serat alam selulosa di industri otomotif negara Eropa akan meningkat hingga 350 % dari penggunaan tahun 2000 yakni dari jumlah sekitar 28.000 ton menjadi lebih dari 100.000 ton pada tahun 2010 nanti. Permasalahan yang dihadapi dalam memanfaatkan serat alam selulosa adalah sifat mekanis yang masih relatif lebih rendah dibandingkan dengan serat gelas komersial tipe E. Kekuatan tarik maksimal rami dilaporkan sebesar 1050 MPa atau sekitar 53% lebih rendah dibandingkan serat gelas tipe E yakni sekitar 1800 MPa (Muller dan Krobjilowski, 2003). Kelemahan lainnya adalah sifat hydrophilic dari serat alam yang harus direduksi agar tercapai kompatibilitas dengan resin polimer yang memiliki sifat hydrophobic. Serat alam selulosa merupakan komoditas yang sangat bermanfaat jika diproses secara benar mengingat sifat hydrophilic tersebut dimana pengaruh air dari lingkungan sekitar sangat kritis. Sifat hydrophilic merupakan sifat alami serat alam selulosa yakni kemampuan serat dalam menyerap kandungan air dari lingkungan bebas. Kandungan air yang dimiliki serat mempengaruhi sifat mekanis yang dapat mengurangi kemampuan rekat antar serat dan matrik polimer (Swamy dkk, 2004; Sombatsompop dkk, 2004). Beberapa cara untuk mengoptimalkan serat alam selulosa sebagai media penguatan pada komposit matrik polimer adalah melalui perlakuan permukaan serat secara kimiawi yakni penggunaan coupling agent atau compatibilizer agar fase terpisah antara material hydrophilic dan hydrophobic dapat diminimalkan (Swamy dkk, 2004; Eichhorn dkk, 2001).

Komposit Komposit tersusun dari dua bahan atau lebih yakni yang utama serat sebagai media penguat dan matrik sebagai media pengikat. Kelompok matrik yang digunakan adalah jenis plastik polimer. Plastik Polimer yang umum digunakan sebagai bahan matriks komposit terbagi dua kelompok yaitu thermoplastis dan thermoset. Beberapa sifat penting kedua polimer tersebut dapat dilihat pada tabel.3. Tabel 3. Beberapa sifat penting dari polimer themoplastis dan thermoseting Modulus Kekuatan Density, Polimer young, MPa tarik, MPa kg/m3 Thermoset Polypropylene (PP) 800-1300 25-30 902-907 High Density Polyethylene (HDPE) 600-1400 20-32 940-965

ISBN : 978-979-127255-0-6


Harga, Euro/kg 0,68-0,73 0,74-0,81



Elektro

Geologi

Mesin


Tabel 3. Beberapa sifat penting dari polimer themoplastis dan thermoseting (lanjutan) Modulus Kekuatan Density, Polimer young, MPa tarik, MPa kg/m3 High Density Polyethylene (LDPE) Polyvinylchloride (PVC) Thermoplastis Epo ghksi (EP) Unsaturatedpolyester (UP) Polyurethane (PU) Phenol formaldehyde (PF) Polyethylene terephthalate (PET)

Harga, Euro/kg

200-400 2410-4140

8-12 35-65

910-928 1350-1550

0,77-0,80 0,79

3100 1400-2000 3000-8000 5600 -2000 3100

65-79 30 20-54 20-25 70

1150 1170-1260 1100-1700 1400-1800 1370

4,90 0,15-0,30 0,40-1,90 0,35 2,55

Sedangkan jenis model penguatan serat pada bahan komposit dapat dikelompokkan berdasarkan orientasi arah dan bentuk serat yakni orientasi (a) serat continuous, (b) serat woven, (c) serat chopped dan (d) hybrid/sandwich (Gibson, 1994) seperti yang terlihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Model orientasi serat penguatan pada komposit matrik

Volume Matrik dan Serat Pada bahan komposit dengan volume matrik yang sama, kuat tariknya juga ditentukan oleh volume serat yang yang terkandung, bahwa semakin banyak serat yang terkandung dalam komposit tersebut kekuatan mekanisnya semakin besar (Schwartz, 1984). Volume komposit merupakan penjumlahan antara volume serat dan volume matriknya. Volume komposit dapat ditentukan dengan persamaan : Vc  V  V F M dimana:

VC = Volume komposit (cm3) VF = Volume serat (cm3) VM = Volume matriks (cm3)

Fraksi volume serat dapat ditentukan dengan persamaan: V v  F f V C Dengan vf = fraksi volume serat (%)

Uji Massa Jenis ( Densitas ) Pengujian densitas dilakukan untuk mengetahi besarnya densitas dari suatu bahan. Massa jenis serat diperlukan untuk mengetahui kekuatan spesifik serat yang erat kaitannya dengan rasio kekuatan terhadap berat pada bahan komposit yang memerlukan syarat ringan dan kuat (Gibson, 1994). Massa Jenis Serat Perhitungan massa jenis serat mengacu pada standar ASTM D 3800-99, Density of High Modulus Fibers yaitu dengan persamaan:



ISBN : 978-979-127255-0-6

Analisa Sifat Mekanis Tenunan… Arsitektur Elektro 

f

Dimana; ρf ρo wa wo

Geologi

Mesin


W a  W  W asetone a o = massa jenis serat (gr/cm3) = massa jenis acetone = 0,79 (gr/cm3) = berat serat di udara (gr) = berat serat dalam acetone (gr)



Massa Jenis Komposit W a    c W W asetone a w Dimana; ρc = berat jenis komposit (gr/cm3) Wa = berat di udara (kering) (gr) Ww= berat di dalam acetone (gr)

Pengujian Bending Kekuatan lentur atau kekuatan bending adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi besar. Pengujian kuat lentur dilakukan untuk mengetahui ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan pada titik lentur dan juga untuk mengetahui keelastisan suatu bahan. Cara pengujian kuat lentur ini dengan memberikan pembebanan tegak lurus terhadap sampel dengan tiga titik lentur dan titik-titik sebagai penahan berjarak tertentu. Titik pembebanan diletakkan pada pertengahan panjang sampel ditunjukkan seperti gambar 5. Pada pengujian ini terjadi perlengkungan pada titik tengah sampel dan besarnya perlengkungan ini dinamakan defleksi (δ). Kemudian dicatat beban maksimum (Wmaks) dan regangan saat spesimen patah. Bentuk sampel uji bending secara umum digambarkan seperti gambar 4.

Gambar 4. Spesimen uji bending

P

½L

½L L

Gambar 5. Pemasangan benda uji

Pada perhitungan untuk menentukan kekuatan lentur/bending, digunakan persamaan sesuai standar ASTM D790-02, yaitu: 3PL   f 2bh 2 dimana; σ f P b h L

= Tegangan lentur maksimum (MPa) = Beban maksimum (N) = Lebar dari benda uji (mm) = Tebal benda uji (mm) = Jarak antara penyangga (mm)

Regangan bending (єf) dapat diketahui besarnya menggunakan persamaan:

ISBN : 978-979-127255-0-6



PROSIDING 20 12© Arsitektur  dimana;

f εf L δ d



Elektro

Geologi

Mesin


6d x100% L2

= regangan bending (%) = panjang benda uji (mm) = defleksi maksimum (mm) = tebal benda uji (mm)

Nilai modulus elastisitas bending (Ef) bahan dapat dirumuskan dengan persamaan: L3m E  f 4bh 3 Dimana; Ef = modulus elastisitas bending (MPa) L = panjang benda uji (mm) b = lebar benda uji (mm) h = tebal benda uji (mm) m = Slope Tangent pada kurva beban defleksi (N/mm)

METODOLOGI PENELITIAN Tempat dan waktu penelitian Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Metalurgi serbuk Jurusan Mesin Fakulatas Teknik Universitas Hasanuddin Makassar pada bulan Mei sampai bulan Nopember 2012.

Bahan, Alat dan Peralatan Yang digunakan Bahan Serat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat rami tenunan ATM model Basket tipe S 3/12 seperti pada gambar 6. Serat rami tenunan ini dari produksi Koppotren Darussalam, Garut, Jawa Barat. Serat rami dipilih dari Sentra Rami Terpadu Koppontren Darussalam Garut dengan jenis/klon Pujon X. Semua bahan serat dalam kondisi kering dengan kadar air X % dan telah mengalami proses dekortikasi dan pencucian dengan air aquades hingga pH sekitar 7.

Gambar 6. Serat rami tenunan

Matrik Matrik yang digunakan adalah jenis thermosetting plastik, yaitu epoksi resin dengan campuran resin dan hardener yang diperoleh dari PT. Justus Kimia Raya, cabang Semarang. Ciri-ciri resin ini epoksi hardener ditunjukkan oleh gambar 7 berwarna kecoklat-coklatan, sedangkan epoksi resin berwarna bening yang biasa dikenal dengan sebutan general purpose resin keruh.

Gambar 7. Epoksi resin



ISBN : 978-979-127255-0-6


Geologi

Mesin


Alat yang digunakan Cetakan, terbuat dari baja ukuran 25 x 25 cm, 30 x 30 cm dan 12 x 30 cm, Gelas ukur 500 ml, Jarum suntik 3 ml (untuk mengukur katalis), Thermometer ruangan, Kuas dan Roll, Jangka sorong, Gergaji Lidi, Kertas Amplas, Timbangan Digital, Oven Listrik Alat Uji Alat uji flexural (standar ASTM D790-02)

Proses Pencetakan Proses pencetakan komposit menggunakan pelat baja berukuran 300 mm x 300 mm. Langkah-langkah pencetakan spesimen komposit ini, yaitu: 1. Alat dan bahan harus dipersiapkan terlebih dahulu. 2. Langkah pertama yaitu tuangkan resin dan hardener sesuai perbandingan yang ditentukan yaitu 64 : 36 kedalam gelas ukur. 3. Campurkan resin dan hardener pada sebuah wadah kemudian aduk campuran tersebut hingga merata. 4. Tuangkan campuran resin dan hardener kedalam cetakan secukupnya, kemudian ratakan hingga semua daerah cetakan terisi. 5. Masukkan perlahan-lahan lapis pertama lembaran serat kedalam cetakan kemudian siram serat dengan resin. Ratakan dan tekan serat dengan kuas supaya distribusinya merata. 6. Setelah lapis pertama terbasahi semua kemudian lembaran serat berikutnya diletakkan diatasnya, kemudian tuang resin lagi dan ratakan dengan kuas. Ratakan dan tekan kembali serat dengan pengaduk supaya distribusinya merata. 7. Tutup cetakan dengan penutup yang juga terbuat dari pelat baja kemudian tekanlah dengan alat press hidrolik. Hal ini dilakukan dengan harapan tebal komposit sesuai standar. 8. Tunggu selama 6-8 jam sampai cetakan mengering/mengeras. 9. Setelah kering hasil cetakan komposit dapat dilepas dan masih berupa lempengan. Kemudian lempengan ditempelkan kertas yang telah digambar spesimen uji tarik, bending dan impak sesuai dengan standar ASTM (lebar, panjang dan tebal telah sesuai) lalu dilakukan pemotogan dengan menggunakan mesin gergaji mengikuti bentuk gambar. 10. Hasil pemotongan dilakukan finishing dengan menggunakan kikir dan ampelas halus agar permukaan luar spesimen uji lebih halus dan merata. 11. Spesimen siap diuji.

Proses Pengujian Bending Komposit Pengujian tarik dilakukan Laboratorium Jurusan Teknik Mesin S I Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada ditunjukkan pada gambar 18. Adapun spesefikasi dari mesin uji bending pada gambar 8 sebagai berikut: Merk = Torsee’s Universal Testing Machine, Type = AMU – 5 – DE, Produksi = Tokyo Testing Machine Mfg. Co, Ltd. Tokyo, Japan, Tahun = 1987

Gambar 8. Mesin uji Bending Torsee’s Universal Testing

Machine

Specimen Uji Bending Pembuatan specimen uji bending sesuai dengan standar ASTM D790-02, dengan ukuran dimensi spesimen pengujian span (L = 16 d), panjang total (Lo = L + 10%), lebar (b = 4 d) dan tebal (d) sesuai ketebalan material uji. Jumlah benda uji bending sebaiknya berjumlah 7 (tujuh) buah. Hal ini bertujuan agar memperoleh data yang valid. Pada penelitian ini jumlah spesimen berjumlah 42 buah dengan rincian 7 buah untuk masing-masing variasi lamina.

ISBN : 978-979-127255-0-6




Elektro

Geologi


Mesin

Proses Pengujian Bending Pengujian bending sama dengan mesin yang digunakan untuk pengujian tarik dan juga dilakukan di Laboratorium Jurusan Teknik Mesin S I Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada. Yang membedakannya adalah pemasangan spesimen uji pada tumpuan dengan indentor tepat di tengah tengah kedua tumpuan ditunjukkan pada gambar 9.

Gambar 9. Pemasangan benda uji

Adapun Tahapan pengujian bending dilakukan sesuai dengan langkah berikut: 1. Mengukur dimensi spesimen meliputi: panjang, lebar dan tebal. 2. Pemberian label berupa nomor urut dan variasi lamina pada setiap spesimen yang telah diukur untuk mengindari kesalahan pencatatan. 3. Menghidupkan mesin Torsee untuk uji bending. 4. Pemasangan spesimen uji pada tumpuan dengan tepat dan pastikan indentor tepat di tengah-tengah kedua tumpuan. 5. Pembebanan bending dengan kecepatan konstan dengan besar pembebanan P = 250 kgf. 6. Pencatatan besarnya defleksi yang terjadi pada spesimen, setiap penambahan beban sampai terjadi kegagalan. 7. Setelah mendapatkan data hasil pengujian dilanjutkan dengan perhitungan karakteristik kekuatan bending.

PEMBAHASAN Tegangan Bending Tegangan Bending Beban (Kg)

20 10 0 0

2

4

Defleksi (mm)

6

8

Gambar 10. Grafik Hubungan antara beban dengan defleksi

Dari grafik di atas menunjukkan bahwa dengan meningkatnya penambahan beban akan memberikan pertambahan defleksi yang terjadi dimana pada defleksi sebesar 7,5 mm dan beban 18,2 kg spesimen patah getas sehingga diperoleh tegangan bending sebesar σb = 88,4309 MPa dan regangan bending sebesar εb = 0.0315 mm/mm serta modulus elastik bending sebesar Eb = 29,3592 GPa



ISBN : 978-979-127255-0-6


Geologi


Mesin

Tegangan bending setiap spesimen

Tegangan Bending (MPa)

Tegangan Bending 90.0000 80.0000 70.0000 1

2

3

4

5

6

7

Spesimen Gambar 11. Grafik Tegangan bending pada setiap spesimen

Dari grafik di atas menunjukkan bahwa dari ketujuh specimen yang diteliti pada spesimen ketiga mempunyai tegangan bending yang rendah yaitu sebesar σb3 = 87,7843 MPa dan pada spesimen ke enam mempunyai tegangan bending yang maksimun yaitu sebesar σb6 = 88,4309 MPa dimana pada spesimen ketiga defleksi terjadi sebesar 6 mm sedangkan pada specimen keenam defleksi terjadi sebesar 7.5 mm. Regangan Bending Regangan Bending (mm/mm)

0.0400 0.0300 0.0200 0.0100 0.0000 1

2

3

4 5 spesimen

6

7

Gambar 12. Grafik Regangan bending pada setiap spesimen

Dari grafik di atas menunjukkan bahwa dari ketujuh spesimen yang diteliti pada spesimen keempat mempunyai regangan bending yang rendah yaitu sebesar εb4 = 0.00249 mm/mm dan pada spesimen ke enam mempunyai tegangan bending yang maksimun yaitu sebesar εb6 = 0.0315 mm/mm dimana pada spesimen keempat defleksi terjadi sebesar 6 mm sedangkan pada specimen keenam defleksi terjadi sebesar 7.5 mm.

Modulus Bending (GPa)

Modulus Bending 30.0000 28.0000 26.0000 24.0000 1

2

3

4

5

6

7

spesimen Gambar 13. Grafik Modulus elastis bending pada setiap spesimen

Dari grafik di atas menunjukkan bahwa dari ketujuh spesimen yang diteliti pada spesimen keempat mempunyai modulus elastis bending yang rendah yaitu sebesar Eb4 = 26.4541 GPa dan pada spesimen ke enam mempunyai

ISBN : 978-979-127255-0-6




Elektro

Geologi

Mesin


modulus elastis bending yang maksimun yaitu sebesar Eb6 = 29,3592 GPa dimana pada spesimen keempat defleksi terjadi sebesar 6 mm sedangkan pada specimen keenam defleksi terjadi sebesar 7.5 mm.

SIMPULAN Dari ketujuh spesimen yang telah diuji dapat ditarik kesimpulan bahwa:  Sifat kekuatan bending dari tenunan serat rami ATBM (alat tenun bukan mesin) jenis basket tipe s 3/12 dengan matriks epoksi resin diperoleh tegangan bending yang terendah yaitu pada spesimen ke tiga sebesar σb3 = 87,7843 MPa, regangan bending dan modulus elastis bending yang terendah yaitu pada spesimen ke empat sebesar εb4 = 0.00249 mm/mm dan Eb4 = 26.4541 GPa. Sedangkan tegangan bending yang maksimum yaitu pada spesimen ke enam sebesar σb6 = 88,4309 MPa, regangan bending dan modulus elastis bending yang maksimum juga pada spesimen ke enam yaitu sebesar εb = 0.0315 mm/mm dan modulus elastik bending sebesar Eb = 29,3592 GPa serta defleksi terendah terjadi pada spesimen ketiga dan keempat sebesar 6 mm dan untuk defleksi maksimun terjadi pada specimen keenam sebesar 7.5 mm.

DAFTAR PUSTAKA ASTM D 5942-96. 1998. Standart Test Methode for Impact Sifates of Plastic. American Sosiety for Testing and Materials, Philadelphia, PA. ASTM D 790, 1998. Standart Test Methode for Flexure Sifates of Plastic. American Sosiety for Testing and Materials, Philadelphia, PA. ASTM D 638, 2002. Standart Test Methode for Tensile Sifates of Plastic. American Sosiety for Testing Materials, Philadelphia, PA. ASTM D 3800-99, 2002. Density of High Modulus Fibrous Material, American Sosiety for Testing and Materials, Philadelphia, PA. Berthelot, J.M., 1999, Composite Materials Mechanical Behavior and Structural Analysis, pen Springer-Verlag, New York. Diharjo, K., 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik bahan Komposit Serat Rami-polyester, Jurnal Teknik mesin, 8(1). Feldman, D., Hartomo, A.J., 1995. Bahan Polimer Konstruksi Bagunan. PT.Gramedia pustaka Utama, Jakarta. Gibson, R.F., 1994, Principles of Composite Material Mechanics, International Edition, McGraw-Hill. Hadi, B.K., 2000. Mekanika Struktur Komposit, Penerbit ITB, Departemen Penerbangan, Bandung. Jones. R.M. 1987, Mechanis of composite Material. Mc. Graw-Hill New York USA. Marsyahyo,E., Soekrisno,R., Rochardjo,H.S.B., Jamasri,. 2009, Preliminary Investigation on Bulletproof Panels Made from Ramie Fiber Reinforced Composites for NIJ Level II, IIA, and IV, Journal of Industrial Textiles,Vol. 39, No. 1. Maiti, R, 1997, World Fiber Crop: Ramie (Boehmeria nivea), ch.4, pp.63-73, Science publ., USA Matthews, F.L., Rawlings, R.D. 1994. Composite Material Engineering and Science 48,12559615. First edition, Chapman and Hall publisher, 2-6 Boundary Raw, London. Mueller, D.H., Krobjilowski, A., 2003. New Discovery in the Sifates of Composites Reinforced with Natural Fibers. Journal of industrial textiles, vol. 33, no. 2—october 2003 1111528-0837/03/02 0111–20 $10.00/0 doi: 10.1177/152808303039248_2003 Sage Publications. Rowell, R.M., Han, J.S., Rowell, J.S., 2000. Characterization and factors effecting fiber sifates, Nat.Polymer and Agrofibers Composites, San Carlos, Brazil, pp. 115-133. Schwartz, M. M. 1984, Composite Material Handbook, McGraw-Hill Book Company, New York USA. Vasiliev, V.V, Morozov, E.V. 2001. Mechanic and Analysis of Composite Material. Elsevier Science Ltd, The Boulevard, Langford Lane.



ISBN : 978-979-127255-0-6


ISBN : 978-979-127255-0-6

Geologi

Mesin




12 DENGAN MATRIKS EPOKSI RESIN (KEKUATAN BENDING)

Recommend Documents