KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT POHON TERAP DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT SKRIPSI. Untuk memenuhi sebagian persyaratan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT POHON TERAP DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat sarjana S-1

Diajukan oleh : JEPRI NIM : 125214096

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016

i


THE CHARACTERISTIC OF LAYER THE COMPOSITE TREE BARK TERAP STRENGTH ON WITH THE VARIATION

As partial fulfillment of the requirement To obtain the Sarjana Teknik degree In Mechanical Engineering

by Jepri Student Number : 125214096 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016

ii


KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT POHON TERAP DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT Disusun oleh : Nama : Jepri NIM : 125214096

Telah Disetujui Oleh :

Yogyakarta, 29 Agustus 2016 Pembimbing Utama

Budi Setyahandana, S.T.,M.T.

iii


SKRIPSI KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT POHON TERAP DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT Dipersiapkan dan ditulis oleh : Nama : Jepri NIM : 125214096 Dipertahankan dihadapan Panitia Penguji Skripsi Fakultas Sains dan Teknologi Pada tanggal : 29 Agustus 2016 Susunan Panitia Penguji Ketua

: Prasetyadi, S.SI,M.SI.

……………………….

Sekretaris

: Wibowo Kusbandono, S.T.,M.T.

……………………….

Anggota

: Budi Setyahandana, S.T.,M.T.

……………………….

Yogyakarta, 29 Agustus 2016 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Dekan

Sudi Mungkasi, Ph.D.

iv


PERNYATAAN Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah penulis tulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka

Yogyakarta, 29 Agustus 2016

Jepri

v


INTISARI Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh variasi jumlah lapisan serat komposit terhadap kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap sebagai salah satu jenis serat alam. Selain itu penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi jumlah lapisan serat komposit terhadap regangan pada kulit pohon terap, dan pengaruh perlakuan alkali. Penelitian yang telah dilakukan ini menggunakan serat alam yaitu kulit pohon Terap dengan variasi jumlah lapisan serat dengan susunan serat searah. Resin yang digunakan adalah resin Yukalac 235, katalis Mepoxe, dan hand body sebagai release agent. Komposit dibuat dengan menggabungkan 30% serat, 69,7% resin dan 0,3% katalis. Proses pencetakan komposit dilakukan dengan cetakan kaca berukuran 15 cm x 30 cm x 0,5 cm. Metode pengambilan data dilakukan dengan menguji tarik pada setiap benda uji komposit. Hasil penelitian diperoleh nilai kekuatan tarik rata-rata di setiap lapisan komposit serat kulit pohon terap bervariasi, yaitu untuk serat 1 lapis memiliki kekuatan tarik 10,46 MPa, serat 2 lapis dengan kekuatan tarik 26,15 MPa, dan serat 3 lapis dengan kekuatan tarik 26,15 MPa. Sedangkan untuk nilai regangan rata-rata pada setiap lapisan komposit serat kulit pohon terap yaitu, untuk serat 1 lapis memiliki nilai regangan 1,5%, serat 2 lapis memiliki nilai regangan 1,53%, serat 3 lapis memiliki nilai regangan 1,24%. Peningkatan kekuatan tarik terjadi pada lapisan ke 2 dan 3, sedangkan penurunan kekuatan tarik terdapat pada lapisan ke 1. Nilai regangan optimum diperoleh pada lapisan ke 2 yaitu 1,53% dengan kekuatan tarik sebesar 26,15 MPa. Kata kunci : pohon terap, komposit, perlakuan alkali, kekuatan tarik, regangan

vi


ABSTRACT The purpose of this research was to determine the influence of layer amount of tree bark Terap as natural composite fibers to its tensile strength. The other purpose of this research was to determine the influence of layers amount of tree bark Terap as natural composite fiber to its strain property, and also to determine the influence of alkali treatment on this composite material. This research used tree bark Terap as natural fiber with the variation of layer amount Terap fiber in the same direction. The resin used was Yukalac 235 resin, catalyst Mepoxe, and the hand body as a release agent. Composite made by combining 30% fiber, 69.7% 0.3% and resin catalyst. The composite printing process was done with a glass mold measuring 15 cm x 30 cm x 0.5 cm. Research examination procedure was done by tensile test on every composite object materials. The research results were obtained the value of tensile strength on average in each layer of composite fiber tree bark Terap varied with number of layer, i.e. for tensile strength of 1 layer fiber was 10.46 MPa, tensile strength of 2 layers fiber was 26.15 MPa, and tensile strength of 3 layers fiber was 26.15 MPa. The mean strain of each layer of composite fiber tree bark Terap varied with each layers; for fiber 1 layer fiber the strain was 1.5%, 2 layers fiber with strain 1.53%, 3 layers fiber with strain 1.24%. There was increasing value of tensile strength in fiber layers 2 and 3, otherwise the decreasing value of tensile strength was on the fiber layers of 1. The optimum strain property was obtained on a layer into 2 with value 1.53% with tensile strength of 26.15 MPa. Keywords: tree terap, alkali treatment, composite, tensile strength, strain

vii


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta : Nama

: Jepri

NIM

: 125214096

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul : KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT POHON TERAP DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberi royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal, 29 Agustus 2016 Yang menyatakan,

( Jepri )

viii


UCAPAN TERIMA KASIH Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Selama melakukan penelitian ini, penulis telah banyak menerima bantuan, masukan, perhatian dan semangat dari banyak pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini pwnulis menyampaikan rasa penghargaan dan terima kasih yang dalam kepada : 1. Sudi Mungkasi, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Pembimbing Akademik dan selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing, terima kasih buat bimbingan dan cara berfikir yang dicontohkan selama ini. 4. Amiyanta,Amd dan Yustina selaku orang tua dari penulis. 5. Yuyun, Endang, Supriadi, Ola Sulastri, Yuliata dan Daniel selaku kaka, abang dan adik yang telah memberikan semangat untuk belajar. 6. Seluruh staff pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 7. Teman-teman satu angkatan yang tidak dapat disebutkan nama nya satu persatu. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan

dan

kritik,

serta

saran

menyempurnakannya.

ix

dari

berbagai

pihak

untuk


Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih. Yogyakarta, 29 Agustus 2016

Penulis

x


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL……………………………..……….................................. i TITLE PAGE ………………...…………………………………………..……. ii HALAMAN PENGESAHAN……………………………………………....…. iii HALAMAN PERSETUJUAN…………………………..…………..…........... iv HALAMAN PERNYATAAN……………………….………………...….......... v INTISARI ………………………………………………………………............. vi ABSTRAK…………………..………………………………………..…............ vii HALAMAN PERSETUJUAN……….……………………………..…….....…viii UCAPAN TERIMA KASIH………………………...……………......….....… ix DAFTAR ISI…………………….………………………………….............…. xi DAFTAR TABEL………………………………………………...….....…...... xiv DAFTAR GAMBAR………………………………………………......…...…. xvi BAB I PENDAHULUAN………………..…………………......…………….… 1 1.1 Latar Belakang…………………………………...………...………… 1 1.2 Rumusan Masalah…………………………………..…..……………. 2 1.3 Tujuan Penelitian dan Manfaat………………………………………. 2 1.3.1 Tujuan Penelitian………………………………...….…………… 2 1.3.2 Manfaat Penelitian…………………………….....……………… 2 1.4 Batasan Masalah……...…………….………..……....………………. 3 1.5 Sistematika Penulisan………….………...……………..……………. 3 BAB II DASAR TEORI……………………………………...…...…..………… 4 2.1 Pengertian Komposit…………………………………...…..………... 4 2.2 Bahan Penyusun Komposit……………………………...………….. 6 2.3 Klasifikasi Komposit………………………………..…...….………. 7 2.4 Karakteristik Material Komposit……….……...………..………….. 10 2.4.1 Sifat-Sifat Material Komposit………………………...……...... 10 2.4.2 Jenis-Jenis Material Komposit…………...….……...…………. 10 2.5 Macam Serat…………..…………….…………………....…….….. 11 2.6 Partikel……………………………………………………..…….… 13

xi


2.7 Flake…………………….…………………………....………….… 13 2.8 Bahan Tambahan…………………………………...…..…..….….. 13 2.9 Kaidah Pencampuran Komposit…………………...……..…….…. 13 2.10 Kerusakan Pada Komposit……………………..………............... 15 2.11 Kerusakan Internal Mikroskopik…………………….......………. 15 2.11.1 Fraksi Volume Minimum Reinforcing………...….…………. 16 2.11.2 Susunan Serat………………………….………….…..…….… 18 2.12 Mekanika Komposit…………...…...…….…………..…………... 19 2.12.1 Kondisi Isostrain…..…………………….………....…………. 19 2.12.2 Isostres….………………...………………..……...…………. 20 2.13 Modus Kegagalan Lamina……………....…………..………..….. 21 2.13.1 Modus Kegagalan Akibat Beban Tarik Longitudinal............... 21 2.13.2 Modus Kegagalan Akibat Tarik Konversal……….................. 22 2.14 Tinjauan Pustaka,…………………..…………...…………….…... 23 BAB III METODE PENELITIAN………………………….……....…….…... 25 3.1 Skema Penelitian……………......……………………...……….…... 25 3.2 Persiapan Benda Uji…….………......……………………..…….…. 26 3.2.1 Alat…………………..……………………………...……….…. 26 3.2.2 Bahan………………...……………………………................... 28 3.3 Perendaman Serat Dengan NaOH 5%.............................................. 31 3.4 Perhitungan Komposisi Komposit……...…...………........…….….. 32 3.5 Pembuatan Benda uji Tarik.. ………...…...…………........…….…. 33 3.6 Cara Penelitian…………………..…………..………….....………... 35 3.6.1 Uji Tarik……………...……………………...………...……..…. 35 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN………..…................ 36 4.1 Hasil Pengujian………………...………………………….............

36

4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik…...………..……...............… 36 4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Komposit…………........…………. 41 4.2 Pembahasan…………...….....…………………………...……....... 54 4.3 Lampiran…………...…………….………….…………....….….…. 56

xii


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……………………….…...….............. 59 5.1 Kesimpulan……………...……………………………………….... 59 5.2 Saran………………………………………………..…………........ 59

xiii


DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Dimensi Matrik yukalac 235,………………………………...………. 37 Tabel 4.2 Sifat Mekanik Matrik yukalac 235…………………………...…..…… 37 Tabel 4.3 Sifat Mekanik Matrik yukalac 235………………………………...….. 37 Tabel 4.4 Dimensi Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Tanpa Perlakuan NaOH 5%.................................................................. 39 Tabel 4.5 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%.............................................................. 39 Tabel 4.6 Sifat Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%.............................................................. 39 Tabel 4.7 Dimensi Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%.............................................................. 41 Tabel 4.8 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%.............................................................. 41 Tabel 4.9 Sifat Mekanik Komposit Serat Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%.............................................................. 41 Tabel 4.10 Dimensi Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%............................................................. 43 Tabel 4.11 Sifat Mekanik Komposit Serat 3 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%............................................................. 43 Tabel 4.12 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%............................................................. 43 Tabel 4.13 Dimensi Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%........................................................... 45 Tabel 4.14 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................................... 45 Tabel 4.15 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................................... 45 Tabel 4.16 Dimensi Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................................... 47

xiv


Tabel 4.17 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%......................................................... 47 Tabel 4.18 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%........................................................ . 47 Tabel 4.19 Dimensi Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................................... 49 Tabel 4.20 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................................... 49 Tabel 4.21 Sifat Mekanik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................................... 49 Tabel 4.22 Rerata Kekuatan Tarik dan Regangan Serat Kulit Pohon Terap Tanpa direndam NaOH 5%……………….. 51 Tabel 4.23 Rerata Kekuatan Tarik dan Regangan Serat Kulit Pohon Terap Direndam NaOH 5%….…….…………..... 52

xv


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Dari Matrik nya………. 7 Gambar 2.2 Interphase Dalam Komposit………………….………………….... 14 Gambar 2.3 (a) Model Komposit Berpenguat Serat, ( b) Kurva Tegangan Vs Regangan…………...…….………………..... 16 Gambar 2.4 Fraksi Volume Serat……………………………………………..... 18 Gambar 2.5 Komposit Dengan Kondisi Regangan Sama……………….......…. 20 Gambar 2.6 Komposit Dengan Kondisi Tegangan Sama …………………...…. 20 Gambar 2.7 Modus Kerusakan Pada Bahan Komposit akibat Beban Tarik Longgitudinal……………………………………...…. 22 Gambar 2.8 Kegagalan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal......… 22 Gambar 3.1 Alur Skema Penelitian………………………………………..…… 25 Gambar 3.2 Gambar Cetakan Kaca…………………………………………..… 26 Gambar 3.3 Alat Pemotong ( Gunting )………………………...…………...…. 26 Gambar 3.4 Gelas Ukur 1000cc………………………….…….....................…. 27 Gambar 3.5 Spatula Kecil……………………………….…….....................….. 27 Gambar 3.6 Masker…………………………………………………………..…. 28 Gambar 3.7 Grinda……………………………………………………….….…. 28 Gambar 3.8 Gambar Resin Yukalac 235……………………………….….…… 29 Gambar 3.9 Gambar Serat Kulit Pohon Terap………………...……..……….… 29 Gambar 3.10 Gambar Resin Mepoxe………………………………...……….…. 30 Gambar 3.11 Timbangan Digital………………………...…………………….…. 30 Gambar 3.12 Acetone…………………………………….………………………….…… 31 Gambar 3.13 Proses Perendaman Serat……………………...……………….….. 31 Gambar 3.14 Spesifikasi Ukuran Cetakan ASTM D 638 M-84 M-I…...………... 34 Gambar 4.1 Diagram Kekuatan Tarik Matrik yukalac 235…………...………... 38 Gambar 4.2 Diagram Regangan Matrik yukalac 235…………...…................... 38 Gambar 4.3 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%............................................ 40 Gambar 4.4 Diagram regangan Komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis

xvi


Tanpa Perendaman NaOh 5%.......................................................... 40 Gambar 4.5 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%............................................. 42 Gambar 4.6 Diagram Regangan Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%.......................................................... 42 Gambar 4.7 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%............................................. 44 Gambar 4.8 Diagram Regangan Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Tanpa perendaman NaOH 5%.......................................................... 44 Gambar 4.9 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap1 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%................................. 46 Gambar 4.10 Diagram Regangan komposit Serat Kulit Pohon Terap 1 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%....................................................... 46 Gambar 4.11 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis dengan Perendaman NaOH 5%............................................. 48 Gambar 4.12 Diagram Regangan Komposit Serat Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................... 48 Gambar 4.13 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%.......................................... 50 Gambar 4.14 Diagram Regangan Komposit serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis Dengan Perendaman NaOH 5%....................................................... 50 Gambar 4.15 Diagram Rerata Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap 4 Lapis Tanpa Perendaman NaOH 5%................................... 51 Gambar 4.16 Diagram Rerata Regangan Komposit Serat Kulit Pohon Terap Tanpa Perendaman NaOH 5%………………………..……...…… 52 Gambar 4.17 Diagram Rerata Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap Dengan Perendaman NaOH 5%........……...………….……. 53 Gambar 4.18 Diagram Rerata Regangan Komposit Serat Kulit Pohon Terap Dengan Perendaman NaOH 5%.................……………..……….… 53 Gambar 4.19 Diagram Rerata Kekuatan Tarik Komposit Serat Kulit Pohon Terap Serat 1-3 Lapis (MPa) …………….………………...…….… 54

xvii


Gambar 4.20 Diagram Rerata Regangan Komposit Serat Kulit Pohon Terap1-3 Lapis ( MPa )……...…...… 54 Gambar 4.22 Patahan pada komposit serat Kulit Pohon Terap1 lapis………....... 63 Gambar 4.23 Patahan Pada Komposit Serat Kulit Pohon Terap 2 Lapis…...…… 63 Gambar 4.24 Patahan Pada Komposit Serat Kulit Pohon Terap 3 Lapis...……… 64

xviii


BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Saat ini banyak orang berlomba untuk mengembangkan bahan alternatif di

bidang manufaktur salah satunya adalah bahan komposit. Komposit merupakan suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material. Penggabungan di dalam komposit ini adalah penggabungan antara bahan matriks atau pengikat dan reinforcement atau bahan penguat. Dari dua bahan atau lebih yang digabungkan dalam satu bahan komposit ini akan menghasilkan sifat-sifat dari bahan baru yang lebih baik. Tujuan membuat komposit adalah untuk mendapatkan bahan yang lebih baik dari bahan lain. Dalam artian bahwa kemampuan komposit terdapat antara kemampuan serat dan matriks pengikatnya serta memiliki sifat-sifat dari bahan yang menjadi penyusunnya. Di pulau Kalimantan memiliki banyak jenis tanaman salah satunya adalah Pohon Terap. Pohon terap adalah sejenis pohon buah yang masih satu marga dengan nangka (Artocarpus). Bagi masyarakat suku dayak kalimantan, kulit pohon terap biasanya digunakan sebagai pakaian adat, topi, tas, tali-temali dan lain-lain. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis akan

membahas tentang

komposit dari kulit pohon terap yang merupakan komposit serat alam. Serat alam mempunyai beberapa keuntungan yaitu : lebih ringan, biaya produksi lebih rendah, kekuatan dan kekakuan yang cukup tinggi, ketersediaan bahan cukup melimpah, serta merupakan bahan yang dapat diperbaharui. Menurut Parlevliet, dkk, (2006). kekuatan material komposit serat alam sangat dipengaruhi oleh karakteristik serat alam, karakteristik matrik dan ikatan antara serat alam dan matrik. Serat biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih besar dari pada matriks.

1


Berdasarkan

uraian singkat di atas, penelitian ini dilakukan untuk

mengetahui “Karakteristik Kekuatan Tarik Komposit Serat kulit Pohon Terap Pada Uji Tarik Dengan Variasi Jumlah Lapisan Serat”. 1.2

Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi

lapisan serat terhadap kekuatan Tarik pada bahan komposit serat pohon kulit terap seperti tegangan dan regangan nya. 1.3

Tujuan Penelitian dan Manfaat

1.3.1 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1.

Mengetahui pengaruh variasi jumlah lapisan serat komposit terhadap kekuatan tarik pada serat kulit pohon terap.

2.

Mengetahui pengaruh variasi jumlah lapisan serat komposit terhadap regangan pada serat kulit pohon terap.

3.

Mengetahui pengaruh perlakuan alkali. Perlakuan alkali yang dimaksud adalah perendaman serat dengan NaOH 5%.

4.

Mencari regangan terbaik pada lapisan serat kulit pohon terap.

1.3.2 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini, yaitu : 1.

Menambah pengetahuan tentang komposit serat alam.

2.

sebagai pustaka pada penelitian yang sejenis untuk pengembangan ilmu teknologi komposit serat alam.

3.

Menambah pengetahuan tentang proses pembuatan komposit yang terus mengalami peningkatan.

2


3

1.4

Batasan Masalah Batasan masalah yang ada dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1.

Serat diberi perlakuan alkali selama 2 jam, setelah itu serat dibersihkan dengan air dan selanjutnya dijemur dibawah terik sinar matahari selama satu hari. Alkali yang dimaksud adalah perendaman serat dengan NaOH 5%.

2.

Proses pengujian dan pengambilan data akan dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.

Data yang akan diambil dalam penelitian adalah Karakteristik Kekuatan Komposit Serat Kulit Pohon Terap Dengan Variasi Jumlah Lapisan Serat Terhadap Kekuatan Tarik.

1.5

Sistematika Penulisan Sistematika penulisan laporan penelitian ini adalah sebagai berikut :

BAB I

: Pendahuluan, yaitu menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan laporan.

BAB II

: Dasar teori, yaitu menerangkan tinjauan pustaka dan ilmu-ilmu teoritis yang berisi penelitian-penelitian yang berkaitan dan dasar teori tentang komposit. Bab ini memberikan ilmu dasar yang berguna sebagai acuan melakukan penelitian.

BAB III

: Metode penelitian, yaitu menjelaskan tentang pelaksanaan penelitian

yaitu mengenai peralatan yang digunakan, tempat

percobaan, langkah percobaan dan pengambilan data. BAB IV

: Data dan analisa, menjelaskan data hasil percobaan yang telah diperoleh serta data hasil percobaan.

BAB V

: Penutup, berisi tentang kesimpulan penelitian dan saran.


BAB II DASAR TEORI 2.1

Pengertian Komposit Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau

lebih material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Material komposit mempunyai kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal dan biaya seperti yang diuraikan di bawah ini : a.

Sifat – sifat mekanik dan fisik Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.

b.

Biaya Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya.

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu: 1.

Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ulet tetapi kokoh serta lebih kuat, dalam penelitian ini penguat komposit yang digunakan yaitu dari serat alam. Pengelompokan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik atau yang menjadi matrik pengikatnya. Sifat-sifat yang dapat dilihat dalam bahan komposit antara lain :

4


5

1)

Tahan terhadap korosi Bahan ini mempunyai sifat tahan terhadap korosi yang tidak dimiliki oleh bahan yang terbuat dari logam. Sifat ini sangat diperlukan sebagai bahan pembuat blade, karena blade bersinggungan langsung dengan udara bahkan dengan air laut.

2)

Sifat fatik Bahan dari komposit memiliki sifat fatik yang lebih baik dari logam.

3)

Sifat yang lain, bahan yang terbuat dari komposit memiliki umur pakai yang lama atau bisa dikatakan awet dalam penggunaan. Tidak hanya itu bahan yang terbuat dari komposit ini juga memiliki permukaan yang lebih halus.

Selain mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan,bahan komposit ini juga memiliki sifat-sifat yang merugikan antara lain : 1) Pada umumnya bahan komposit tidak tahan terhadap zat kimia atau larutan-larutan tertentu. 2) Saat ini harga dari bahan komposit masih relatif mahal. 2.

Matriks, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan dan kekokohan yang lebih rendah. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakan, yaitu :

1)

Fibrous composites ( komposit serat ) merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lapisan yang menggunakan penguat serat atau fiber. Dan komposit serat ini dibagi lagi menjadi 2 bagian . yaitu : a.

Komposit tradisional ( komposit alam ) yang biasa berupa serat kayu, jerami, kapas, wol, sutera, serat eceng gondok, serat pisang, dll.

b.

Komposit sintesis, yaitu komposit yang mempunyai bahan penguat serat yang diproduksi dengan industri manufaktur, dimana komponenkomponen nya diproduksi secara terpisah, kemudian digabungkan dengan teknik tertentu agar diperoleh struktur, sifat dan geometri yang


6

diinginkan. Serat sintesis ini dapat berupa serat gelas karbon, nilon dan polyester. 2)

Laminated composites ( komposit laminat ) merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabungkan menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.

3)

Particulate Composites ( composit partikel ) merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

2.2

Bahan Penyususn Komposit Seperti yang kita ketahui komposit adalah penggabungan antara dua

macam jenis material atau lebih dengan fase yang berbeda. Dari penggabungan ini, maka akan menghasilkan suatu bahan dengan unjuk kerja ( performance ) yang dapat lebih baik dari fase-fase awal sebagai penyusunnya. Adapun bahan-bahan penyusun komposit , yaitu : 1.

Phase pertama ( Matrik ) Matrik adalah bahan utama dalam penyusunan komposit yang berfungsi

sebagai pengikat secara bersama-sama, selain itu matrik juga berfungsi sebagai pelindung serat dari kerusakan eksternal, pelindung terhadap keausan, goresan dan zat kimia ganas, penerus gaya ( principtal load-carying agant ) dari satu serat ke serat lain. 2.

Phase kedua ( Reinforcement) Phase kedua ini sangat penting dalam penyusunan bahan komposit yaitu

sebagai penguat ( Reinforcing Agent ), phase ini dapat berupa fiber, partikel, dan serat. Serat ( fiber ) adalah suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu : a. Serat Alami b. Serat sintesis ( serat buatan manusia ) Dan bentuk dari serat ( fiber ) ini mempunyai bentuk yang berbeda, yaitu :


7

a. Continuous Roving ( sejajar ) b. Woven Roving ( dianyam ) c. Chopped Strand Mat ( acak ) 2.3

Klasifikasi Komposit Berdasrakan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga

kelompok besar, yaitu : a. Komposit Matrik Polimer ( KMP ), Polimer sebagai matrik b. Komposit Matrik Logam ( KML ), logam sebagai matrik c. Komposit Matrik Keramik ( KMK ), keramik sebagai matrik

Gambar 2.1 Klasifikasi komposit berdasarkan bentuk dari matrik nya

a.

Komposit Matrik Polimer ( Polymer Matrix Composites – PMC )

Bahan ini merupajan bahan komposit yang sering digunakan, biasa disebut polimer berpenguat serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics).Bahan ini menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya. Komposit ini bersifat : 1) Biaya pembuatan lebih rendah 2) Dapat dibuat dengan produk massal 3) Ketangguhan baik 4) Lebih ringan Keunggulan PMC : 1) Memiliki kekakuan yang tinggi


8

2) Memiliki kekuatan yang tinggi 3) Kerapatan yang rendah 4) Modulus spesifik nya tinggi 5) Mempunyai stabiitas ukuran yang baik. Jenis polimer yang sering digunakan (Sudira, 1985) : 1.

Thermoplastic Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali

(recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES, dan Polieter eterketon (PEEK).

2.

Thermoset Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali

pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan thermoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis thermoset tidak begitu menarik dalam proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat thermoplastic. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI)

b.

Komposit Matrik Logam ( Metal Matrix Composites – MMC ) Komposit jenis ini merupakan komposit yang memiliki matrik logam.

Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Keunggulan MMC dibandingkan dengan PMC : 1) Transfer tegangan dan regangan yang baik


9

2) Ketahanan terhadap temperature tinggi 3) Tidak menyerap kelembapan 4) Tidak mudah terbakar 5) Kekuatan tekan dan geser yang baik 6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik 7) Mempunyai keuletan yang tinggi 8) Titik lebur yang rendah 9) Mempunyai densitas yang rendah Kekurangann dari MMC ini sendiri, yaitu : 1) Biayanya mahal 2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

c.

Komposit Matrik Keramik ( Ceramic Matrix Composites – CMC ) Jenis ini merupakan dua fase dengan satu fase berfungsi sebagai

reinforcement dan satu fase sebagai matriks, dimana matriks tersebut terbuat dari keramik. Keunggulan nya : 1) Dimensinya lebih stabil bahkan lebih stabil dari pada logam 2) Sangat tangguh, bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron 3) Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus 4) Unsur kimianya stabil pada temperatur tinggi 5) Tahan pada temperatur tinggi ( creep ) 6) Kekuatan dan ketangguhan tinggi, dan ketahanan tinggi. Kerugian nya : 1) Sulit diproduksi dalam jumlah besar 2) Relatif mahal 3) Hanya aplikasi tertentu


10

2.4

Karakteristik Material Komposit

2.4.1 Sifat-Sifat Material Komposit Dalam pembuatan sebuah material komposit dimana sifat dari material komposit dipengaruhi oleh beberapa factor yaitu, material yang digunakan sebagai bentuk komponen dalam komposit, bentuk geometri dari unsur-unsur pokok dan akibat struktur dari sistem komposit, cara dimana bentuk satu mempengaruhi bentuk lainnya Menurut Agarwal dan Broutman, yaitu dimana bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang berbeda dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Dengan kata lain, bahan komposit adalah bahan yang heterogen yang terdiri dari fase yang tersebar dan fase yang berterusan. Fase tersebut terdiri dari serat atau bahan pengukuh. 2.4.2 Jenis-Jenis Material Komposit a.

Material Komposit Serat Material komposit serat yaitu komposit yang terdiri dari serat dan bahan dasar yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat + resin sebagai bahan perekat, sebagai contoh adalah FRP (Fiber Reinforce Plastic).

b.

Komposit Lapis (Laminated Composite) Komposit lapis yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan penguat, contohnya polywood, jenis ini sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya.

c.

Komposit Partikel (Particulate Composite) Komposit partikel yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan bahan penguat seperti butiran ( batu dan pasir ) yang diperkuat dengan semen yang sering kita jumpai sebagai beton.


11

2.5

Macam Serat Dalam dunia industri banyak mengenal berbagai macam serat yang dapat

dipergunakan sebagai bahan penguat dalam pembuatan komposit. Berikut ini adalah bahan serat yang sering dipakai : 1)

glass Serat glass adalah bahan yang sangat banyak dipakai dalam pembuatan

komposit polimer. Serat glass memiliki sifat-sifat sebagai berikut : a. Harga murah b. Tidak mudah terbakar c. Isolator listrik yang bagus d. Memiliki sifat antikorosi yang baik e. Memiliki kekuatan tarik yang tinggi f. Memiliki regangan yang rendah Serat glass mempunyai beberapa jenis antara lain : a)

Serat glass A Serat glass ini memiliki kandungan alkali yang tinggi. Material ini tidak

banyak dipakai dalam proses produksi sebagai reinforcement agent. Komposisi yang terkandung didalam serat glass A yaitu :

- SiO2 - CaO - Na2O - Al2O3+Fe2O3 b)

Serat glass E Serat glass E memiliki komposisi berupa kalsium, alumunium hidroksida,

borosilikat, pasir silika, serta memiliki kandungan alkali yang rendah. Selain itu serat E glass juga sering digunakan karena harga serat E glass cukup murah. Serat E glass merupakan isolator yang baik, akan tetapi material dengan menggunakan E glass merupakan material yang cukup getas. Serat glas ini juga mempunyai kekuatan tarik sekitar 3,44 GPa dan mempunyai modulus elastisitas 72,3 GPa.


12

c)

Serat glass D Serat glass D ini mempunyai karakteristik dielektrik yang baik, maka serat

glass D ini sering dipakai dalam produksi pembuatan peralatan elektronik. d)

Serat glass R dan serat glass S Kedua serat ini memiliki komposisi bahan kimia yang berbeda, akan tetapi

kedua serat ini dapat digunakan sebagai bahan penguat dan memiliki kemampuan tinggi, serta serat ini dapat diaplikasikan sebagai reinforcement agent dalam proses pembuatan pesawat terbang. Kekuatan tarik serat tersebut mencapai 4,48 GPa dengan modulus elastisitas 85,4 GPa, karena itu serat jenis ini memiliki harga yang lebih mahal. Serat gelas adalah bahan yang yang paling banyak digunakan pada komposit polimer, karena serat glass ini memiliki harga yang relatif murah. Serat glass juga memiliki sifat-sifat sebagai berikut : a. Mempunyai kekuatan spesifik yang relatif tinggi. b. Tahan terhadap suhu panas dan korosi. c. Proses pembuatan relatif mudah. 2)

Karbon Karbon bisa menjadi fiber dengan modulus elastis yang tinggi. Selain itu

karbon juga memiliki kerapatan dan koefisien dilatasi rendah. Fiber-C (C-fiber) adalah kombinasi antara grafit dan karbon amorphous. 3)

Boron Boron memiliki elastisitas yang tinggi, tetapi bahan boron ini mahal

sehingga pemakaiannya dibatasi. 4)

Kevlar 49 Bahan Kevlar ini digunakan sebagai fiber untuk bahan polimer. Bahan ini

memiliki kerapatan yang rendah dan memiliki kekuatan spesifik atau strengh to weight yang besar untuk semua jenis fiber yang ada. 5)

Keramik Karbide silikon (SiC) dan oksida alumunium (Al2O3) merupakan salah

satu fiber yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan tersebut memiliki


13

modulus elastisitas yang tinggi dan dapat digunakan menguatkan logam dengan kerapatan dan modulus elastis yang rendah seperti alumunium dan magnesium. 6)

Logam Filament baja (kontinu atau tak kontinu) bahan ini sering digunakan

sebagai fiber dalam plastik. 2.6

Partikel ukuran partikel yang ada bervariasi, dari yang berskala mikroskopik

hingga skala makroskopik. Partikel ini sering digunakan sebagai fase reinforc pada logam dan keramik. Mekanisme penguatan oleh partikel tersebut dipengaruhi oleh ukuran partikel itu sendiri. Pada skala mikroskopik, dihgunakan partikel yang berupa serbuk halus (ukuran kurang dari µm) yang dapat terdistribusi dalam matrik dengan konsentrasi 15%. Dengan adanya serbuk matrik dapat menjadi keras dan menghambat gerakan dislokasi yang dapat timbul. Dalam hal ini besar beban luar sebagian ada pada matrik. 2.7

Flake Flake pada umum nya berupa partikel dua dimensi, seperti contoh mika

mineral (silica K dan Al) dan tale [Mg3Si4O10(OH)2], yang bisa digunakan sebagai fase reinforc pada plastik. Bahan jenis ini relatif murah dan memiliki ukuran yang bervariasi dengan panjang 0,001-1,0 mm dan lebar 0,001-0,005 mm. 2.8

Bahan tambahan Bahan tambahan yang mempunyai fungsi untuk mempersingkat reaksi

waktu pengeringan pada temperature ruangan yaitu katalis. Katalis yang terlalu banyak akan menimbulkan panas pada proses pengeringan. Hal ini dapat merusak bahan yang dibuat. Katalis yang dipergunakan sebagai proses pada pembuatan FRP berasal dari bahan organic peroxide seperti methyl ethyl ketone peroxide dan Acetly acetone peroxide. 2.9

Kaidah Pencampuran Komposit Dalam pemilihan bahan komposit, haruslah memilih kombinasi yang

optimum dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Dengan pencampuran kombinasi yang baik maka akan menghasilkan komposit dengan unjuk kerja yang baik pula. Sifat-sifat komposit ditentukan oleh Phase matrik dan Phase


14

reinforcing sebagai bahan penyusunnya, bentuk geometri bahan penyusunnya serta interaksi antara fase penyusun komposit.Rongga udara (void), tidak merekatnya Phase reinforcing pada phase matrik (interface), rusak atau retaknya serat (crack) dan adanya rongga antara phase reinforcing dan phase matrik (interphase) harus dihindari.

Gambar 2.2 Interphase dalam komposit. Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan meningkatkan regangan serat. Serat yang memiliki sifat getas tetapi memiliki kekuatan tarik tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik yang rendah dan kekuatan regangan yang besar, akan menjadi suatu bahan yang memiliki sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat inilah yang membuat bahan dari komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan dalam bidang teknik dan industri. Beberapa perhitungan bahan komposit antara lain : a) Massa komposit (mc) mc = mm+mr

(2.1)


15

dengan : mm = massa matrik mr = massa renforce b) Volume komposit (Vc) Vc = Vm+Vr+Vv

(2.2)

Dengan : Vm = volume matrik Vr = volume reinforce Vv = volume voids (rongga,cacat) c) Kerapatan komposit (ρc) ρc = ρc = (fm x ρm)+(fr x ρr)

(2.3)

dengan : ρm = kerapatan matrik ρr = kerapatan reinforce fm = fraksi volume matrik 2.10

kerusakan pada komposit pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya

suatu bahan komposit, yaitu pembebanan Tarik tekan baik dalam arah longitudinal maupun transversal, serta geser. 2.11

Kerusakan Internal Mikroskopik

Kerusakan Mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa : e) Patah pada serat (fiber breaking) f) Retak mikro pada matrik (matric micro crack) g) Terkelupasnya serat dari matrik (debounding) h) Terlepasnya lamina satu dengan yang lain nya (delamination)


16

2.11.1 Fraksi Volume Minimum Reinforcing

Gambar 2.3 (a) Model komposit berpenguat serat, (b) Kurva tegangan Vs regangan Modulus elastis komposit kearah longitudinal Ec Ec = fmEm + frEr

(2.4)

Dengan : Em = modulus elastis matrik Er = modulus elastis reinforced Jika suatu bahan komposit mendapat beban tarik maka, dalam kondisi ini pase reinforcing dan matriknya mempunyai perpanjangan yang sama sehingga dapat ditulis : Ɛr = Ɛm = Ɛc

(2.5)

Kekuatan tarik bahan komposit (σu)c (σu)c = Vr(σu)r+(1-Vr)σm

(2.6)

dengan σm = tegangan tarik matrik saat reinforcing putus karena tarikan. Pada saat tegangan σm dan matrik yang digunakan getas (ɛc = ɛm) maka berlaku :


17

σm =

( u) r

x Em = ArEm

(2.7)

dengan Ar = perpanjangan saat reinforcing putus. Maka untuk bahan komposit berlaku : Ec = VrEr + (1-Vr) dengan

(

u) m

(

u) m

(2.8)

= tangent dari kurfa tarik.

Apabila pembebanan berada dalam daerah elastis bahan sama dengan modulus elastis dari matriknya, maka daerah pembebanan yang elastik maka berlaku : Ec = VrEr + VmEm

(2.9)

Agar suatu bahan komposit memiliki sifat mekanis yang baik, fraksi volume Vr lebih besar dari harga kritis. Tetapi pada kenyataanya, apabila fraksi volume relatif kecil tidak akan efektif. Ini disebabkan karena tegangan yang terjadi akan ditahan oleh bahan matrik tersebut. Dalam kondisi ini (σu)c sama dengan tegangan tarik matriknya (σu)m. maka akan dipakai rumus : (σu)c = (1-Vt)(σu)m

(2.10)

Fraksi volume minimum rainforcing adalah (Vr)min = (

( u)m u)r ( u)m

u m

(2.11)


18

Gambar 2.4 Fraksi volume serat. 2.11.2 Susunan serat Berdasarkan susunan seratnya dapat dibedakan menjadi dua jenis serat yaitu serat kontinu dan serat tidak kontinu. Berdasarkan teori serat yang panjang akan lebih efektif dalam menyalurkan beban jika dibandingkan dengan serat yang pendek. Tetapi teori tersebut sulit untuk diwujudkan dalam praktek pembuatannya. Hal ini disebabkan karena pada serat yang panjang akan terjadi ketimpangan pada saat menerima beban antar serat, dimana sebagian serat akan mengalami tegangan dan serat yang lain bebas dari tegangan. Jika komposit tersebut dibebani hingga mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah sebelum serat yang lain menjadi patah. Komposit dengan bahan serat pendek dapat menghasilkan kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan serat yang panjang, yaitu dengan cara memasang orientasi serat pada arah optimum yang dapat ditahan oleh serat. Jenis komposit serat antara lain : a) Serat kontinu : 1)

Serat satu arah

2)

Serat dua arah

b) Serat tidak kontinu : 1)

Serat arah acak


19

2)

Serat arah teratur

c) Serat multilapis :

2.12

1)

Laminat

2)

Hybrid

Mekanika komposit Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan yang lainnya. Tidak

seperti bahan teknik yang lain yang memiliki sifat homogen dan isontropik, bahan komposit memiliki sifat heterogen dan anisontropik. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun dari dua atau lebih bahan yang memiliki sifat mekanik yang berbeda, sehingga analisis mekanik pada komposit berbeda dengan bahan konvensional yang lain. Sifat mekanikpada bahan komposit merupakan fungsi dari : a. Sifat mekanik komponen penyusunnya b. Geometri susunan masing-masingkomponen c. Interface antara komponen Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang, yaitu dengan analisis mikromekanik dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya. Analisis makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa memperlihatkan sifat ataupun hubungan antara komponen penyusunnya. 2.12.1

Kondisi isostrain

Kondisi isostrain merupakan komposit dengan kondisi regangan yang sama. Dalam hal ini tegangan pada material mengakibatkan regangan yang sama pada semua lapisan komposit. Kita asumsikan bahwa ikatan antar lapisan tetap utuh selama dikenai tegangan. Pada contoh komposit ini disebut dengan kondisi regangan yang sama. Kita mendapatkan penjumlahan rata-rata modulus elastisitas dari komposit dengan hubungan antara modulus elastis dari serat, matrik, dan presentase dari volume masing-masing seperti pada gambar 2.5


20

Gambar 2.5 Komposit dengan kondisi regangan sama 2.12.2

Isostres

Maksud dari isostres condision adalah komposit dengan kondisi tegangan yang sama. Misalnya struktur komposit berlapis yang ideal dan terdiri dari lapisan serat dan matrik dengan masing-masing susunan lapisan tegak lurus terhadap tegangan yang ditarik. Dalam kasus ini tegangan pada struktur komposit menghasilkan kondisi tegangan yang sama, seperti pada gambar 2.5

Gambar 2.6 Komposit dengan kondisi tegangan sama.


21

2.13

Modus kegagalan lamina Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan suatu

bahan komposit menjadi rusak, antara lain pembebanan tarik, tekan dalam arah longitudinal maupun transversal dan geser. 2.13.1

Modus kegagalan akibat beban tarik longitudinal

Pada bahan komposit lamina yang diberi beban searah dengan serat. Kegagalan berawal dari serat-serat yang patah pada penampang yang paling lemah. Apabila beban yang diberikan semakin besar, maka semakin banyak serat yang akan patah. Kebanyakan komposit serat tidak sekaligus patah pada waktu yang bersamaan. Variasi kerusakan serat yang patah relatif kecil kurang dari 50% beban maksimum. Apabila serat yang patah semakin banyak, ada tiga kemungkinan : a.

Bila matrik mampu menahan gaya geser dan meneruskan serat disekitarnya, maka serat yang patah akan semakin banyak sehingga akan menimbulkan retak. Bahan komposit akan patah getas seperti gambar 2.7 (a)

b.

Apabila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul diujung serat dapat terlepas dari matrik dan komposit rusak searah dengan serat seperti pada gambar 2.7 (b)

c.

Kombinasi dari kedua tipe patahan pada kasus ini adalah patah serat yang terjadi di sebarang tempat bersamaan dengan rusaknya matrik. Modus kerusakan berbentuk seperti sikat, seperti pada gambar 2.7 (c)


22

Gambar 2.7 Modus kerusakan pada bahan komposit akibat beban Tarik longitudinal 2.13.2

Modus kegagalan akibat beban tarik transversal

Bahan yang memiliki susunan serat tegak lurus dengan arah pembebanan, menyebabkan konsentrasi tegangan pada interface antara serat dan matrik itu sendiri. Karena bahan komposit yang mendapat beban transversal akan gagal pada intervase antar serat dan matrik, meskipun terjadi juga kegagalan tarnsversal pada serat bila arah serat acak dan lemah dalam arah transversal. Dengan demikian modus kegagalan akibat beban tarik transversal terjadi karena: 1) Kegagalan matrik 2) Debonding pada interface antara serat dan matrik

Gambar 2.8 Kegagalan pada komposit akibat beban tarik transversal


23

2.14

Tinjauan Pustaka Aris Suprianto (2005), peneliti membahas tentang ketebalan komposit

serat terhadap kekutan tarik, cetakan yang dipergunakan 26 x 15 x 2,5. Benda uji yang dibuat dengan komposisi serat dengan komposisi berat serat 1%, 2%, 3%, 4%, 5% dari berat matrik. Benda uji komposit fraksi berat 2% dibuat dengan tebal 3mm, 5mm, 7mm, 9mm. benda uji dibuat dengan ukuran panjang 180mm dengan diameter 3mnm. Komposit diuji dengan standar ASTM. Dari hasil pengujian dan analisis dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa, fraksi berat serat menaikan kekuatan tarik bahan komposit. Ketebalan komposit mempengaruhi turunnya kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarik tertinggi ada pada komposit dengan ketebalan 3mm, sekitar 7,5kg/mm2. Kerusakan yang terjadi pada komposit tergolong patah getas. Franswell Saragih (2005), penelitian ini membahas tentang pengaruh fraksi beratserat terhadap komposit yang berpengaruh terhadap kekuatan tarik setelah dilakukan pengujian tarik. Cetakan utama terbuatdari kaca dengan ukuran 26 x 15 x 0,5cm. Pembuatan benda uji serat dengan panjang 12cm dan diameter 3mm, kemudian dilakukan uji tarik sebanyak dua kali. Membuat benda uji komposit dengan fraksi berat 1%, 2%, 3%, 4%, 5%. Bahan komposit kemudian dipotong dan diuji tarik dengan mengacu pada standar pengujian ASTM D 303976. Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali pada setiap fraksi masa serat. Setelah proses pengujian dilakukan didapatkan nilai uji tarik kemudian didapatkan nilai kekuatan tarik pada komposit. Berdasarkan hasil penelitian maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: pertama, fraksi berat serat menaikan kekuatan tarik bahan komposit dibandingkan dengan kekuatan tarik matrik pengikat, kekuatan yang paling besar sekitar 6,9kg/mm2. Kedua, semakin besar presentase serat maka regangan akan semakin kecil. Ketiga, kerusakan yang terjadi pada komposit tergolong kerusakan getas. Kesimpulan dari kedua tinjauan pustaka diatas adalah komposisi antara serat, resin, dan katalis sangat berpengaruh terhadap kekuatan tarik, selain itu jumlah lapisan serat yang digunakan juga mempengaruhi hasil uji tarik yang akan dilakukan. Perhitungan banyak nya resin, katalis, dan serat harus dihitung dengan


24

teliti, karena semua bahan saling melengkapi dan sangat mempengaruhi hasil akhir pada penelitian komposit.


BAB III METODE PENELITIAN 3.1

Skema Penelitian

Skema yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 3.1 Mulai Mencari bahan

Pembelian bahan

Serat Alam ( Serat Kulit Pohon Terap )

Katalis Mepoxe

Resin Yukalac 235

Pembuatan Benda Uji : a. Perendaman dengan NaOH 5% b. Tanpa perendaman NaOH 5%

1. Resin tanpa serat 2. Komposit dengan variasi lapisan serat ( 1 lapis 2 lapis, dan 3 lapis )

Pengujian : 1. Pengujian tarik

Hasil penelitian Analisis Kesimpulan Gambar 3.1 Alur skema penelitian.

25


26

3.2 3.2.1

Persiapan Benda Uji Alat Dalam proses pembuatan komposit dengan serat alam ( Serat Kulit Pohon

Terap ) dibutuhkan alat sebagai berikut : 1.

Cetakan Dalam proses pembuatan komposit ini cetakan yang digunakan adalah

cetakan yang terbuat dari kaca dengan ukuran 15 x 30 x 0,5 cm. seperti pada gambar 3.2

Gambar 3.2 Gambar cetakan kaca. 2.

Alat Pemotong ( gunting )

Alat pemotong untuk serat sesuai dengan ukuran cetakan, seperti gambar 3.3

Gambar 3.3 Alat pemotong ( gunting ).


27

3.

Gelas Ukur 1000cc Gelas ukur digunakan untuk memudahkan mengukur jumlah resin yang

akan digunakan dan memudahkan saat pencampuran. Seperti pada gambar 3.4

Gambar 3.4 Gelas ukur 1000cc. 4.

Spatula Kecil Spatula ini digunakan untuk memudahkan pengadukan dan meratakan

campuran resin dengan katalis pada serat. Seperti terlihat pada gambar 3.5

Gambar 3.5 Spatula kecil.


28

5.

Masker Masker ini digunakan untuk mencegah mikroorganisame supaya tidak

masuk ke dalam tubuh pada saat prosese pencetakan dan menghindari debu dari pemotongang komposit.

Gambar 3.6 Masker. 6.

Grinda ( Alat Potong ) Grinda ini digunakan untuk memotong bahan komposit sesuai dengan

ukuran yang telah dibentuk .

Gambar 3.7 Grinda ( Alat Potong ). 3.2.2

BAHAN Adapun bahan-bahan yang dipergunakan dalam pembuatan komposit

dengan serat alam ( serat kulit pohon terap ) sebagai berikut :


29

1.

Resin Resin yang dipergunakan dalam pembuatan komposit ini adalah resin

Yukalac 235. Ciri-ciri resin yukalac ini adalah resin ini memiliki warna yang agak kecoklatan Seperti dalam gambar 3.8

Gambar 3.8 Gambar resin Yucalac 235. 2.

Serat Pada penelitian pembuatan komposit ini serat yang dipakai adalah serat

alam ( serat kulit pohon terap ). Serat kulit pohon terap ini sangat berlimpah dan mudah di dapat di dalam hutan, terutama di hutan Kalimantan barat. Arah serat yang dipakai merupakan serat acak. Dapat dilihat pada gambar 3.9

Gambar 3.9 Gambar serat kulit pohon terap. 3.

Katalis Katalis yang dipergunakan adalah katalis MEPOXE ( Methyl Ethyl Ketone

Peroxide ). Katalis ini memiliki fungsi untuk mempercepat proses pengerasan dalam pembuatan komposit. Dapat dilihat pada gambar 3.10


30

Gambar 3.10 Gambar katalis MEPOXE. 4.

Timbangan digital Timbangan digital digunakan untuk menimbang serat yang akan

digunakan. Dapat dilihat pada gambar 3.11

Gambar 3.11 Timbangan digital. 5.

Acetone Acetone ini dapat dipergunakan untuk membersihkan sisa resin yang

menempel pada alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan komposit. Pemakaian acetone hanya dapat digunakan jika resin belum mengering, jika resin tersebut sudah mengering maka akan sulit untuk dibersihkan. Bahan acetone ini tidak dapat dipergunakan sebagai bahan pengencer dalam proses pembuatan,


31

meskipun bahan acetone memiliki sifat untuk mengencerkan resin. Dapat dilihat pada gambar 3.12

Gambar 3.12 Acetone. 3.3

Perendaman Serat Dengan NaOH 5% Perendaman serat dilakukan dengan NaOH 5% selama 2 jam, tujuan dari

proses perendaman ini untuk menghilangkan unsur-unsur yang terdapat pada serat tersebut seperti kotoran, minya, unsur warna dan lain-lain. Setelah itu serat dikeringkan di atas terik matahari selama 1 hari.

Gambar 3.13 Proses perendaman serat.


32

3.4

Perhitungan komposisi komposit Komposisi dalam pembuatan komposit yang dibuat adalah 30% serat,

69,7% resin, dan 0,3% katalis. Perhitungan komposit ini berdasarkan perhitungan volume total pada cetakan. Ukuran cetakan yang dipergunakan adalah 15x30x0,5cm. Berikut ini merupakan perhitungan yang dilakukan : a) Menghitung volume cetakan Dengan asumsi yang dipakai volume cetakan = volume komposit, sehingga perhitungannya adalah : Volume cetakan = volume komposit Vcet = Vkomp Sehingga volume komposit : Vkomposit = 15x30x0,5cm = 225 cm3 b) Menghitung volume serat Volume serat (Vserat) = 30% x Vkomposit =

x 225 cm3

= 67,5 cm3 c) Masa serat dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan volume serat : ρ=

, dengan masa jenis serat = 34,1983

⁄

3

Sehingga masa seratnya : Mserat = ρserat x Vserat = 34,1983

⁄

3 x 67,5 cm3

Mserat = 2308,38 gr d) Untuk menghitung jumlah resin dapat dihitumng sebagai berikut: Volume resin = 69,7% x Vkomposit 

69,7 x 225 cm 3 100


33

= 156,825 cm3 = 156,825 ml e) Menghitung jumlah katalis yang dipakai : Volume katalis = 0,3% x Vkomposit 

0,3 x 225 cm 3 100

= 0,675 cm3 = 0,675 ml 3.5

Pembuatan benda uji tarik Pada proses pembuatan benda uji tarik ini dibutuhkan 4 spesimen benda

uji untuk tiap lapisan. Ada 3 macam lapisan serat yang dipergunakan. sehingga total spesimen yang dibutuhkan ada 12 spesimen. Orientasi serat yang dipergunakan sama, yaitu serat searah dengan jumlah resin dan katalis sama pada tiap jumlah lapisan. Hal ini bertujuan semua lapisan serat memiliki perbandingan resin dan katalis yang sama. Berikut ini merupakan langkah pembuatan benda uji tarik : a.

Cetakan disiapkan dan dilapisi dengan minyak atau faselin terlebih dahulu kemudian ketakan dilapisi dengan aluminium voil agar resin tidak menempel pada cetakan.

b.

Serat dipotong dengan ukuran 15 x 30 cm sebanyak 10 lembar. Karena dalam pembuatan benda uji terdiri dari 1 sampai 3 lapisan serat.

c.

Campuran resin dan katalis dituang dalam cetakan, dengan urutan resin, kemudian serat, setelah serat dilapisi lagi dengan resin. Proses ini dilakukan dari pembuatan serat 1 lapis sampai 3 lapis.

d.

Setelah resin diratakan pada dasar cetakan, serat pertama diletakkan di atas resin yang sudah merata pada dasar cetakan. Kemudian dituang kembali dengan resin dan diratakan menggunakan spatula kecil agar resin dapat meresap dalam serat yang telah disusun. Hal ini dilakukan sampai serat lapis kedua tertutup oleh resin. Hal yang sama juga dilakukan untuk 2


34

sampai 3 lapis, hanya saja pembagian resin yang berbeda sesuai lapisan serat yang digunakan. e.

Urutan dalam proses pembuatan dalam menuang resin dan meletakkan serat adalah resin, serat, resin, serat, resin

f.

Proses berikutnya komposit ditunggu hingga benar-benar kering. Dimana lamanya proses pengeringan adalah tiga hari.

g.

Setelah kering komposit dapat dikeluarkan dari cetakan.

h.

Setelah kering komposit dapat dipotong dan dibentuk sesuai ukuran yang sudah ditentukan. Berikut ini merupakan gambar dari spesimen untuk uji tarik seperti dalam gambar 3.13

Gambar 3.14 Spesifikasi ukuran cetakan ASTM D 638 M-I.


35

3.6

Cara Penelitian Komposit yang diuji menggunakan metode pengujian Tarik. Pengujian

Tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan Tarik dari komposit tersebut. 3.6.1

Uji Tarik

Langkah-langkah untuk melakukan pengujian Tarik dari benda uji komposit adalah sebagai berikut : 1.

Mempersiapkan benda komposit yang telah jadi

2.

Kertas millimeter blok diletakan pada printer

3.

Mesin kemudian dinyalakan, kemudian benda uji dipasangkan pada grip.

4.

Grip dikencangkan, dan jangan terlalu keras agar tidak merusak benda uji

5.

Pemasangan extensiometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur menjadi nol.

6.

Nilai beban juga diatur menjadi nol.

7.

Kecepatan uji diatur, area start ditekan sebanyak dua kali kemudian tombol down ditekan.

8.

Setelah data dari pengujian Tarik didapatkan, proses pengujian Tarik diulang untuk benda uji komposit selanjutnya sampai selesai.


BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1

Hasil Pengujian Setelah semua data didapat, dilakukan pengolahan data dan perhitungan.

Hasil yang didapat ditampilkan dalam bentuk grafik maupun tabel.

4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan sifat-sifat mekanik yaitu kekuatan tarik dan regangan. Sebelum pengujian dilakukan benda uji diukur tebal dan lebar terlebih dahulu. Langkah-langkah pengujian dan perhitungan sebagai berikut : A = Luas penampang matrik = Lebar x Tebal = 10.3 x 3,29 = 33.89 mm2 Kekuatan tarik =

a.

beban 211,2   6,23 kg/mm 2  61,14 MPa A 33,89

Dari pertambahan panjang yang sudah diperoleh, regangan dapat dicari sebagai berikut : ∆L = pertambahan panjang = 1,6 mm L0 = panjang mula-mula = 50 mm Regangan =

1,6 x 100%  32% 7050

Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan, dan hasil perhitungan dapat dilihat pada table 4.1 , 4.2 dan 4.3

36


37

Tabel 4.1 Dimensi matrik yukalac 235 Spesimen

Lebar ( mm )

Tebal (mm)

A ( mm )

Lo ( mm2)

NC-M.1

10,3

3,29

33,89

50

NC-M.2

10

3,31

33,1

50

NC-M.3

10

3,31

33,1

50

NC-M..4

10,1

3,39

34,24

50

Tabel 4.2 Sifat mekanik matrik yukalac 235 Spesimen

A ( mm2)

Beban ( kg )

NC-M.1

33,887

NC-M.2

Kekuatan Tarik 2

Kekuatan

( kg/mm )

Tarik ( MPa )

211,2

6,23

61,14

33,1

212,4

6,42

62,95

NC-M.3

33,1

203,3

6,14

60,25

NC-M.4

34,239

123

3,59

35,24

Rata-Rata

33,5815

187,475

5,60

54,90

Tabel 4.3 Sifat mekanik matrik yukalac 235 Spesimen

L

Lo ( mm2)

(%)

NC-M.1

1,6

50

3,2

NC-M.2

1,4

50

2,8

NC-M.3

1,3

50

2,6

NC-M.4

1,2

50

2,4

Rata-rata

1,375

2,75

Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan diagram kekuatan tarik dan regangan matrik, dapat dilihat pada gambar 4.1, 4.2 dan 4.3


38

Kekuatan Tarik (MPa)

70

61.14

62.95

60.25

60 50 35.24

40 30 20 10 0 NC-M.1

NC-M.2

NC-M.3

NC-M.4

Spesimen

Gambar 4.1 Diagram kekuatan tarik matrik yukalac 235

3.5

3.2 2.8

Regangan ( % )

3

2.6

2.5

2.4

2 1.5 1 0.5 0 NC-M.1

NC-M.2

NC-M.3

NC-M.4

Spesimen

Gambar 4.2 Diagram regangan matrik yukalac 235

4.1.2

Hasil Pengujian Benda Uji Komposit Pengujan tarik komposit dilakukan dengan menggunakan mesin uji tarik.

Pada pengujian tarik ini, data yang dihasilkan berupa grafik beban dan pertambahan panjang. Hasil dari analisis grafik pengujian tarik tersebut, diketahui beberapa sifat mekanis komposit seperti ditunjukan pada tabel 4.3


39

Tabel 4.4 Dimensi serat kulit pohon terap1 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Spesimen

Lebar ( mm )

Tebal (mm)

A ( mm )

Lo ( mm2)

TP-1.1

10

4

40

50

TP-1.2

10

4

40

50

TP-1.3

10

4

40

50

TP-1.4

10

4

40

50

Tabel 4.5 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 1 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Kekuatan Tarik

Kekuatan

( kg/mm2)

Tarik ( MPa )

47,9

1,20

11,75

40

46,1

1,15

11,.31

TP-1.3

40

30,9

0,77

7,58

TP-1.4

40

45,7

1,14

11,21

Rata-Rata

40

1,07

10,46

Spesimen

A ( mm2)

Beban ( kg )

TP-1.1

40

TP-1.2

Tabel 4.6 Dimensi serat kulit pohon terap1 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Spesimen

L

Lo ( mm2)

(%)

TP-1.1

0,75

50

1,5

TP-1.2

0,65

50

1,3

TP-1.3

0,45

50

0,9

TP-1.4

0,25

50

0,5

Rata-rata

0,525

Keterangan : TP : Tanpa Perlakuan.

1,05


40

14.00


12.00

11.75

11.31

11.21

10.00 7.58

8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 TP-1.1

TP-1.2

TP-1.3

TP-1.4

Spesimen

Gambar 4.3 Diagram kekuatan tarik serat kulit pohon terap1 lapis tanpa perendaman NaOH 5% 1.6

1.5 1.3

1.4

Regangan (%)

1.2 0.9

1 0.8

0.5

0.6 0.4 0.2 0 TP-1.1

TP-1.2

TP-1.3

TP-1.4

Spesimen

Gambar 4.4 Diagram regangan komposit serat kulit pohon terap1 lapis tanpa perendaman NaOH 5%


41

Tabel 4.7 Dimensi Dimensi komposit serat kulit pohon terap 2 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Tebal (mm) A ( mm )

Lo ( mm2)

spesimen

Lebar ( mm )

TP-2.1

11,25

3,27

36,79

50

TP-2.2

10,5

3,25

34,13

50

TP-2.3

10,5

3,27

34,34

50

TP-2.4

10,4

3,25

33,80

50

Tabel 4.8 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 2 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Kekuatan Tarik Kekuatan Spesimen A ( mm2) Beban ( kg ) ( kg/mm2) Tarik ( MPa ) TP-2.1

36,79

98,1

2,67

26,16

TP-2.2

34,13

89,1

2,61

25,61

TP-2.3

34,34

90,2

2,63

25,77

TP-2.4

33,8

93,2

2,76

27,05

Rata-Rata

34,765

92,65

2,67

26,15

Tabel 4.9 Dimensi Dimensi komposit serat kulit pohon terap 2 lapis tanpa perendaman NaOH 5%L Lo ( mm2)  ( % ) Spesimen TP-2.1

0,4

50

0,8

TP-2.2

0,45

50

0,9

TP-2.3

0,4

50

0,8

TP-2.4

1,8

50

3,6

Rata-Rata

0,7625

1,525


42

27.50 27.05 Kekuatan Tarik (MPa)

27.00 26.50

26.16

26.00

25.77

25.61 25.50 25.00 24.50 TP-2.1

TP-2.2

TP-2.3

TP-2.4

Spesimen

Gambar 4.5 Diagram kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap 2 lapis tanpa perendaman NaOH 5% 4

3.6

3.5

Regangan (%)

3 2.5 2 1.5 1

0.8

0.9

TP-2.1

TP-2.2

0.8

0.5 0 TP-2.3

TP-2.4

Spesimen

Gambar 4.6 Diagram regangan komposit serat kulit pohon terap2 lapis tanpa perendaman NaOH 5%


43

Tabel 4.10 Dimensi Dimensi komposit serat kulit pohon terap 3 lapis tanpa perendaman NaOH 5% spesimen Lebar ( mm ) Tebal (mm) A ( mm ) Lo ( mm2) TP-3.1

10,2

4,3

43,86

50

TP-3.2

10,2

4

40,80

50

TP-3.3

10,4

4,1

42,64

50

TP-3.4

10,5

3,35

35,18

50

Tabel 4.11 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 3 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Kekuatan Tarik Kekuatan Spesimen A ( mm2) Beban ( kg ) ( kg/mm2) Tarik ( MPa ) TP-3.1

43,86

128,3

2,93

28,70

TP-3.2

40,8

100,7

2,47

24,21

TP-3.3

42,64

90,6

2,12

20,84

TP-3.4

35,18

110,6

3,14

30,84

Rata-Rata

40,62

107,55

2,67

26,15

Tabel 4.12 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 3 lapis tanpa perendaman NaOH 5% Lo ( mm2) L (%) Spesimen TP-3.1

0,6

50

1,2

TP-3.2

0,35

50

0,7

TP-3.3

0,65

50

1,3

NC-3.4

0,9

50

1,8

Rata-Rata

0,625

1,25


44

35.00


30.00

30.84

28.70 24.21

25.00

20.84

20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 TP-3.1

TP-3.2

TP-3.3

TP-3.4

Spesimen

Gambar 4.7 Diagram kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap 3 lapis tanpa perendaman NaOH 5% 2

1.8

1.8

Regangan (%)

1.6 1.4

1.3

1.2

1.2 1 0.7

0.8 0.6 0.4 0.2 0 TP-3.1

TP-3.2

TP-3.3

TP-3.4

Spesimen

Gambar 4.8 Diagram regangan komposit serat kulit pohon terap 3 lapis tanpa perendaman NaOH 5%


45

Tabel 4.13 Dimensi komposit serat kulipohon terap 1 lapis dengan perendaman NaOH 5% spesimen

Lebar ( mm )

Tebal (mm)

A ( mm )

Lo ( mm2)

DP-1.1

10

3,7

37

50

DP-1.2

10

3,8

38

50

DP-1.3

10,4

3,3

34,32

50

DP-1.4

10,2

3,2

33

50

Tabel 4.14 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 1 lapis dengan perendaman NaOH 5% Kekuatan Tarik

Kekuatan

( kg/mm2)

Tarik ( MPa )

126,4

3,42

33,51

38

32,7

0,86

8,44

DP-1.3

34,32

114,5

3,34

32,73

DP-1.4

33

75,4

2,28

22,41

Rata-Rata

35,58

2,47

24,27

Spesimen

A ( mm2)

Beban ( kg )

DP-1.1

37

DP-1.2

Tabel 4.15 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap1 lapis dengan perendaman NaOH 5% Spesimen

L

Lo ( mm2)

(%)

DP-1.1

0,75

50

1,5

DP-1.2

0,45

50

0,9

DP-1.3

0,85

50

1,7

DP-1.4

0,55

50

1,1

Rata-rata

0,65

Keterangan : DP : Dengan Perlakuan.

1,3


46

40


35

33.51

32.73

30 25

22.41

20 15 8.44

10 5 0 DP-1.1

DP-1.2

DP-1.3

DP-1.4

Spesimen

Gambar 4.9 Diagram kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap 1 lapis dengan perendaman NaOH 5% 1.7

1.8 1.6

1.5

Regangan ( % )

1.4 1.1

1.2 0.9

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 DP-1.1

DP-1.2

DP-1.3

DP-1.4

Spesimen

Gambar 4.10 Diagram regangan komposit serat kulit pohon terap 1 lapis dengan perendaman NaOH 5%


47

Tabel 4.16 Dimensi komposit serat kulit pohon terap2 lapis dengan perendaman NaOH 5% spesimen

Lebar ( mm )

Tebal (mm)

A ( mm )

Lo ( mm2)

DP-2.1

10,4

4,3

45

50

DP-2.2

10

4,5

45

50

DP-2.3

10,2

4,1

41,82

50

DP-2.4

10

4,2

42

50

Tabel 4.17 Sifat mekanik komposit serat serat kulit pohon terap 2 lapis dengan perendaman NaOH 5% Kekuatan Tarik Kekuatan Spesimen A ( mm2) Beban ( kg ) ( kg/mm2) Tarik ( MPa ) DP-2.1

45

158,2

3,52

34,49

DP-2.2

45

93,2

2,07

20,32

DP-2.3

41,82

98,2

2,35

23,04

DP-2.4

42

81,6

1,94

19,06

Rata-Rata

43,455

107,8

2,47

24,23

Tabel 4.18 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 2 lapis dengan perendaman NaOH 5% Spesimen

L

Lo ( mm2)

(%)

DP-2.1

0,65

50

1,3

DP-2.2

0,45

50

0,9

DP-2.3

0,45

50

0,9

DP-2.4

0,45

50

0,9

Rata-rata

0,5

1


48

40


35

34.49

30 23.04

25

20.32

19.06

20 15 10 5 0 DP-2.1

DP-2.2

DP-2.3

DP-2.4

Spesimen


1.3

Regangan ( % )

1.2 1

0.9

0.9

0.9

DP-2.3

DP-2.4

0.8 0.6 0.4 0.2 0 DP-2.1

DP-2.2 Spesimen

Gambar 4.12 Diagram regangan komposit serat kulit pohon terap 1 lapis dengan perendaman NaOH 5%


49

Tabel 4.19 Dimensi komposit serat kulit pohon terap 3 lapis dengan perendaman NaOH 5% Tebal

A ( mm )

Lo ( mm2)

4,5

45

50

10,2

4,5

45,9

50

DP-3.3

10

4,5

45

50

DP-3.4

10

4,5

45

50

spesimen

Lebar ( mm )

DP-3.1

10

DP-3.2

(mm)

Tabel 4.20 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 3 lapis dengan perendaman NaOH 5% Kekuatan Tarik

Kekuatan

( kg/mm2)

Tarik ( MPa )

78,7

1,75

17,16

45,9

96

2,09

20,52

DP-3.3

45

101,6

2,26

22,15

DP-3.4

45

70,6

1,57

15,39

Rata-Rata

45,225

86,725

1,92

18,80

Spesimen

A ( mm2)

Beban ( kg )

DP-3.1

45

DP-3.2

Tabel 4.21 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon terap 3 lapis dengan perendaman NaOH 5% Spesimen

L

Lo ( mm2)

(%)

DP-3.1

0,85

50

1,7

DP-3.2

0,45

50

0,9

DP-3.3

0,55

50

1,1

DP-3.4

0,65

50

1,3

Rata-rata

0,625

1,25


50

25

22.15


20.52 20

17.16 15.39

15 10 5 0 DP-3.1

DP-3.2

DP-3.3

DP-3.4

Spesimen


1.7

1.6 1.3

Regangan ( % )

1.4 1.1

1.2 0.9

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 DP-3.1

DP-3.2

DP-3.3

DP-3.4

Spesimen

Gambar 4.14 Diagram regangan komposit serat kulit pohon terap 3 lapis dengan perendaman NaOH 5% Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dengan ketebalan spesimen yang berbeda, didapatkan hasil kekuatan tarik dan Regangan yang paling tinggi ada pada komposit Matrik dengan kekuatan tariknya yaitu sebesar 54,90 MPa dan regangan yang paling tinggi ada pada komposit dengan serat 2 lapis yaitu 1,53 %.


51

Dari masing-masing lapisan serat komposit diambil nilai rata-rata dari kekuatan tarik dan regangan. Nilai rata-rata yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 4.28.

Tabel 4.22 Rerata kekuatan tarik dan regangan serat kulit pohon terap tanpa perendaman NaOH 5% kekuatan tarik Regangan


60

spesimen

( MPa )

(%)

Matrik

54,90

2,75

serat 1 lapis

10,46

1,05

serat 2 lapis

26,15

1,53

serat 3 lapis

26,15

1,25

54.90

50 40 26.15

26.15

serat 2 lapis

serat 3 lapis

30 20 10.46 10 0 Matrik

serat 1 lapis

Spesimen

Gambar 4.15 Diagram rerata kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap tanpa perendaman NaOH 5%


52

3.00

2.75

Regangan ( % )

2.50 2.00 1.53

1.50 1.50

1.25

1.00 0.50 0.00 Matrik

serat 1 lapis

serat 2 lapis

serat 3 lapis

Spesimen

Gambar 4.16 Diagram rerata regangan komposit serat kulit pohon terap tanpa perendaman NaOH 5% Dan untuk hasil pengujian komposit yang seratnya direndam NaOH 5% menghasilkan kekuatan tarik dan Regangan komposit yang paling tinggi ada pada lapisan serat ke 1 yaitu 24,27 MPa dan regangan komposit yang paling tinggi ada pada lapisan serat ke 1 yaitu sebesar 1,3 %. Dari masing-masing lapisan serat komposit diambil nilai rata-rata dari kekuatan tarik dan regangan. Nilai rata-rata yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 4.23. Gambar 4.23 Rerata kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap direndam NaOH 5% kekuatan tarik

Regangan

spesimen

( MPa )

(%)

Matrik

54,90

2,75

serat 1 lapis

24,27

1,3

serat 2 lapis

24,23

1,00

serat 3 lapis

18,80

1,25


53

60

54.90


50 40 30

24.27

24.23 18.8

20 10 0 Matrik

serat 1 lapis

serat 2 lapis

serat 3 lapis

Spesimen

Gambar 4.17 Diagram rerata kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap dengan perendaman NaOH 5%

3

2.75

Regangan ( % )

2.5 2 1.5

1.3

1.25 1.00

1 0.5 0 Matrik

serat 1 lapis

serat 2 lapis

serat 3 lapis

Spesimen

Gambar 4.18 Diagram rerata regangan komposit serat kulit pohon terap dengan perendaman NaOH 5%


54

30 24.27


25

26.15

26.15 24.23 18.8

20

sebelum direndam NaOH 5%

15 10

10.46

sesudah direndam

5 0 serat 1 lapis

serat 2 lapis

serat 3 lapis

Spesimen

Gambar 4.19 Diagram rerata kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap 1-3 lapis ( MPa ) 3

2.75

Regangan ( % )

2.5 2 1.53

1.50 1.5

1.3 1.00

1

1.25

1.25

Matrik

Sebelum Direndam NaOH 5%

0.5 0 1

2 Spesimen

3

Sesudah Direndam NaOH 5%

Gambar 4.20 Diagram rerata regangan komposit serat kulit pohon terap 1-3 lapis (%) 4.2

Pembahasan Untuk pembuatan komposit perbandingan yang dipakai yaitu 30% serat,

69,7% matrik, dan 0,3% katalis. Pada pembuatan komposit ini pembagian resin pada tiap lapisan berbeda. Jumlah resin yang dipakai untuk serat 1 sampai 3 lapis sama yaitu 156,285 ml. Jadi jumlah pembagian resin untuk melapisi serat berbeda,


55

tergantung jumlah lapisan serat yang disusun. Untuk serat 1 lapis jumlah resin yang dipakai untuk tiap lapisan berbeda dengan serat 2 lapis, jika untuk serat 1 lapis jumlah resin dibagi menjadi 2 bagian, yaitu cetakan diberi oleh resin kemudian diberi serat, kemudian ditutup dengan resin. Jadi untuk serat 1 lapis resin yang dibutuhan untuk setiap pelapisan yaitu 78,1425 ml. Untuk serat 2 lapis resin dibagi menjadi 3 bagian, serat 3 lapis resin dibagi menjadi 4 bagian, dan sehngga jumlah resin untuk 1 sampai 3 lapis tetap yaitu 156,285 ml. Dan untuk proses pencetakan komposit dibagi ada 2 variasi yaitu serat tanpa direndam dengan NaOH 5% dan serat yang direndam dengan NaOH 5%. Variasi ini dilakukan untuk melihat perbandingan hasil kekuatan Tarik (MPa) dan hasil dari regangan (%) komposit Dari tabel 4.27 dan 4.28 diperoleh nilai kekuatan Tarik komposit tertinggi ada pada lapisan ke 2 dan 3 dimana kekuatan tariknya sama yaitu 26,25 MPa dan regangan tertinggi ada pada lapisan ke 2 yaitu 1,5% tetapi setelah direndam dengan NaOH 5%, kekuatan tarik nya menurun menjadi 24,23 MPa dan 18,8 MPa. Penurunan ini bisa terjadi disebabkan oleh jenis arah serat, void, crack dan ketidak sempurnaan penyatuan antara matrik dan serat. Dari hasil pengujian tarik yang telah dilakukan, lapisan serat 1 lapis, 2 lapis, dan 3 lapis, memiliki kekuatan tarik dan regangan yang berbeda. Kekuatan tarik komposit rata-rata setiap lapisan sebelum dan sesudah direndam dengan NaOH 5%, untuk serat 1 lapis 10,46 MPa dan 24,25 MPa, serat 2 lapis 26,15 MPa dan 24,23 MPa, serat 3 lapis 26,15 MPa dan 18,8 MPa. Kekuatan tarik terendah ada pada serat yang seblum direndam dengan NaOH 5% yaitu ada pada lapisan ke 1 dengan kekuatan tarik nya sebesar 10,46 MPa. Hal ini dikarenakan ketebalan lapisan resin yang kurang rata pada setiap sisinya dan pentranferan beban tidak baik. Untuk regangan rata-rata pada komposit sebelum dan sesudah direndam dengan NaOH 5% serat 1 lapis 1,5% dan 1,3%, 2 lapis 1,53% dan 1,00%, 3 lapis 1,25% dan 1,25. Pada serat 1 lapis, 2 lapis dan 3 lapis nilai regangan nya menurun. Hal ini bisa disebabkan karena serat terlapisi resin dengan merata. Jadi


56

saat dilakukan pengujian tarik ada sebagian beban yang hanya diterima oleh matrik atau serat dan ada sebagian pentransferan beban yang baik sehingga nilai regangan yang dihasilkan bervariasi. Hasil pengujian juga dipengaruhi patahan pada komposit. Hasil yang maksimal terjadi saat patahan yang terjadi antara serat dan matrik patah secara bersamaan. Hasil yang kurang maksimal terjadi saat patahan yang terjadi antara serat dan matrik tidak bersamaan, masih ada bagian serat yang tersisa pada patahan. Hal seperti ini mengakibatkan hasil pengujian tidak maksimal, karena pada bagian komposit masih terdapat celah yang mengakibatkan matrik dan serat tidak menempel. Celah yang terdapat pada komposit berpengaruh saat dilakukan pengujian tarik, karena beban yang diperoleh tidak dapat disalurkan keseluruh permukaan komposit. 4.3

Lampiran Berikut dilampirkan patahan dari masing-masing lapisan hasil uji Tarik

pada komposit.

Gambar 4.21 Patahan Pada Komposit Serat kulit pohon terap1 Lapis


57

Gambar 4.22 Patahan Pada Komposit Serat serat kulit pohon terap2 Lapis

Gambar 4.23 Patahan Pada Komposit Serat kulit pohon terap 3 Lapis


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, penulis dapat mengambil kesimpulan yaitu : 1.

Kekuatan tarik di setiap lapisan komposit serat kulit pohon terap bervariasi, untuk serat 1 lapis kekuatan tariknya 10,46 MPa, serat 2 lapis 26,15 MPa, dan untuk serat 3 lapis memiliki kekuatan tarik sebesar 26,15.

2.

Di setiap variasi jumlah lapisan serat, regangannya juga bervariasi yaitu untuk serat 1 lapis 1,5%, serat 2 lapis 1,53%, dan untuk serat 3 lapis memiliki regangan sebesar 1,25%.

3.

Perlakuan alkali tidak berpengaruh signifikan terhadap kekuatan tarik komposit serat kulit pohon terap. Ada sebagian lapisan serat komposit yang mengalami peningkatan dan ada sebagian lapisan serat komposit yang mengalami penurunan. Peningkatan kekuatan tarik ada pada lapisan ke 1. Dan penurunan kekuatan tarik ada pada lapisan ke 2 dan 3.

4.

Regangan terbaik ada pada lapisan ke 2 yaitu 1,53% dengan kekuatan tariknya sebesar 26,15 MPa.

5.2

Saran Dalam penelitian yang sudah dilakukan masih terdapat kesalahan dan

kekurangan. Untuk menyempurnakan penelitian selanjutnya perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1.

Pada proses pembuatan benda uji adalah dengan cara hand lay-out, untuk mendapatkan tebal yang merata sebaiknya pembuatan benda uji dilakukan dengan sangat teliti dan memperhatikan tempat untuk meletakkan cetakan. Tempat meletakkan cetakan harus rata, jika tidak maka resin tidak rata pada permukaan serat.

58


59

2.

Saat proses pembuatan komposit, harus menggunakan masker dan kaca mata karna aroma dari resin and serbuk saat pemotongan dapat mengganggu kesehatan.

3.

Dalam uji tarik agar data yang diperoleh akurat dan tidak terjadi kesalahan, harus diperhatikan benda yang dijepit oleh griper harus rata. Hal ini sangat penting, agar benda uji benar-benar ditarik tegak lurus dan tidak meleset. Jika griper menjepit tidak sempurna atau miring data yang didapat tidak akurat.


DAFTAR PUSTAKA 1. Annual book of ASTM. 1985. America Society for Testing Material. Philadelphia, PA. 2. Budinski, K. G. Engineering Materials, Properties and Selection. Prentince Hall International, Inc. 3. Gibson,R. F. 1994. Principles of Composite Material Mechanics. Singapore: Mc Graw Hill, Inc. 4. Surdia, Tata, dan Saito, S. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramitha. 5. Ratni Kartini,H.Darma setiawan, A.Karo Karo dan Sudirman. Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Polimer Berpenguat Serat Alam. 2002.

60

KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT POHON TERAP DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT SKRIPSI. Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Recommend Documents