KARATERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT KELAPA DENGAN VARIASI ARAH SERAT

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KARATERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT KELAPA DENGAN VARIASI ARAH SERAT SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Strata 1 program studi Teknik Mesin

Diajukan oleh: FELICITAS NOI FRISTIANTA RINDRAWAN NIM: 125214014

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


KARATERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT KELAPA DENGAN VARIASI ARAH SERAT SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Strata 1 program studi Teknik Mesin

Diajukan oleh: FELICITAS NOI FRISTIANTA RINDRAWAN NIM: 125214014

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


STRENGTH CHARATERISTIC OF COMPOSITE COCONUT FIBERS WITH FIBER DIRECTION VARIATIONS FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

by: FELICITAS NOI FRISTIANTA RINDRAWAN Student Number: 125214014

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016

ii


iii


iv


HALAMAN PERSEMBAHAN

Skripsi ini kupersembahan untukmu:  Tuhan Yesus Sang Juru Selamat

Keluargaku tercinta,  Papaku Thomas Bambang Mintarto  Mamaku Alfrida Limbong  Kakakku Agata Frista Rindayanti  Adekku Alm. Angela Widya Juliani  Yang terkasih Felisitas Purnaningsih

v


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

Yogyakarta, 29 Agustus 2016

Felicitas Noi Fristianta Rindrawan

vi


INTISARI Keprihatinan terhadap pemanfaatan akan limbah serat dapat diwujudkan dengan membuat komposit. Namun, serat alam memiliki beberapa keterbatasan tertentu. Dalam penelitian ini, dipaparkan tentang karateristik kekuatan tarik komposit serat serabut kelapa dengan variasi arah serat yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangannya denganmemanfaatkan bahan sisa dari buah kelapa. Langkah awal dalam pembuatan komposit berpenguat serat serabut kelapa ini menggunakan cetakan kaca yang berukuran 30 x 20 x 0,5 cm. Serabut kelapa yang akan dibuat komposit dilakukan perlakuan alkali dengan menggunakan NaOH sebesar 5% dari pelarut air. Dengan menggunakan resin merk Yukalac 235 dengan jenis resin polyestertipe 157 BTQN-EX dan katalis metyl etyl keton peroksida atau biasa disebut MEKPO. Perbandingan matrik dan serat 70 : 30% dengan menggunakan standar benda uji komposit mengacu pada ASTM D 3039kecuali pada tebal spesimen. Sebelum melakukan pengujian tarik, komposit dipotong dengan panjang 200 mm dan lebar 20 mm. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali dari masing masing variasi yaitu matrik, arah serat sejajar (continuous roving), arah serat anyam (woven roving), dan arah serat silang. Pengujian komposit dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa rerata kekuatan tarik dan regangan matrik yaitu 28,9 MPa dengan regangan sebesar 2,04%, arah serat sejajar ini yang memiliki nilai rerata tarik dan regangan paling tinggi dari variasi lain yaitu 21,17 MPa dan regangan 2,06%. Komposit dengan arah serat silang memiliki nilai rerata tarik dan regangan 18,49 MPa dan 1,21%, komposit dengan nilai terendah adalah dengan variasi arah serat anyam 16,5 MPa dan 1,68%. Penambahan 30% serat kelapa dengan arah serat sejajar menyebabkan kekuatan tarik berkurang 26,74% dibandingkan kekuatan tarik matrik. Disisi lain dapat meminimalisir penggunaan resin yang harganya relatif mahal. Rata-rata karateristik patahan pada komposit ini merupakan patahan getas. Kata kunci : komposit,resin polyester, serat kelapa, arah serat.

vii


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

: Felicitas Noi Fristianta Rindrawan

NIM

: 125214014

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul: KARAKTERISTIK

KEKUATAN

KOMPOSIT

SERABUT

KELAPA

DENGAN VARIASI ARAH 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 memberikan royalti 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,

(Felicitas Noi Fristianta Rindrawan)

viii


KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya haturkan kepada Tuhan Yesus, atas segala rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan lancar. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi ini membahas mengenaikarakteristik kekuatan komposit dengan menggunakan serabut kelapa dengan variasi arah serat. Informasi yang terkait dalam skripsi ini dapat digunakan sebagai bahan pembuat dashboard pada kendaraan. Memanfaatkan serat alam dari sisa buah kelapa diharapkan ikut serta melestarikan alam dengan cara yang mudah dan terjangkau. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.

SudiMungkasiPh.D, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2.

Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.

Budi Setyahandana, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.

4.

A. Prasetyadi, S.Si, M.Si sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

5.

Thomas Bambang Mintarta dan Alfrida Limbong selaku orangtua yang selalu membarikan doa, semangat serta membiayai penulis dalam menyelesaikan kuliah dan skripsi ini.

6.

Agata Frista Rindayanti dan Alm. Angela Widya Yuliani selaku kakak dan adik yang selalu memotivasi dan mendoakan penulis.

7.

Felisitas Purnaningsih yang selalu mendampingi dan memberikan dukungan bagi penulis.

8.

Yosep Dwi Nugroho, Herwin Sihotang, Antonius Wiranto, selaku teman perjuangan penulis.

9.

Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta angkatan 2012 dan 2011.

ix


10. Seluruh staff pengajar dan karyawan Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis. 11. Serta semua pihak yang terlibat dan ikut serta membantu dalam penyelesaian skripsi yang tidak bisa disebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu diperbaiki dalam skripsi ini, untuk itu diharapkan kritik dan saran yang bersifat membagun dari berbagai pihak demi menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat 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 PERSEMBAHAN.......................................................................

v

HALAMAN PERNYATAAN.........................................................................

vi

INTISARI.........................................................................................................

vii

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI...................................................

viii

KATA PENGANTAR......................................................................................

ix

DAFTAR ISI....................................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xv DAFTAR TABEL............................................................................................ xvii BAB I PENDAHULUAN................................................................................

1

1.1 Latar Belakang.......................................................................................

1

1.2 Rumusan Masalah..................................................................................

3

1.3 Tujuan Penelitian...................................................................................

3

1.4 Batasan Masalah....................................................................................

3

1.5 Manfaat Penelitian.................................................................................

4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA.................................

5

xi


2.1 Dasar Teori............................................................................................

5

2.1.1 Komposit........................................................................................

5

2.1.2 Klasifikasi Bahan Komposit..........................................................

6

2.1.3 Bahan Komposit Partikel...............................................................

7

2.1.4 Bahan Komposit Serat...................................................................

8

2.1.5 Bagian Utama Komposit...............................................................

10

2.1.5.1 Reinforcement........................................................................

10

2.1.5.2 Matriks...................................................................................

10

2.1.6 Polimer..........................................................................................

11

2.1.7 Orientasi Serat...............................................................................

13

2.1.8 Jenis Serat......................................................................................

15

2.1.9 Pencampuran Komposit.................................................................

15

2.1.10 Fraksi Volume Minimum Reinforcing........................................... 17 2.1.11 Susunan Serat...............................................................................

19

2.1.12 Mekanika Komposit.....................................................................

20

2.1.13 Kondisi Isostrain..........................................................................

20

2.1.14 Isostres.........................................................................................

21

2.1.15 Modus Kegagalan Lamina...........................................................

22

2.1.15.1 Modus Kegagalan Akibat Beban Tarik Longitudinal........................................................................

xii

22


2.1.15.1 Modus Kegagalan Akibat Beban Tarik Transversal...........................................................................

23

2.1.16 Serat Kelapa.................................................................................

24

2.1.17 Perlakuan Alkali (NaOH) Pada Serat...........................................

25

2.2 Tinjauan Pustaka....................................................................................

26

BAB III METODE PENELITIAN...................................................................

28

3.1 Skema Penelitian....................................................................................

28

3.2 Persiapan Penelitian...............................................................................

29

3.2.1 Alat-alat Yang Digunakan..............................................................

29

3.2.2 Bahan-bahan Yang Digunakan.......................................................

32

3.2.3 Perhitungan Komposisi Komposit..................................................

35

3.2.4 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Serat..............................

36

3.2.5 Standar Uji dan Ukuran Benda Uji.................................................

38

3.3 Cara Penelitian.......................................................................................

38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN..........................................................

39

4.1 Hasil Pengujian......................................................................................

39

4.2 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik.........................................................

39

4.3 Pembahasan............................................................................................

49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................

53

5.1 Kesimpulan.............................................................................................

53

xiii


5.2 Saran.......................................................................................................

53

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................

55

LAMPIRAN......................................................................................................

57

xiv


DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1

Klasifikasi Bahan Komposit.....................................................

9

Gambar 2.2

Orientasi Serat..........................................................................

14

Gambar 2.3

Diagram Hubungan antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan serat...........................................................................

15

Gambar 2.4

Interphase dan Interfase dalam Komposit...............................

16

Gambar 2.5

(a) Model Komposit Berpenguat Serat, (b) Kurva Tegangan vs Regangan...........................................

17

Gambar 2.6

Fraksi Volume Serat................................................................

19

Gambar 2.7

Komposit dengan Kondisi Regangan Sama............................

21

Gambar 2.8

Komposit dengan Kondisi Tegangan Sama............................

22

Gambar 2.9

Modus Kerusakan pada Bahan Komposit Akibat Beban Tarik Longitudinal...................................................................

23

Gambar 2.10 Kegagalan pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal.....................................................................

24

Gambar 3.1

Skema Jalannya Penelitian......................................................

28

Gambar 3.2

Alat-alat yang Digunakan.......................................................

32

Gambar 3.3

Serat Sabut Kelapa..................................................................

32

Gambar 3.4

Resin Polyester.......................................................................

33

Gambar 3.5

Katalis MEKPO......................................................................

33

Gambar 3.6

NaOH Kristal..........................................................................

34

Gambar 3.7

Hand Body Lotion...................................................................

34

xv


Gambar 3.8

Acetone......................................................................................

35

Gambar 3.9

Standar Uji................................................................................

38

Gambar 4.1

Diagram Kekuatan Tarik Matrik...............................................

44

Gambar 4.2

Diagram Regangan Matrik........................................................

45

Gambar 4.3

Diagram Kekuatan Tarik Serat Sejajar......................................

45

Gambar 4.4

Diagram Regangan Komposit Serat Sejajar............................... 46

Gambar 4.5

Diagram Kekuatan Tarik Serat Anyam.....................................

46

Gambar 4.6

Diagram Regangan Komposit Serat Anyam.............................

47

Gambar 4.7

Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Silang......................

47

Gambar 4.8

Diagram Regangan Komposit Serat Silang...............................

48

Gambar 4.9

Diagram Rerata Kekuatan Tarik................................................

49

Gambar 4.10 Diagram Rerata Regangan.........................................................

49

Gambar 4.11 Patahan pada Matrik..................................................................

51

Gambar 4.12 Patahan pada Komposit Serat Sejajar........................................

51

Gambar 4.13 Patahan pada Komposit Serat Silang.........................................

52

Gambar 4.14 Patahan pada Komposit Serat Anyam........................................ 52

xvi


DAFTAR TABEL Tabel 2.1

Polymeric Matrix Materials For Fiberglass..............................

12

Tabel 2.2

Sifat Epoksi dan Resin Poliester...............................................

13

Tabel 2.3

Sifat Mekanis Beberapa Serat Alam.........................................

25

Tabel 4.1

Dimensi Benda Uji Serat Tanpa Perlakuan Alkalisasi.............

40

Tabel 4.2

Kekuatan Tarik Serat Tanpa Perlakuan Alkalisasi...................

40

Tabel 4.3

Regangan Serat Tanpa Perlakuan Alkalisasi............................

40

Tabel 4.4

Dimensi Benda Uji Serat Dengan Perlakuan Alkalisasi...........

40

Tabel 4.5

Kekuatan Tarik Serat Dengan Perlakuan Alkalisasi.................

41

Tabel 4.6

Regangan Serat Dengan Perlakuan Alkalisasi.........................

41

Tabel 4.7

Dimensi Benda Uji Matrik........................................................

41

Tabel 4.8

Kekuatan Tarik Matrik..............................................................

41

Tabel 4.9

Regangan Matrik.......................................................................

42

Tabel 4.10

Dimensi Benda Uji Komposit Serat Sejajar..............................

42

Tabel 4.11

Kekuatan Tarik Komposit Serat Sejajar....................................

42

Tabel 4.12

Regangan pada Komposit Serat Sejajar....................................

42

Tabel 4.13

Dimensi Benda Uji Komposit Serat Anyam.............................

43

Tabel 4.14

Kekuatan Tarik Komposit Serat Anyam...................................

43

Tabel 4.15

Regangan pada Komposit Serat Anyam....................................

43

Tabel 4.16

Dimensi Komposit Serat Silang................................................

43

Tabel 4.17

Kekuatan Tarik Komposit Serat Silang.....................................

44

Tabel 4.18

Regangan pada Komposit Serat Silang.....................................

44

xvii


Tabel 4.19

Rerata Kekuatan Tarik dan Regangan.......................................

xviii

48


BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Sebagai negara kepulauan yang berada di daerah tropis dan kondisi

agroklimat yang mendukung, Indonesia merupakan negara penghasil kelapa terbesar nomor 2 di dunia. Pada tahun 2000, luas area tanaman kelapa di Indonesia mencapai 3,76 juta Ha, dengan total produksi diperkirakan sebanyak 14 milyar butir kelapa, sebagian besar (95%) merupakan perkebunan rakyat. Kelapa mempunyai nilai dan peran yang penting, baik ditinjau dari aspek ekonomi maupun sosial budaya. (Bank Indonesia, 2004) Sabut kelapa merupakan hasil samping, dan merupakan bagian terbesar dari buah kelapa, yaitu sekitar 35% dari bobot buah kelapa. Dengan demikian, apabila secara rata-rata produksi buah kelapa per tahun adalah sebesar 5,6 juta ton, maka berarti terdapat sekitar 1,7 juta ton serabut kelapa yang dihasilkan. (Bank Indonesia, 2004). Potensi produksi sabut kelapa yang sedemikian besar belum dimanfaatkan sepenuhnya untuk kegiatan produktif yang dapat meningkatkan nilai tambahnya. Serat sabut kelapa, atau dalam perdagangan dunia dikenal sebagai coco fiber, coir fiber, coir yarn, coir mats, dan rugs, merupakan hasil pengolahan sabut kelapa. Secara tradisional serat serabut kelapa hanya dimanfaatkan untuk bahan pembuat sapu, keset, tali dan alat-alat rumah tangga lain (The Encyclopedia of wood, 1980). Perkembangan teknologi fisika-kimia pada serat dan kesadaran konsumen untuk kembali ke bahan alami, membuat serat serabut kelapa dimanfaatkan menjadi bahan baku industri karpet, jok dan dashboard kendaraan, kasur, bantal, dan lain-lain. Produsen mobil Daimler-Bens pun telah memanfaatkan serat serabut kelapa sebagai penguat bahan komposit untuk dashboard. (Sumardi, dkk., 2003). Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mampunyai sifat mekanik dan

1


karateristik yang berbeda dari material pembentuknya, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuknya. Bahan komposit sangat luas penggolongan maupun penggunaannya, oleh karena itu untuk mempermudah penggunaannya jenis komposit dapat dibedakan sesuai bentuk dan bahan penguat dan pengikat yang digunakan dalam pembuatannya. Dalam berbagai aplikasi komposit juga terbukti efektif pada penggunaanya sebagai bahan teknik. Keunggulan komposit dibandingan bahan dengan bahan logam: 1.

Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam.

2.

Sifat fatigue dan toughness yang baik.

3.

Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi.

4.

Daya redam bunyi yang baik.

5.

Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang baik.

6.

Dapat dirancang dengan bobot yang ringan.

7.

Dapat dirancang dengan keelastisan yang tinggi. Selain memiliki keunggulan seperti yang telah disebutkan di atas, komposit

juga memiliki kekurangan sebagai berikut: 1.

Sifat-sifat bahan yang berbeda antara satu lokasi dengan lokasi yang lainnya, tergantung pada arah pengukuran yang dilakukan.

2.

Banyak bahan komposit (umumnya bahan polimer) tidak aman dari reaksi dengan zat-zat kimia atau larutan-larutan tertentu yang menjadikanya berbahaya bagi kesehatan.

3.

Proses pembuatan (pembentukan) bahan komposit ralatif susah, dan perlu ketelitian dan lama.

4.

Masih jarang pihak-pihak yang menjual bahan-bahan komposit. Komposit serat merupakan perpaduan antara serat sebagai komponen penguat

dan matriks sebagai komponen penguat serat. Serat biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih besar dari matriks dan pada umumnya bersifat ortotropik.

2


Pada saat serat dan matriks dipadukan untuk menghasilkan sebuah komposit, kedua komponen tersebut tetap mempertahankan sifat-sifat yang dimilikinya dan secara langsung akan berpengaruh terhadap sifat komposit yang dihasilkan. Secara khusus dapat dikatakan bahwa harga kekuatan maupun kekakuan komposit terletak diantara kekakuan dan kekuatan serta matriks yang digunakan. Dalam hal ini dapat diartikan bahwa kemampuan komposit terdapat antara kemampuan serat dan matriks pengikatnya serta memiliki sifat-sifat dari bahan yang jadi penyusunnya.

1.2

Rumusan Masalah Komposit merupakan material yang memiliki dua penyusun yaitu serat dan

matriks. Agar mendapat sifat dan karateristik yang baik dari komposit, maka memperhatikan beberapa faktor, salah satunya adalah arah serat. Oleh karena itu masalah yang diteliti adalah tegangan tarik dan regangan pada komposit yang akan diaplikasikan pada sebuah dashboard dengan variasi arah serat.

1.3

Tujuan Penelitian Penelitian dalam tugas akhir ini mempunyai tujuan yaitu:

1. Untuk mengetahui rata-rata kekuatan tarik dan regangan komposit serat serabut kelapa dengan variasi arah serat sejajar, anyam, dan silang. 2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan serat 30% dari cetakan komposit terhadap kekuatan tarik dan regangan komposit. 3. Untuk mengetahui karateristik patahan dari setiap variasi komposit.

1.4

Batasan Masalah Batasan masalah yang diambil dalam penelitian tugas akhir ini adalah:

a.

Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah uji tarik.

b.

Bahan pengikat seratnya adalah komposit.

c.

Pengeras yang digunakan adalah katalis.

d.

Serat yang digunakan adalah serat serabut kelapa dari sembarang jenis kelapa.

e.

Cetakan yang dipakai adalah cetakan kaca berukuran panjang, lebar dan tinggi 30 cm x 20 cm x 0,5 cm

3


f.

Proses perlakuan alkali dengan menggunakan larutan NaOH sebesar 5% selama 2 jam.

g.

Lapisan komposit yang dibentuk hanya 2 lapis serat dengan variasi arah serat.

h.

Perbandingan yang digunakan matrik dengan serat adalah 70 : 30 dari cetakan kaca.

i.

Standar ukuran benda uji mengacu pada ASTM D3039 kecuali pada ketebalan benda.

1.5

Manfaat Penelitian Manfaat tentang penelitian komposit ini adalah sebagai berikut:

a.

Bagi penulis, dapat menambah wawasan pengetahuan tentang bahan teknik material, terutama pada komposit.

b.

Hasil penelitian dapat dijadikan refrensi bagi para pembuat dan peneliti mengenai pengaruh variasi arah serat serabut kelapa pada komposit.

c.

Hasil penelitian bisa dikembangkan lebih lanjut lagi bagi adik-adik kelas.

d.

Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk menambah koleksi pengetahuan yang dapat ditempatkan di perpustakaan.

4


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Dasar Teori

2.1.1 Komposit Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia. Komposit memiliki sifat mekanik dan karateristik 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. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat. Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu: a.

Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ulet tetapi lebih rigid serta lebih kuat, yang digunakan adalah serat alam.

b.

Matrik, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan rigiditas yang lebih rendah. Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang

digunakannya yaitu: 1.

Fibrous Composites (Komposit Serat) merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa

5


serat atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. 2.

Laminated Composites (Komposit Laminat) merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.

3.

Particulalate Composites (Komposit Partikel merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya. Sehingga komposit dapat disimpulkan sebagai dua macam atau lebih

material yang digabungkan atau dikombinasikan dalam sekala makroskopis (dapat terlihat langsung oleh mata) sehingga menjadi material baru yang lebih berguna. Komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu : a. Matriks berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan : carbon, glass, kevlar, dll b. Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar.

2.1.2 Klasifikasi Bahan Komposit Klasifikasi bahan komposit dapat dibentuk dari sifat dan strukturnya. Bahan komposit dapat diklasifikasikan kedalam beberapa jenis. Secara umum klasifikasi komposit yang sering digunakan antara lain seperti : 1. Klasifikasi menurut kombinasi material utama, seperti metal-organic atau metal anorganic. 2. Klasifikasi menurut karakteristik bult-from, seperti system matrik atau laminate. 3. Klasifikasi menurut instribusi unsur pokok, seperti continous dan dicontinous. 4. Klasifikasi menurut fungsinya, seperti elektrikal atau structural (Schwartz,1984) Sedangkan klasifikasi menurut komposit serat (fiber-matrik composites) dibedakan menjadi beberapa macam antara lain :

6


1. Fiber composite (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik 2. Filled composite adalah gabungan matrik continous dengan matrik yang kedua 3. Flake composite adalah gabungan serpih rata dengan matrik 4. Particulate composite adalah gabungan partikel dengan matrik 5. Laminate composite adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina (Schwartz, 1984 : 16) Secara umum bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu bahan komposit partikel

(particulate

composite)

dan

bahan

komposit

serat

(fiber

composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel–partikel yang diikat oleh matrik. Bentuk partikel ini dapat bermacam–macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak. Sedangkan bahan komposit serat terdiri dari serat – serat yang diikat oleh matrik. Bentuknya ada dua macam yaitu serat panjang dan serat pendek.

2.1.3 Bahan Komposit Partikel Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari partikel– partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite) menurut definisinya partikel ini berbentuk beberapa macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi rata–rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel umunya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit keramik (ceramic matrik composites). Bahan komposit partikel pada umunya lebih lemah dibanding bahan komposit serat. bahan komposit partikel mempunyai keunggulan, seperti ketahanan terhadap aus, tidak muda retak dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik. Bahan komposit partikel merupakan jenis dari bahan komposit dimana bahan penguatnya adalah terdiri dari partikel-partikel. Secara definisi partikel itu sendiri adalah bukan serat, sebab partikel itu tidak mempunyai ukuran panjang. Sedangkan pada bahan komposit ukuran dari bahan penguat menentukan kemampuan bahan komposit menahan gaya dari luar. Dimana semakin panjang ukuran serat maka semakin kuat bahan menahan beban dari luar, begitu juga dengan sebaliknya. Bahan komposit partikel pada umumnya lemah dan fracture toughness-nya lebih rendah

7


dibandingkan dengan serat panjang, namun disisi lain bahan ini mempunyai keunggulan dalam ketahanan terhadap aus. Pada bahan komposit keramik (Ceramix Matrix Composite), partikel ini umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat, sedangkan keramik digunakan sebagai matrik.

2.1.4 Bahan Komposit Serat Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak dipakai. Bahan komposit serat terdiri dari serat–serta yang terikat oleh matrik yang saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continous fiber) dan serat pendek (short fiber dan whisker). Dalam laporan ini diambil bahan komposit serat (fiber composite). Penggunaan bahan komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan komposit serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat, Klasifikasi bahan komposit serat dapat di lihat pada Gambar 2.1 sebagai berikut:

8


Gambar 2.1 Klasifikasi Bahan Komposit

9


Komposit serat dalam dunia industri mulai dikembangkan dari pada menggunakan bahan partikel. Bahan komposit serat mempunyai keunggulan yang utama yaitu strong (kuat), stiff (tangguh), dan lebih tahan terhadap panas pada saat didalam matrik (Schwartz, 1984). Dalam penggembangan teknologi pengolahan serat, membuat serat sekarang semakin diunggulkan dibandingkan material– material yang digunakan. Cara yang digunakan untuk mengkombinasi serat berkekuatan tarik tinggi dan bermodulus elastisitas tinggi dengan matrik yang bermassa ringan, berkekuatan tarik rendah, serta bermodulus elastisitas rendah makin banyak dikembangkan guna untuk memperoleh hasil yang maksimal. Komposit pada umumnya mengunakan bahan plastik yang merupakan material yang paling sering digunakan sebagai bahan pengikat seratnya selain itu plastik mudah didapat dan mudah perlakuannya, dari pada bahan dari logam yang membutuhkan bahan sendiri. 2.1.5 Bagian Utama Komposit 2.1.5.1 Reinforcement Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit seperti contoh 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). Jenis-jenis serat yang banyak tersedia untuk menggunakan komposit dan jumlahnya hampir meningkat. Kekakuan spesifik yang tinggi (kekakuan dibagi oleh berat jenisnya) dan kekuatan spesifik yang tinggi (kekuatan dibagi oleh berat jenisnya) serat-serat tersebut yang disebut Advanced Composit. Chawla (1987)

2.1.5.2 Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matrik mempunyai fungsi sebagai berikut : a. Mentransfer tegangan ke serat secara merata. b. Melindungi serat dari gesekan mekanik. c. Memegang dan mempertahankan serat pada posisinya. 10


d. Melindungi dari lingkungan yang merugikan. e. Tetap stabil setelah proses manufaktur. Sifat-sifat matrik (Ellyawan, 2008) : a. Sifat mekanis yang baik. b. Kekuatan ikatan yang baik. c. Ketangguhan yang baik. d. Tahan terhadap temperatur. Menurut Gibson (1994) matrik dalam struktur komposit dapat dibedakan menjadi 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 produksi massal 3) Ketangguhan baik 4) Tahan simpan 5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat 6) Kemampuan mengikuti bentuk 7) Lebih ringan. 2.1.6 Polimer Polimer merupakan nama lain dari plastik, yaitu molekul yang besar atau makro molekul yang terdiri dari satuan yang berulang-ulang atau mer. Polimer telah mengambil peran penting dalam teknologi. Hal ini dikarenakan polimer memiliki sifat-sifat seperti ringan, mudah dibentuk. Polimer yang sering dipakai menurut (Sudira, 1985) adalah polimer yang sering disebut dengan plastik. Plastik dibagi dalam dua kategori menurut sifat-sifatnya terhadap suhu, yaitu:

11


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 erketon (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). Tabel 2.1 Polymeric Matrix Materials For Fiberglass Polymer

Characteristic and Applications

Thermosetting Epoxies

High strength (for filament-wound vessels)

Polyester

For general structures (usually fabric-reinforced)

Phenolic

High-temperature applications

Silicones

Electrical applications (printed-circuit panels)

Thermoplastic Nylon Polycarbonate Less common, especially good ductility Polystyrene

12


Dalam pembuatan komposit, resin yang banyak digunakan adalah dari jenis polimer thermosetting yang terdiri dari: 1. Resin Poliester Resin poliester adalah bahan matrik polimer yang paling luas penggunaanya sebagai matrik pengikat, dari proses pengerjaan yang sederhana sampai hasil produksi yang dikerjakan dengan proses cetakan mesin. Sebagai resin thermosetting, poliester memiliki kekuatan mekanis yang cukup bagus, ketahanan terhadap bahan kimia, selain itu harganya relatif cukup murah. Resin jenis ini banyak digunakan dalam fiber reinforced plastic karena jika diperkuat dengan serat gelas maka ketahanan panas akan lebih baik, tetapi kurang kuat. Resin poliester dapat mengalami proses curing dalam suhu kamar dan dapat dipercepat dengan menambahkan katalis. Bahan poliester banyak dipergunakan untuk komposit berpenguat serat gelas, contohnya: kapal, tangki penyimpan air dan perlengkapan bangunan. 2. Resin Epoksi Resin ini harganya sedikit mahal, tetapi resin jenis ini memiliki keunggulan dalam hal kekuatan yang tinggi dan penyusutan yang relatif kecil setelah proses curing. Resin ini banyak dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan penguatnya serat karbon atau Kevlar. Tabel 2.2 Sifat Epoksi dan Resin Poliester Sifat

Poliester

Epoksi

Kekuatan tarik (MPa)

40-90

55-130

Modulus elastis (GPa)

2,0-4,4

2,8-4,2

Kekuatan impak (J/m)

10,6-21,2

5,3-53

Kerapatan (g/cm3)

1,10-1,46

1,2-1,3

2.1.7 Orientasi serat Orientasi serat dapat menentukan suatu bahan komposit, secara umum penyusun serat pada komposit dapat dibedakan sebagai berikut :

13


a.

Unidirectional : Serat disusun secara paralel satu sama lain. Kekuatan tarik yang paling tinggi terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat, sedangkan kekuatan yang paling rendah pada bahan yang tegak lurus.

b. Pseudoisotropic : Serat disusun secara acak, pada susunan serat ini kekuatan yang terjadi pada satu titik pengujian mempunyai nilai yang sama c. Bidirectional : Serat disusun secara tegak lurus satu dengan yang lain. Pada susunan serat ini kekuatan tarik yang paling tinggi terdapat pada arah 00 dan 900, sedangkan kekuatan paling rendah pada serat dengan arah 450.

Gambar 2.2 Orientasi serat (a dan b Sumber: James F.Shackelford., Introduction to Materials Science for Engineers. c. Mel M Schwartz) Sifat mekanik dari pemasangan serat satu arah ini adalah yang paling proporsional, karena pemasangan serat satu arah ini dapat memberikan kontribusi pemakaian serat yang paling banyak. Hal ini disebabkan karena pemasangan serat acak kontribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume sedikit), hal ini mengakibatkan kekuatan pada komposit akan menurun, seperti pada Gambar 2.3.

14


Gambar 2.3 Diagram hubungan antara kekuatan,fraksi volume dan susunan serat (Sumber: Adiyono 1996) Jumlah serat pada bahan komposit serat sering dinyatakan dalam fraksi volume serat (Vf), yaitu perbandingan volume serat terhadap volume bahan (Vc). Semakin besar kandungan volume serat pada komposit akan mengakibatkan meningkatnya kekuatan dari komposit tersebut.

2.1.8 Jenis serat Pengelompokkan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik atau dapat juga dilihat dari bahan yang menjadi matrik pengikat. Untuk komposit yang dilihat dari bahan penguat dibagi menjadi komposit dengan bahan penguat serat dibagi menjadi 2 bagian: 1. Komposit tradisional (komposit alam) yang biasa berupa serat kayu, jerami, kapas, wol, sutera, serat enceng gondok, serat pisang, dll. 2. Komposit sintesis, yaitu komposit yang mempunyai bahan penguat serat yang diproduksi dengan industri manufaktur, dimana komponenkomponennya diproduksi secara terpisah, kemudian digabungkan dengan teknik tertentu agar diperoleh struktur, sifat dan geometri yang diinginkan. Serat sintesis ini dapat berupa serat gelas karbon, nilon dan polyester. 2.1.9 Pencampuran komposit Dalam memilih suatu bahan kopmposit, kombinasi yang tepat dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran bahan yang optimum akan menghasilkan suatu komposit dengan kualitas yang baik. Sifat komposit ditentukan oleh phase matrik dan phase reinforce sebagai bahan penyusun. Rongga udara

15


(void) terjadi karena, tidak merekatnya phase reinforce pada phase matrik. Hal ini akan menyebabkan rusak atau retak (crack) pada bahan komposit. Adanya rongga antara phase reinforce dan phase matrik harus dihindari. Seperti pada gambar 2.4

Gambar 2.4 Interphase dan Interfase dalam komposit (Sumber: James A.J. dan Thomas F.K., Engineering Materials Technology, Structure Processing, Properties and Selection) 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 dengan : mm = massa matrik

mr = massa renforce b) Volume komposit (Vc)

16


Vc = Vm+Vr+Vv Dengan : Vm = volume matrik

Vr = volume reinforce Vv = volume voids (rongga,cacat) c) Kerapatan komposit (ρc)

ρc = ρc = (fm x ρm)+(fr x ρr) dengan : ρm = kerapatan matrik

ρr = kerapatan reinforce fm = fraksi volume matrik 2.1.10 Fraksi Volume Minimum Reinforcing

Gambar 2.5 (a) Model komposit berpenguat serat, (b) Kurva tegangan Vs regangan (Sumber: Viktor Malau, Diktat Mata Kuliah Komposit)

Modulus elastis komposit kearah longitudinal E c

Ec = fmEm + frEr Dengan : Em = modulus elastis matrik

17


Er = modulus elastis reinforced Jika suatu bahan komposit mendapat beban tarik maka, dalamkondisi ini phase reinforcing dan matriknya mempunyai perpanjangan yang sama sehingga dapat ditulis :

Ɛr = Ɛm = Ɛc Kekuatan tarik bahan komposit (σu)c

(σu)c = Vr(σu)r+(1-Vr)σm dengan σm = tegangan tarik matrik saat reinforcing putus karena tarikan. Pada saat tegangan σ m dan matrik yang digunakan getas (ɛc = ɛm) maka berlaku :

σm =

(𝜎u)𝑟 𝐸r

x Em = ArEm

dengan Ar = perpanjangan saat reinforcing putus. Maka untuk bahan komposit berlaku : (𝑑𝜎u)

Ec = VrEr + (1-Vr) 𝑑ԑ

m

dengan

(𝑑𝜎u) 𝑑ԑm

= tangent dari kurva tarik.

Apabila pembebanan berada dalam daerah elastis bahan sama dengan modulus elastis dari matriknya, maka daerah pembebanan yang elastic maka berlaku :

Ec = VrEr + VmEm 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 :

18


(σu)c = (1-Vt)(σu)m Fraksi volume minimum rainforcing adalah (𝜎u)m−𝜎u

(Vr)min = (𝜎 ) +(𝜎 ) u r

u m−𝜎m

Gambar 2.6 Fraksi volume serat (Sumber: Robert M. Jones, Mechanics of Composite Materials)

2.1.11 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 :

19


a) Serat kontinu 

Serat satu arah



Serat dua arah

b) Serat tidak kontinu 

Serat arah acak



Serat arah teratur

c) Serat multilapis 

Laminat



Hybrid

2.1.12 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. 2.1.13 Kondisi isostrain Kondisi isostrain merupakan komposit dengan kondisi regangan yang sama. Dalam hal ini tegangan pada material mengakibatkan regangan yang sama pada

20


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 2.7

Gambar 2.7 Komposit dengan kondisi regangan sama (Sumber: James A. Jacob, Thomas F. Kilduff Engineering Materials Technology, Structure, Processing, Properties and Selection 2nd Edition) 2.1.14 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 2.8

21


Gambar 2.8 Komposit dengan kondisi tegangan sama (Sumber: James A. Jacob, Thomas F. Kilduff Engineering Materials Technology, Structure, Processing, Properties and Selection 2nd Edition) 2.1.15 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. 2.1.15.1 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 2.9 (a)

22


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 2.9 (b) c. Kombinasi darikedua 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 2.9 (c)

Gambar 2.9 Modus kerusakan pada bahan komposit akibat beban tarik longitudinal (Sumber: Adiyono, 1996) 2.1.15.2 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: 

Kegagalan matrik



Debonding pada interface antara serat dan matrik

23


Gambar 2.10 Kegagalan pada komposit akibat beban tarik transversal (Sumber: Bambang Kismono Hadi, 2000:41) 2.1.16 Serat Kelapa Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permukaannya licin, agak keras dan tebalnya ± 0,7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah yang disebut sabut, bagian ini terdiri dari serat keras yang tebalnya 3–5 cm, endocarp yaitu tempurung tebalnya 3–6 mm. Sabut merupakan bagian tengah (mesocarp) epicarp dan endocarp. Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa. Ketebalan sabut kelapa berkisar 5-6 cm yang terdiri atas lapisan terluar (exocarpium) dan lapisan dalam (endocarpium). Endocarpium mengandung serat halus sebagai bahan pembuat tali, karpet, sikat, keset, isolator panas dan suara, filter, bahan pengisi jok kursi/mobil dan papan hardboard. Satu butir buah kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang mengandung 30% serat. Komposisi kimia sabut kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous acid, gas, arang, ter, tannin, dan potasium. Dilihat sifat fisisnya sabut kelapa terdiri dari : a. Seratnya terdiri dari serat kasar dan halus dan tidak kaku. b. Mutu serat ditentukan dari warna dan ketebalan. c. Mengandung unsur kayu seperti lignin, suberin, kutin, tannin dan zat lilin.

24


Dari sifat mekanik nya : a. Kekuatan tarik dari serat kasar dan halus berbeda. b. Mudah rapuh. c. Bersifat lentur. (Zainal. M dan Yulius, 2005) Tabel 2.3 Sifat Mekanis Beberapa Serat Alam

Sumber: Building Material and Technology Promotion Council 2.1.17 Perlakuan Alkali (NaOH) Pada Serat Perlakuan alkali adalah perlakuan pada serat yang berguna untuk menghilangkan kotoran atau lignin pada serat yang memiliki siifat alami serat kelapa yaitu suka terhadap air atau dapat juga disebut Hydrophilic. Pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami serat (hydrophilic) dapat memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal. (Bismarck dkk). Perendaman alkali dapat meningkatkan kekuatan tarik komposit serat, karena menurut Maryanti, dkk (2011) komposit yang diperkuat serat tanpa alkalisasi, maka ikatan antara serat dan resin menjadi tidak sempurna karena terhalang oleh lapisan menyerupai lilin di permukaan serat. Perendaman alkali yang terlalu singkat belum sepenuhnya dapat menghilangkan lapisan lilin pada serat, sehingga ikatan serat dan matrik belum optimal. Tetapi apabila dilakukan perendaman alkali terlalu lama maka terjadi penurunan nilai tarik. Hal ini disebabkan hemiselulosa, lignin, dan pektin hilang sama sekali maka kekuatan serat alam akan menurun karena kumpulan microfibril

25


penyusun serat yang disatukan oleh lignin dan pektin akan terpisah, sehingga serat kelapa hanya berupa serat-serat halus yang terpisah satu sama lain.

2.2 Tinjauan Pustaka Yudha Yoga Pratama, dkk (2014) melakukan penelitian berjudul “Pengaruh Perlakuan Alkali, Fraksi Volume Serat, Dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa – Polyester” yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dari komposit, melihat perubahan kekuatan yang signifikan terhadap variasi lamanya perendaman serat (1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam), faktor panjang serat (10mm, 20mm, 30mm) fraksi volume serat (35%, 40%, 45%). Kesimpulan yang didapat adalah kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada spesimen komposit dengan kombinasi perlakuan alkali selama 2 jam, panjang serat 10mm dan fraksi volume serat 35% dan hasil kekuatan tarik rata-rata 21.24 MPa. Sementara itu, Budha Maryanti, dkk (2011) telah melakukan penelitian yang berjudul “Pengaruh alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan Tarik” yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari serat yang melalui perlakuan alkalisasi dengan yang tidak melalui perlakuan alkalisasi. Penelitian ini menggunakan variasi persentase konsentrasi NaOH 0%, 2%, 5% dan 8%. Kesimpulan yang dapat diambil secara keseluruhan dari hasil penelitian tersebut adalah kekuatan tarik komposit untuk perlakuan alkalisasi dengan persentase 5% dengan proses alkalisasi selama 1 jam menghasilkan kekuatan tarik 97,356 N/mm2, sedangkan tanpa alkalisasi atau alkalisasi 0% menghasilkan kekuatan tarik sebesar 90,144 N/mm2. I Made Astika, dkk (2013) melakukan penelitian berjudul “ Karateristik Sifat Tarik Dan Mode Patahan Komposit Polimer dengan Penguat Serat Sabut Kelapa” yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik, regangan dan elastisitas dari serat yang menggunakan variasi serat 20%, 25%, dan 30% dan variasi panjang serat 5mm, 10mm, 15mm, dengan perlakuan NaOH selama 2 jam dan proses curing 65º C selama 2 jam. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah panjang serat 15mm dengan fraksi volume serat 30% memiliki kekuatan tarik sebesar 58 MPa, regangan 1,15%, dan modulus elastisitas 4,47 GPa.

26


Dengan demikian, kesimpulan yang dapat diabil dari ketiga penelitian diatas adalah jika perlakuan alkalisasi dengan NaOH semakin besar dan semakin lama perendamannya maka akan berpengaruh pada kekuatan komposit, dari ketiga penelitian tersebut belum ada penelitian tentang arah serat yang dapat mempengaruhi kekuatan tarik pada komposit.

27


BAB III METODE PENELITIAN

3.1

Skema Penelitian Proses jalannya penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:

Pembelian Bahan

Serat Kelapa

Resin

Katalis

Cetakan Kaca

Pembuatan Benda Uji: 1.

Resin tanpa serat.

2.

Komposit dengan variasi tanpa serat, sejajar (continuous roving), anyam (woven roving), silang

Pemotongan Bahan Pengujian: Uji Tarik Hasil Penelitian

Pembahasan

Kesimpulan Gambar 3.1 Skema Jalannya Penelitian

28


3.2

Persiapan Penelitian Sebelum memulai pengujian, alat dan bahan untuk membuat benda uji perlu

dipersiapkan terlebih dahulu. Proses persiapan ini dengan membeli alat dan bahan yang diperlukan selama proses pembuatan sampai finishing, lalu mengukur seberapa banyak bahan yang akan dipakai untuk pembuatan benda uji.

3.2.1 Alat-alat Yang Digunakan Alat-alat yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serat serabut kelapa ini dapat ditampilkan pada Gambar 3.2:

a. Cetakan kaca 30 x 20 x 0,5 cm

b. Timbangan digital

c. Gunting

d. Gelas beker 500 ml

29


e. Spatula kecil

f. Gelas ukur 1000 ml

g. Sisir

h. Kuas

30


i. Jangka sorong

j. Suntikan 5 ml

k. Mesin uji tarik

l. Mesin milling

31


m. Gerinda Gambar 3.2 Alat-alat yang digunakan

3.2.2 Bahan Bahan Yang Digunakan Bahan yang digunakan dalam pembuatan benda uji komposit berpenguat serat adalah sebagai berikut: a. Serat Sabut Kelapa Serat yang dipakai dalam pembuatan benda uji komposit adalah serat sabut kelapa

Gambar 3.3 Serat Sabut Kelapa

32


b. Resin polyester Jenis resin yang digunakan dalam pembuatan benda uji adalah resin Yukalac 235. Resin ini berjenis resin polyester tipe 157 BQTN-EX

Gambar 3.4 Resin polyester c. Katalis Digunakan untuk mempercepat proses pengerasan dalam pembuatan komposit. Katalis ini berjenis metyl etyl keton peroksida (MEKPO)

Gambar 3.5 Katalis MEKPO d. NaOH kristal Dalam perlakuan alkalisasi digunakan NaOH kristal sebagai bahan perendaman serat sabut kelapa sebesar 5% dari pelarut air.

33


Gambar 3.6 NaOH kristal d. Hand body lotion Untuk melepaskan komposit dari cetakan menggunakan hand body lotion sebagai release agent

Gambar 3.7 Hand body lotion e. Acetone Dipakai untuk membersihkan alat-alat dari resin yang belum mengalami pengeringan. Penggunaan acetone ini hanya dapat berfungsi sebelum resin menjadi kers dan kering.

34


Gambar 3.8 Acetone

3.2.3 Perhitungan Komposisi Komposit Komposisi dari komposit yang dibuat adalah 30% serat sabut kelapa, 69,7% resin yukalac dan 0,3% katalis. Perhitungan komposisi komposit dihitung berdasarkan perhitungan volume total cetakan. Dibawah ini adalah perhitungan yang dilakukan: a.

Menghitung volume cetakan: Dengan asumsi: Volume cetakan = Volume komposit total

Vcet = Vkomp Maka, volume komposit:

Vkomp = 30 cm × 20 cm × 0,5 cm = 300 cm3 b.

Menghitung volume serat:

Volume serat (Vs) = 30% × Vkomp 30

= 100 × 300 cm3 = 90 cm3

35


c.

Massa serat berdasarkan “Building Material and Technologi Promotion Council” volume serat:

ρ =

𝑚 𝑣

; dengan massa jenis serat (ρ) = 1,44 gr/cm3

Maka, massa serat (ms):

ms = ρ × Vs 𝑔𝑟

= 1,44 𝑐𝑚3 × 90 𝑐𝑚3 = 129,6 gr d.

Menghitung volume resin: Volume matrik (Vm) = 69,7% × Vkomp 69,7

= 100 × 300 cm3 = 209,1 cm3 = 209,1 ml e.

Menghitung volume katalis: Volume katalis (Vk ) = 0,3% × Vkomp 0,3

= 100 × 300cm3 = 0,9 cm3 = 0,9 ml

3.2.4 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Serat Pada proses pembuatan benda uji dibutuhkan 5 benda uji dari setiap variasi yaitu komposit tanpa serat, arah serat sejajar (continuous roving), anyam (woven roving), silang, sehingga benda uji sebanyak 20 buah. Proses yang digunakan dalam pembuatan benda uji komposit adalah proses hand lay-up dengan menggunakan standar ukuran ASTM D3039 terkecuali pada tebalnya. Berikut adalah langkah-langkah pembuatan benda uji komposit: 1.

Siapkan serat kelapa yang sudah bersih dari kotoran, lalu timbang NaOH kristal seberat 25 gr, lalu dilarutkan dengan 500 ml air bersih.

2.

Rendam serat kelapa kedalam larutan NaOH 5% tersebut selama 2 jam.

3.

Bersihkan serat dari larutan NaOH dengan air bersih yang mengalir.

36


4.

Rapikan serat dengan menggunakan sisir, dan rapikan serat dengan posisi lurus dan taruh pada nampan, kemudian keringkan pada suhu ruangan yang berkisar antara 27° C.

5.

Setelah serat kering, potong serat kelapa sepanjang lebar cetakan yaitu 20 cm. Timbang serat seberat 129,6 gr. Rapikan serat pada cetakan yang akan di cetak.

6.

Cetakan dibersihkan dari debu, lalu lapisi cetakan dengan hand body agar hasil benda uji tidak merekat pada cetakan.

7.

Campurkan kedalam gelas ukur dengan perbandingan resin 209,1 ml (69,7%) dan 0,9 ml katalis (0,3%) kemudian aduk secara perlahan sampai rata.

8.

Campuran resin dan katalis dituang ke dalam cetakan. Penuangan tersebut dibagi dalam beberapa tahap tergantung lapisan yang akan dibuat.

9.

Serat lapisan pertama diletakkan di atas campuran resin dan katalis yang sudah dituang.

10. Serat lalu ditekan menggunakan spatula agar campuran resin dan katalis masuk melalui sela-sela serat dan udara yang tersimpan di dalam diantara serat dan resin dapat keluar. 11. Kemudian langkah 8 sampai 10 diulang sampai 2 kali pelapisan serat. 12. Komposit ditunggu hingga benar-benar kering pada suhu ruangan. 13. Setelah komposit kering, lalu komposit dipotong, dan dibentuk sesuai standar yang sudah ditentukan. 14. Komposit siap di uji tarik.

37


3.2.5 Standar Uji dan Ukuran Benda Uji Ukuran yang digunakan pada benda uji kecuali tebal, tersaji dalam Gambar 3.9 sebagai berikut:

Gambar 3.9 Standar Uji

3.1

Cara Penelitian Komposit yang sudah jadi, selanjutnya akan diuji menggunakan metode

pengujian tarik. Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dari komposit. Adapun langkah-langkah yang harus diperhatikan untuk pengujian tarik dari benda uji komposit adalah sebagai berikut: 1. Benda uji yang sudah dipotong, dipersiapkan. 2. Kertas milimeter blok diletakkan pada printer. 3. Mesin kemudian dinyalakan, lalu benda uji dipasang pada grip. 4. Grip dikencangkan, dan jangan terlalu keras agar tidak merusak benda uji. 5. Pemasangan extensometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur menjadi nol. 6. Nilai beban diatur juga menjadi nol. 7. Kecepatan uji diatur, area start ditekan sebanyak 2 kali kemudian tombol down ditekan. 8. Setelah data dari pengujian tarik didapatkan, proses pengujian tarik diulang untuk benda uji komposit selanjutnya hingga selesai.

38


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1

Hasil Pengujian Setelah spesimen benda uji di uji tarik, dilakukan pengolahan data dan

perhitungan. Hasil data dan perhitungan dapat berupa tabel dan grafik.

4.2

Hasil Pengujian Benda Uji Matrik Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan sifat-sifat mekanik yaitu

kekuatan tarik dan regangan. Sebelum pengujian dilakukan ukur tebal dan lebar terlebih dahulu. Langkah-langkah pengujian dan perhitungan sebagai berikut: A = Luas penampang matrik = Lebar x Tebal = 12,6 x 4.13 = 52,038 mm2 Kekuatan tarik =

𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝐴

=

155,3 52,038

= 2,984 kg/mm2 = 29,24 MPa

Dari pertambahan panjang yang sudah diperoleh, regangan dapat dicari sebagai berikut: ∆L = pertambahan panjang = 1,43 mm L0 = panjang mula-mula = 70mm Regangan =

1,43 70

x 100% = 2,04%

Data hasil spesimen benda uji matrik (tanpa serat), komposit dengan variasi arah serat sejajar (continuous roving), serat anyam (woven roving), serat silang disajikan dalam Tabel 4.1 – 4.17.

39


Tabel 4.1 Dimensi benda uji serat tanpa perlakuan alkalisasi Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12

3

36

70

2

12

3

36

70

Tabel 4.2 Kekuatan tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi A Spesimen

Beban

Kekuatan

Kekuatan

Tarik

Tarik

(kg)

(kg/mm2)

(Mpa)

(mm2) Maksimal

1

36

43,6

1,21

11,88

2

36

39,3

1,09

10,71

Tabel 4.3 Regangan serat tanpa perlakuan alkalisasi Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

1

31,25

70

44,64

2

31,7

70

45,29

Tabel 4.4 Dimensi benda uji serat dengan perlakuan alkalisasi Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12

3

36

70

2

12

3

36

70

40


Tabel 4.5 Kekuatan tarik serat dengan perlakuan alkalisasi Beban

Kekuatan

Kekuatan

A

Maksimal

Tarik

Tarik

(mm2)

(kg)

(kg/mm2)

(Mpa)

1

36

56,7

1,58

15,45

2

36

46,1

1,28

12,56

Spesimen

Tabel 4.6 Regangan serat dengan perlakuan alkalisasi Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

1

25,05

70

35,79

2

17,9

70

25,57

Tabel 4.7 Dimensi benda uji matrik Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12,5

4

50

70

2

12,5

4,2

52,5

70

3

13

4,2

54,6

70

Tabel 4.8 Kekuatan tarik matrik A

Beban

Kekuatan

Kekuatan

Tarik

Tarik

(kg)

(kg/mm2)

(MPa)

Spesimen (mm2) Maksimal

1

50

135,2

2,7

26,49

2

52,5

151,9

2,87

28,18

3

54,6

178,9

3,27

32,04

41


Tabel 4.9 Regangan matrik Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

1

1,5

70

2,14

2

1,35

70

1,92

3

1,45

70

2,07

Tabel 4.10 Dimensi benda uji komposit serat sejajar Spesimen Lebar Tebal A Lo (mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

13,8

5,25

72,45

70

2

13,8

5,25

72,45

70

3

12,75

5,25

66,93

70

Tabel 4.11 Kekuatan tarik komposit serat sejajar Beban

Kekuatan

Kekuatan

A

Maksimal

Tarik

Tarik

(mm2)

(kg)

(kg/mm2)

(MPa)

1

72,45

149,1

2,05

20,16

2

72,45

144,5

1,99

19,54

3

66,93

162,6

2,42

23,81

Spesimen

Tabel 4.12 Regangan pada komposit serat sejajar Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

1

1,95

70

2,78

2

1,24

70

1,77

3

1,15

70

1,64

42


Tabel 4.13 Dimensi benda uji komposit serat anyam Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12,2

5,05

61,61

70

2

13,5

5,05

68,17

70

3

12,35

5,1

62,98

70

Tabel 4.14 Kekuatan tarik komposit serat anyam A

Beban

Kekuatan

Kekuatan

Tarik

Tarik

(kg)

(kg/mm2)

(MPa)


1

61,61

90,5

1,47

14,39

2

68,17

57,1

0,84

8,21

3

62,98

173

2,74

26,91

Tabel 4.15 Regangan pada komposit serat anyam Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

1

0,95

70

1,35

2

1,25

70

1,78

3

1,35

70

1,92

Tabel 4.16 Dimensi komposit serat silang Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12,4

6

74,4

70

2

12,4

6

74,4

70

3

11,5

6

69

70

43


Tabel 4.17 Kekuatan tarik komposit serat silang A

Beban

Kekuatan

Kekuatan

Tarik

Tarik

(kg)

(kg/mm2)

(MPa)


1

74,4

141,6

1,91

18,65

2

74,4

136,2

1,83

17,94

3

69

133

1,92

18,88

Tabel 4.18 Regangan pada komposit serat silang Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

1

0,95

70

1,35

2

0,85

70

1,21

3

0,75

70

1,07

Dari hasil pengujian tarik berbagai variasi didapatkan diagram kekuatan tarik dan regangan, dapat dilihat pada Gambar 4.1 - 4.8.

35

Kekuatan Tarik (MPa)

30

32,04 28,18

26,49

25 20 15 10

5 0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.1 Diagram kekuatan tarik matrik

44


2,2 2,15

2,14

Regangan (%)

2,1

2,07

2,05 2 1,95

1,92

1,9

1,85 1,8 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.2 Diagram regangan matrik

30 23,81


25 20,16

19,54

1

2

20 15 10 5 0

3

Spesimen

Gambar 4.3 Diagram kekuatan tarik komposit serat sejajar

45


3

2,78

Regangan (%)

2,5 2

1,77

1,64

1,5 1 0,5 0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.4 Diagram regangan komposit serat sejajar

30

26,91


25 20 15

14,39

10

8,21

5 0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.5 Diagram kekuatan tarik komposit serat anyam

46


2,5

Regangan (%)

2

1,78

1,5

1,92

1,35

1

0,5

0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.6 Diagram regangan komposit serat anyam

19


18,8

18,88 18,65

18,6 18,4 18,2 17,94

18 17,8 17,6 17,4 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.7 Diagram kekuatan tarik komposit serat silang

47


1,6 1,35

1,4

1,21 1,2

1,07

Regangan (%)

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.8 Diagram regangan komposit serat silang

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dengan ketebalan spesimen yang berbeda, didapatkan hasil kekuatan tarik yang paling tinggi ada pada komposit matrik yaitu sebesar 28,9 MPa. Dari masing-masing lapisan serat komposit diambil nilai rata-rata dari kekuatan tarik dan regangan. Nilai rata-rata yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.18 dan diargam rerata kekuatan tarik dan regangan komposit pada Gambar 4.9 – 4.10 Tabel 4.19 Rerata kekuatan tarik dan regangan. Kekuatan Tarik Regangan Rata-rata Variasi Serat

Rata-rata (MPa)

(%)

SK. Tanpa alkalisasi

11,3

44,97

SK. Dengan alkalisasi

14,01

30,68

Matrik

28,9

2,04

KS. Sejajar

21,17

2,06

KS. Anyam

16,5

1,68

KS. Silang

18,49

1,21

SK: Serabut Kelapa KS: Komposit Serat

48


Diagram Kekuatan Tarik Rata-rata (Mpa) Kekuatan Tarik (MPa)

35

28,9

30 25

21,17

20

15

18,49

16,5

14,01 11,3

10 5 0 SK. Tanpa Alkali

SK. Dengan Alkali

Matrik

KS. Sejajar

KS. Anyam

KS. Silang

SK = (Serabut Kelapa) KS = (Komposit Serat)

Gambar 4.9 Diagram rerata kekuatan tarik (Mpa)

Regangan (%)

Diagram Regangan Rata-rata (%) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

44,97

30,68

SK. Tanpa Alkali

SK. Dengan Alkali

2,04

2,06

1,68

1,21

Matrik

KS. Sejajar

KS. Anyam

KS. Silang

SK = (Serabut Kelapa) KS = (Komposit Serat)

Gambar 4.10 Diagram rerata regangan (%)

4.3

Pembahasan Untuk pembuatan komposit perbandingan yang dipakai yaitu 69,7% resin,

0,3% katalis, dan 30% serat. Pada pembuatan komposit ini pembagian resin pada tiap lapisan berbeda tetapi jumlah resin yang dibutuhkan untuk sekali mencetak dengan cetakan berukuran 30 x 20 x 0,5 cm tersebut sama yaitu 209,1 ml. Untuk

49


sekali mencetak dibutuhkan 129,6 gr serat sabut kelapa, setiap satu lapisan membutuhkan 64,8 gr serat. Cara pembuatan komposit yang hanya 2 lapis ini, tuangkan terlebih dahulu 100 ml matrik taruh serat pada cetakan lalu rapikan dengan menggunakan spatula lakukan kembali hal yang sama sekali lagi, setelah 2 lapis tutup kembali lapisan yang ke dua dengan resin, kemudian tekan dengan menggunakan kaca, lalu taruh beban di atas cetakan kaca agar sesuai dengan ketebalan benda uji. Pengujian matrik yang telah dilakukan menunjukkan bahwa, matrik (komposit tanpa serat) yang diuji memiliki nilai tarik rata-rata tertinggi dari semua variasi yaitu sebesar 29,9 MPa dan regangan sebesar 2,04%. Sedangkan komposit dengan arah serat sejajar tidak jauh beda yang hanya memiliki nilai tarik rata-rata 21,17 MPa dan regangannya sebesar 2,06%. Penambahan serat 30% dari cetakan kaca dengan arah serat sejajar ini tidak berpengaruh pada nilai kekuatan tariknya, melainkan meningkatkan nilai regangannya, penambahan serat sisa buah kelapa ini dapat juga meminimalisir penggunaan resin yang di pasaran harga resin cukup mahal. Dari sisi lain, penggunaan arah serat yang sejajar inilah yang terkuat dibandingkan dengan serat anyam dan acak. Hal ini disebabkan pembebanan pada matrik tersalurkan secara vertikal dan merata pada serat. Serat acak yang memiliki nilai tarik rata-rata 18,49 MPa dan regangan rata-rata 1,21% yang menyebabkan serat acak ini patah adalah beban dari matrik di salurkan pada serat yang tidak beraturan, menyebabkan matrik tersebut sobek dan patah terlebih dalu tidak disertai patahnya serat, patahan pada serat acak ini berbeda dengan yang lain karena serat acak tidak patah pada saat yang bersamaan ketika matrik diberi beban patahan pada serat acak tersebut masih menggantung pada bekas patahan. Serat anyam memiliki nilai tarik rata-rata terendah yaitu 16,5 MPa dan regangan rata-rata 1,68% hal ini disebabkan karena pembebanan pada matrik tersalurkan secara tidak sempurna, separuh pembebanan disalurkan secara vertikal dan terputus karena terdapat serat yang melintang pada sumbu horizontal hal ini menyebabkan patahnya benda uji. Rata-rata jenis patahan pada pengujian ini adalah patah getas.

50


Patahan pada komposit juga tak lepas dari timbulnya void dan permukaan bekas mesin milling dalam pembuatan radius komposit. Void atau yang dinamakan gelembung udara yang terjebak pada saat pencetakan komposit. Void inilah yang membuka celah untuk mematahkan komposit. Dalam pembuatan radius juga dapat mempengaruhi karena bekas mata bor yang tidak rata akan menimbulkan celah yang dapat berakibat patahnya benda uji. Berikut gambar patahan komposit dari masing masing variasi disajikan dalam Gambar 4.11 - 4.14.

Gambar 4.11 Patahan pada matrik

Gambar 4.12 Patahan pada komposit serat sejajar

51


Gambar 4.13 Patahan pada komposit serat silang

Gambar 4.14 Patahan pada komposit serat anyam

52


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan penulis dapat diambil kesimpulan:

1.

Kekuatan tarik rata-rata matrik adalah 28,9 MPa dan regangan 2,04%. Sedangkan yang menggunakan serat sejajar memiliki kuat tarik 21,17 MPa dan regangan 2,06% yang hampir sama dengan matrik. Nilai kuat tarik dan regangan pada serat acak 18,49 MPa, regangannya 1,21%. Komposit dengan variasi arah serat anyam memiliki nilai rata-rata terendah yaitu hanya 16,5 MPa dan regangannya 1,21%.

2.

Penambahan 30% serat kelapa dari cetakan dengan arah serat sejajar menyebabkan kekuatan matrik berkurang 26,74% menjadi 21,17 Mpa.

3.

Kerusakan yang terjadi pada komposit setelah dilakukan uji tarik merupakan patah getas. Patahan pada serat acak berbeda dengan variasi arah serat sejajar dan anyam karena serat acak menggantung pada bekas patahan.

5.2

Saran Dalam penelitian yang sudah dilakukan masih terdapat kesalahan dan

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

Pada proses pembuatan benda uji adalah dengan cara hand lay-out ntuk mendapatkan ketebalan yang seragam sebaiknya pembuatan benda uji dilakukan sangat teliti dan memperhatikan tempat untuk meletakkan cetakan. Tempat yang aman untuk meletakkan cetakan adalah harus di permukaan yang rata, jika tidak maka dalam penuangan resin dan penge-press an hasinya tidak akan merata.

2.

Dalam pembuatan komposit dengan metode hand-lay out ini tidak luput dengan adanya void dan crack pada saat pembuatan radius dengan mesin

53


milling, oleh sebab itu waktu pembuatan radius dengan menggunakan mesin miling diperlukan ekstra hati-hati agar benda uji tidak patah. 3.

Dalam pengujian tarik agar diperoleh data yang akurat dan tidak terjadi patah di luar panjang ukur, maka kharus diperhatikan komposit yang akan di jepit di griper harus rata. Hal tersebut penting agar benda uji benar-benar tegak lurus dan tidak meleset. Jika griper menjepit tidak sempurna atau miring data yang didapat tidak akurat.

4.

Dalam penelitian ini hanya menggunakan uji tarik, untuk penliti selanjutnya bisa juga diteruskan dengan uji bending atau uji impak, khususnya pada serat acak untuk mengetahui karateristik kekuatannya yang lebih mendetail.

54


DAFTAR PUSTAKA _____________, 1980, The Encyclopedia of wood pp 68-75, Sterling Publishing Co. _____________, 2004, Pola Pembiayaan Industri Serat Sabut Kelapa, Bank Indonesia, www.bi.go.id/Sipuk/lm/ind/serat_kelapa. Adiyono, Aloysius Lilik (1996). Pengaruh Suhu Curing Terhadap Komposit Polimer. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma. Yogyakarta. Askar, (24 Juli 2010). Si ajaib komposit. diambil pada tanggal 26 Mei 2016, dari https://alfarisy89.wordpress.com/tag/serat/ Astika, I Made., I Putu Lokantara., I Made Gatot Karohika., at al. (2013). Karateristik sifat tarik dan mode patahan komposit polimer dengan penguat serat sabut kelapa, 535-541. ASTM D 3039 (1990). Standard Test Method for Tensile Properties of Fibre Resin Composite. ASTM Standard and Literature References for Composite Material, 2ed., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA. Bismarck, 2002, Inlfuence of alkali treatment on surface properties of fibers, Mc Graw hill, New York. Chawla, K. K. (1987). Composite Materials, First Ed. Berlin. New York: SpingerVerlagInc. Ellyawan S., Arbintarso., Hary Wibowo, (2008), “Modulus Elastisitas dan Modulus Pecah Papan Partikel Sekam Padi”, Technoscientia, Badan Pengkajian dan Penerapan Sains dan Teknologi, Yogyakarta Gibson, R. F. 1994 Principles of Composite Material Mehanics. Singapore: Mc Graw Hill, Inc. Jacobs, Kilduff, T. F., Engineering Materials Technology Structure, Processing Properties and Selection, Prentice Hall International. Inc. Jones, Robert M, Mechanics of Composite Material. Mc Graw Hill, New York. 1975. Kismono Hadi, Bambang, Mekanika Struktur Komposit, November 2000. Malau, V., Diktat Mata Kuliah Komposit. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta. Maryanti Budha., A. As’ad Sonief., Slamet Wahyudi. (2011). Pengaruh alkalisasi komposit serat kelapa-poliester terhadap kekuatan tarik, 123-129. Nugroho, Yosep Dwi. (2016). Karateristik Komposit Serat Glass dengan Variasi Jumlah Lapisan. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma. Yogyakarta. Schwart, M.M. Composite Materials, Processing, Facbrication and Aplications. New Jersey: Pretince Hall PTR Shackelford, J. F., Introduction to Materials Science For Engineers, Prentice Hall International, Inc. Surdia, Tata., & Shiroku Saito. (2005). Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. Tamaela, Vinna Marcelia. (2016). Karateristik curing 80°C dan 100°C komposit serat e-glass. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma. Yogyakarta. 55


Yoga, Yuda Pratama., R. Hari Setyanto., & Ilham Priadythama. (2014). Pengaruh perlakuan alkali, fraksi volume serat, dan panjang serat terhadap kekuatan tarik komposit serat sabut kelapa – polyester, 8-9, 11-14. Zainal, M. Dan F. Yulius. (2005). Prospek Pengolahan Hasil Samping Buah Kelapa. Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan Indonesian Center for Estate Crops and Development. Bogor.

56


LAMPIRAN

Hasil uji tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi

57


Hasil uji tarik serat dengan perlakuan alkalisasi

58


Hasil uji tarik matik

Hasil uji tarik komposit arah serat sejajar

59


Hasil uji tarik komposit arah serat anyam

Hasil uji tarik komposit arah serat silang

60

KARATERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT KELAPA DENGAN VARIASI ARAH SERAT

Recommend Documents