KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT AREN

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT AREN SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : GAGAS IKHSAN PUTRADI NIM. I0405028

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011 commit to user i


digilib.uns.ac.id

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT AREN Gagas Ikhsan Putrady Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta

abstrak Komposit sandwich adalah jenis komposit yang mempunyai kekuatan cukup tinggi apabila digunakan sebagai struktur sekunder maupun primer. Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh tebal skin dan tebal core terhadap kekuatan impak komposit sandwich berpenguat serat aren dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut. Bahan penelitian ini adalah serat aren, unsaturated polyester resin 157 BQTN-EX, serbuk gergaji kayu sengon laut dan urea formaldehida. Serat aren dikenakan perlakuan alkali dengan cara direndam di dalam larutan NaOH 5 % selama ±4 jam. Spesimen ini dibuat dengan metode cetak tekan dengan variasi tebal skin (2, 3, 4, dan 5 mm) dan variasi tebal core (5, 10, 15, dan 20 mm). Pengujian impak komposit sandwich ini mengacu standar ASTM D-5942 dengan menggunakan alat uji impak charpy. Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan impak komposit sandwich serat aren core serbuk gergaji kayu sengon laut dengan tebal skin 2, 3, 4, dan 5 mm adalah 0,0179 J/mm2, 0,0198 J/mm2, 0,252 J/mm2, dan 0,022 J/mm2. Semakin tebal core, energi serapnya akan semakin meningkat. Tetapi kekuatan impak yang tertinggi terdapat pada komposit sandwich tebal core 10 mm dengan nilai 0,015 J/mm2. penampang patahan komposit sandwich mengindikasikan beberapa jenis kegagalan yaitu core gagal geser, core remuk, dan patah getas. Kata kunci : komposit sandwich, kekuatan impak, core, skin, serat aren, sengon laut.

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

IMPACT TOUGHNESS OF SANDWICH COMPOSITE WITH PALM FIBER AS REINFORCEMENT Gagas Ikhsan Putrady Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty of Sebelas Maret University

abstract Sandwich composite is a type of composites which has high enough strength when is used as secondary or primary structure. The study is aimed to investigate the effect of skin and core thickness versus the impact strength of sandwich composite with palm fibers and wood sawdust of sengon laut as reinforcement and core, respectively. The materials used in this work are sugar palm fiber; unsaturated polyester resin 157 BQTN-EX; wood sawdust of sengon laut and urea formaldehyde. Sugar palm fiber with alkali treatment is imposed by soaking in NaOH 5% solution for ± 4 hours. The specimen was prepared by press methode with a variations of skin thickness (2, 3, 4 and 5 mm) and variations of core thickness (5, 10, 15 and 20 mm). The impact test procedures of composite sandwich refer ASTM D-5942 standard using Charpy impact test equipment. The result shows that the value of impact strength of palm fiber composite sandwich with wood sawdust of sengon laut as core with skin thickness 2, 3, 4 and 5 mm are 0.0179, 0.0198, 0.252, and 0.022 J/mm2 respectively. Along with the addition of core thickness, the absorbed energy will be increased. But in this research, the highest impact strength values contained in the composite sandwich with a core thickness 10 mm with the value is 0.015 J/mm2. The sectional fracture of composite sandwich indicates some types of failure which are core shear failure, core crushing, and brittle fracture. Key words : sandwich composite, impact toughness, core, skin, arenga pinnata fiber, sengon laut

commit to user v


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat, hidayah dan bimbingan-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “kekuatan impak komposit sandwich berpenguat serat aren”. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyampaikan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada : Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S, T., M, T. selaku pembimbing I dan Bapak Heru Sukanto, ST., MT. selaku pembimbing II yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan dalam penelitian dan penulisan skripsi ini. Teman-teman Teknik Mesin FT UNS: Bayu, Ridwan, Ni’man, Kunto, Santa, Agus, Hery, Heri , Irul, Amin, Dipo, Ahmad, Nopi, Didik, Fandy, Gombret, Anton, Satyawan yang sangat banyak membantu penulis dalam tahap penyelesaian laporan skripsi ini. Penulis menyadari, bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas dan dengan ucapan terima kasih. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat digunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 26 Juli 2011

Gagas Ikhsan Putrady commit to user vi


digilib.uns.ac.id

MOTTO “Kami mendapatkan sebaik-baik kehidupan kami di dalam sabar.” (Umar ibn al-Khaththab)

PERSEMBAHAN Dengan segala kerendahan hati, segenap cinta dan kasih sayang, penulis persembahkan skripsi ini untuk : ALLAH SWT atas segala nikmat dan hidayah yang telah dikaruniakan, ampunilah aku atas minimnya syukurku kepada MU. Rasulullah Muhammad saw, mudah-mudahan ALLAH memperkenankanku tuk menemuimu di surgaNYA kelak. Ibundaku Sri Setyowati, Ayahanda Gunawan Putradi dan adikku Raras Phusty Kesuma yang telah senantiasa memberikan do’a, semangat dan dukungan baik moral, spiritual dan material tanpa henti. Kekasihku Rosita Prabansari Mahalayasakti yang selalu mendukung dan sabar atas semua yang kami lewati. Teman-Teman yang telah memberikan kenyamanan dan ketenangan sehingga menjadi rumah kedua yang tak terlupakan. Generasi penerus bangsa yang akan menggunakan skripsi ini sebagai referensi.

commit to user vii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................

ii

SURAT PENUGASAN TUGAS AKHIR .....................................................

iii

ABSTRAK .....................................................................................................

iv

ABSTRACT ................................................................................................... ..

v

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

vi

MOTTO DAN PERSEMBAHAN .................................................................

vii

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

viii

DAFTAR TABEL ...........................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................

xii

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................

xiv

BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................

1

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

1

1.1.1 Prospek Aplikasi Komposit Serat Alam ..............................

1

1.1.2 Ketersediaan Serat Aren.......................................................

2

1.1.3 Ketersediaan Serbuk Gergaji Kayu Sengon Laut ................

3

1.1.4 Ketersediaan Urea Formaldehide dan Polyester ..................

3

1.1.5 Pentingnya Pengujian Impak ...............................................

4

1.2. Perumusan Masalah .....................................................................

4

1.3. Batasan Masalah ..........................................................................

5

1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ....................................................

5

1.5. Sistematika Penulisan .................................................................

5

BAB II. DASAR TEORI ................................................................................

7

2.1. Tinjauan Pustaka .........................................................................

7

2.2. Dasar Teori ..................................................................................

9

2.2.1. Kajian Teori Komposit ......................................................

9

A. Sandwich........................................ ............................... commit to user viii

12


digilib.uns.ac.id

B. Serat Aren .....................................................................

13

C. Resin Unsaturated Polyester .......................................

16

D. Katalis Metyl Etyl Keton Peroksida ..............................

16

E. Resin Urea formaldehid ................................................

18

F. Pengeringan Serat........................................ .................

18

G. Fraksi Volume Komposit ..............................................

20

H. Proses Pembuatan Komposit.........................................

21

2.2.2. Kajian Teori Pengujian impak ...........................................

22

2.2.3. Analisis Perhitungan Pengujian impak ...............................

23

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

24

3.1. Alat Penelitian ............................................................................

24

3.2. Bahan Penelitian .........................................................................

26

3.3. Pelaksanaan Penelitian ...............................................................

27

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan .................................................

27

3.3.2. Pengolahan Bahan Dasar ..................................................

27

3.3.3. Teknik Pembuatan Komposit ...........................................

29

A. Teknik Manufaktur Core.................................................

29

B. Teknik Manufaktur Komposit Sandwich ........................

31

3.3.4. Proses Postcure spesimen .................................................

33

3.3.5. Variasi Penelitian ..............................................................

33

3.3.6. Pengujian Impak Charpy ...................................................

34

3.3.7. Diagram Alir Penelitian.....................................................

35

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

36

4.1. Kekuatan Impak Komposit Sandwich .........................................

36

4.1.1 Pengaruh Tebal Skin Terhadap Ketangguhan Impak ...........

36

4.1.2 Pengaruh Tebal Core Terhadap Ketangguhan Impak ..........

38

4.2. Pengamatan Patahan Impak Secara Makro ..................................

41

4.2.1 Komposit Sandwich Tebal Skin 2 mm .................................

41


41

4.2.3 Komposit Sandwich Tebal commit to Skin user 4 mm ................................. ix

42


digilib.uns.ac.id


42

4.2.5 Komposit Sandwich Tebal Core 5 mm ................................

42

4.2.6 Komposit Sandwich Tebal Core 10 mm ..............................

43


43


43

BAB V. PENUTUP.........................................................................................

45

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

45

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

45

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

46

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

48

commit to user x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat Mekanik dan Fisik Serat Aren dan Beberapa Serat Lainnya

15

Tabel 2.2. Spesifikasi Resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 (Justus Kimia Raya, 1996) ...........................................................

17

Tabel 3.1. Bahan Yang Digunakan Dalam Penelitian ...................................

26

Tabel 4.1. Nilai Energi Serap Komposit Sandwich dengan Tebal Core 10 mm dan Vf skin 30% Variasi Tebal Skin .................................

38

Tabel 4.2. Nilai Kekuatan Impak Komposit Sandwich dengan Tebal Core 10 mm dan Vf skin 30% Variasi Tebal Skin .................................

38

Tabel 4.3. Nilai Energi Serap Komposit Sandwich dengan Tebal Skin 2 mm Variasi Tebal Core ................................................................

40

Tabel 4.4. Nilai Kekuatan Impak Komposit Sandwich dengan Tebal Skin 2 mm Variasi Tebal Core .....................................................

commit to user xi

41


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1.

Limbah Pabrik Aren, Limbah Cair dan Limbah Padat ...........

2

Gambar 2.1.

Komposit Partikel (Courney, 1983) .......................................

10

Gambar 2.2.

Komposit Serat (Courney, 1983)............................................

11

Gambar 2.3.

Komposit Struktur (Courney, 1983) .......................................

11

Gambar 2.4.

Pembagian Komposit Menurut Penguatnya (Courney, 1983)

11

Gambar 2.5.

Komposit Sandwich (www.diabgroub.com) ..........................

12

Gambar 2.6.

Pohon Aren .............................................................................

14

Gambar 2.7.

Struktur Mikro Komposit dengan Peletakan Serat Teratur dan Homogen (Gibson, 1994) ................................................

21

Gambar 2.8.

Proses Hand Lay Up (Gibson, 1994) .....................................

21

Gambar 2.9.

Skema Pengujian Impak Charpy (ASTM D 5942-96) ...........

22

Gambar 2.10. Mekanisme Pengujian Impak Charpy (Flat wise impact)......

22

Gambar 3.1.

Alat Uji Impak Charpy dan Moisture Analyzer .....................

24

Gambar 3.2.

Peralatan yang Digunakan Dalam Pembuatan Komposit Sandwich ................................................................................

25

Gambar 3.3.

Bahan-Bahan Penyusun Komposit Sandwich ........................

27

Gambar 3.4.

Proses Pengujian Kadar Air, Pengovenan Serat dan Pengujian Kadar Air dengan Moisture Analyzer ....................

28

Gambar 3.5.

Dimensi Komposit Sandwich .................................................

29

Gambar 3.6.

Diagram Alir Pembuatan Core Limbah SG KSL ...................

29

Gambar 3.7.

Komposit Sandwich dengan Variasi Ketebalan Skin .............

30

Gambar 3.8.

Komposit Sandwich dengan Variasi Ketebalan Core ............

30

Gambar 3.9.

Skema Pengepresan Komposit Sandwich...............................

31

Gambar 3.10. Proses Manufaktur Komposit Sandwich. ...............................

32

Gambar 3.11. Spesimen Uji Impak Charpy ...................................................

33

Gambar 3.12. Alat Uji Impak Charpy di Laboratorium Material UNS ........

34

Gambar 3.13. Diagram Alir Penelitian .........................................................

35

Gambar 4.1.

Kurva Hubungan Antara Energi Serap dengan Variasi Tebal Skin ............................................................................... commit to user xii

37


Gambar 4.2.

digilib.uns.ac.id

Kurva Hubungan Antara Ketangguhan Impak dengan Variasi Tebal Skin ..................................................................

Gambar 4.3.

Kurva Hubungan Antara Energi Serap dengan Variasi Tebal Core ..............................................................................

Gambar 4.4.

37

40

Kurva Hubungan Antara Ketangguhan Impak dengan Variasi Tebal Core ................................................................

40

Gambar 4.5.

Kegagalan Pada Komposit Sandwich Tebal Skin 2 mm ........

41

Gambar 4.6.


41

Gambar 4.7.


42

Gambar 4.8.


42

Gambar 4.9.

Kegagalan Pada Komposit Sandwich Tebal Core 5 mm .......

42

Gambar 4.10. Kegagalan Pada Komposit Sandwich Tebal Core 10 mm ......

43

Gambar 4.11. Kegagalan Pada Komposit Sandwich Tebal Core 15 mm ......

43

Gambar 4.12 Kegagalan Pada Komposit Sandwich Tebal Core 20 mm ......

43

commit to user xiii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data Perhitungan Energi Serap Dan Kekuatan Impak Komposit Sandwich Variasi Tebal Skin ...................................

48

Lampiran 2. Data Perhitungan Energi Serap dan Kekuatan Impak Komposit Sandwich Variasi Tebal Core ..................................

49

Lampiran 3. Data Perhitungan Densitas Komposit Sandwich Variasi Tebal Skin .................................................................................

50

Lampiran 4. Data Perhitungan Densitas Komposit Sandwich Variasi Tebal Core ................................................................................

51

Lampiran 5. Perhitungan Perlakuan Alkali Serat Aren...................................

52

Lampiran 6. Perhitungan Kebutuhan Manufaktur Core .................................

53

Lampiran 7. Perhitungan Kebutuhan Manufaktur Komposit Sandwich .........

56

commit to user xiv


digilib.uns.ac.id BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1.1.1 Prospek Aplikasi Komposit Serat Alam Perkembangan teknologi komposit saat ini sudah mulai mengalami pergeseran dari bahan komposit berpenguat serat sintetis menjadi bahan komposit berpenguat serat alam. Inovasi pengembangan serat alam untuk aplikasi di bidang otomotif tidak hanya terbatas pada komponen interior tetapi juga pada bagian eksterior kendaraan (Peijs, 2002 dan McNaught, 2000). Sebagai contoh PT Toyota di Jepang sudah menggunakan serat kenaf untuk pembuatan panel interior, sedangkan Daimler-Bens di Jerman telah mengembangkan komposit serat alam flax sebagai komponen eksterior. Pergeseran trend teknologi ini dilandasi oleh sifat komposit serat alam yang lebih ramah lingkungan. Komposit ini juga memiliki rasio kekuatan terhadap density yang tinggi sehingga komponen yang dihasilkan lebih ringan. Para industriawan menggunakan

komposit

tersebut

sebagai

produk

unggulan

sesuai

dengan

keistimewaannya. Hal ini didukung oleh beberapa keunggulan yang dimiliki oleh serat alam, di antaranya adalah massa jenisnya yang rendah, terbaharukan, produksi memerlukan energi yang rendah, proses lebih ramah lingkungan, serta mempunyai sifat insulasi panas dan akustik yang baik (Jamasri, 2009). Penggunaan kembali serat alam dipicu oleh adanya regulasi tentang persyaratan habis pakai produk komponen otomotif bagi negara-negara Uni Eropa dan sebagian Asia. Bahkan sejak tahun 2006, negara-negara Uni Eropa telah mendaur ulang 85% komponen otomotif dan ditargetkan akan meningkat menjadi 95% pada tahun 2015. Di Asia khususnya Jepang, sekitar 88% komponen otomotif telah di daur ulang pada tahun 2005 dan akan meningkat pada tahun 2015 menjadi 95% (Jamasri, 2008). Meski begitu, sampai saat ini komposit serat alam belum banyak digunakan di berbagai industri di Indonesia. PT INKA Madiun adalah salah satu industri yang telah mengaplikasikan komposit serat alam sebagai prototipe pintu gerbong kereta api. Substitusi

panel

baja

dengan

panel

komposit

(www.suaramerdeka.com/cybernews). commit to user

1

itu

mencapai

60

persen

2 digilib.uns.ac.id

perpustakaan.uns.ac.id 1.1.2 Ketersediaan Serat Aren

Kawasan Industri Mie Suun di Dusun Bendo, Klaten, Jawa Tengah berpeluang sebagai pemasok limbah serat aren yang cukup menjanjikan. Luas Dukuh Bendo 2

mencapai 61.190 m , dengan jumlah penduduk 1.164 jiwa. Mata pencaharian utama penduduknya adalah sebagai pekerja di industri aren, dengan jumlah UKM sebanyak 35 buah. Dari kegiatan industri tersebut dihasilkan limbah serat aren dalam jumlah besar (Firdayati dan Handajani, 2005).

(a)

(b)

Gambar 1. Limbah pabrik aren (a) limbah cair, (b) timbunan ampas aren di bantaran sungai Saat ini, industri tepung aren menghasilkan limbah cair dan limbah padat (gambar 1). Limbah cair berasal dari proses pemarutan/pelepasan pati dari serat dan pengendapan tepung aren. Limbah padat yang berupa serbuk serat aren semula dimanfaatkan oleh industri budidaya jamur di kota Yogyakarta. Namun pada dua tahun terakhir, industri tersebut tidak beroperasi lagi, akibatnya timbunan limbah padat memenuhi bantaran sungai dan daerah sekitar sawah (Firdayati dan Handajani, 2005). Hasil survey oleh Diharjo (2006) menunjukkan bahwa kebutuhan bahan baku batang aren per hari sekitar 150 ton. Dari kegiatan proses produksi tepung aren dihasilkan tepung (pati), limbah padat (ampas dan kulit kayu) dan limbah cair. Produk buangan limbah ampas tepung aren tersebut mencapai 50 ton per hari dan limbah kulit aren mencapai 20 ton per hari. Limbah ampas yang mengandung serat kasar sekitar commit to user limbah ampas tepung aren yang 50% dari limbah ampas (25 ton per hari). Eksistensi mengandung serat ini sangat potensial untuk digunakan sebagai penguat panel


3 digilib.uns.ac.id

komposit, seperti serat alam yang lain (kenaf, rami, rosella, abaca dll). Solusi kreatif pemanfaatan limbah serat aren menjadi produk teknologi dengan nilai ekonomi tinggi merupakan langkah yang tepat untuk menjawab permasalahan ini.

1.1.3 Ketersediaan Serbuk Gergaji Kayu Sengon Laut Pemanfaatan limbah kayu sengon laut juga sudah banyak dilirik dan diaplikasikan di dalam teknologi komposit. Menurut data Desperindagkop, di karesidenan Surakarta banyak terdapat industri penggergajian kayu yang jumlahnya mencapai sekitar 150 unit industri per kabupaten (Sukoharjo, Sragen, Boyolali, Surakarta, Karanganyar, Klaten, Wonogiri). Jenis kayu yang dikerjakan bermacammacam seperti sengon laut, glugu, dan jati. Jumlah serbuk gergaji yang paling banyak dihasilkan adalah kayu sengon laut dan glugu. Massa jenis kayu sengon laut (KSL) adalah 0,3 gr/cm3. Dengan massa jenis yang ringan, pemanfaatan serbuk gergaji kayu sengon laut (SGKSL) lebih sesuai sebagai bahan core pada struktur panel sandwich. Setiap industri penggergajian dapat menghasilkan limbah SGKSL sekitar 40-60 kg/hari. Jadi produksi limbah SGKSL di Karesidenan Surakarta tersebut mencapai sekitar 2,5 ton per hari. Limbah serbuk gergaji tersebut biasanya hanya dibiarkan membusuk atau dibakar jika sudah mengering. Eksistensi limbah serbuk gergaji dengan menambahkan perekat yang murah mempunyai potensi yang tinggi untuk direkayasa menjadi produk core fleksibel untuk pembuatan panel komposit sandwich.

1.1.4 Ketersediaan Urea Formaldehide dan Polyester Bahan urea formaldehide merupakan jenis resin yang tepat sebagai perekat pembuatan core limbah serbuk gergaji karena harganya murah (Rp 10.000,- per liter). Bahan ini mudah diperoleh karena dibuat PT. Pamalite Adhesive Industry di Probolinggo Jawa Timur. Bahan UF ini sangat cocok untuk digunakan sebagai perekat produk core karena komponen core di dalam struktur panel komposit sandwich menderita pembebanan yang rendah. Namun, jenis resin yang digunakan sebagai pembuat komposit skin diperlukan bahan resin yang memiliki kekuatan tinggi, fluiditas tinggi dan murah. Jenis resin yang paling cocok adalah unsaturated polyester yang harganya cukup terjangkau yaitu sekitar Rp 24.000,-/liter. Resin ini sudah tersedia di pasaran yang disuplai oleh user sudah pernah digunakan oleh PT. Justus Kimia Raya Jakarta. Keduacommit bahantotersebut


4 digilib.uns.ac.id

Tim Peneliti pada penelitian pendahuluan sebelumnya sehingga sudah diketahui karakteristiknya.

1.1.5 Pentingnya Pengujian Impak Beban terhadap aplikasi struktur tidak hanya diperoleh dari beban statis tetapi juga dari beban dinamis. Kekuatan impak suatu material menunjukkan kemampuan dari material tersebut untuk menyerap dan menghilangkan energi pada saat menerima benturan atau beban kejut. Seorang insinyur perlu mengetahui seberapa kuat bahan akan bertahan pada kondisi dimana struktur akan digunakan. Dalam keadaan dimana keselamatan sangat ekstrem diperlukan, komponen teknik dalam bentuk dan ukuran sebenarnya diuji pada kemungkinan kondisi yang paling buruk ketika digunakan. Sebagai contoh, tabung untuk memindahkan bahan bakar nuklir telah diuji dalam ukuran yang sebenarnya ditabrak dengan kereta api untuk mendemonstrasikan bahwa bahan tersebut mampu menahan keutuhan strukturnya (structural integrity). Pengujian dengan kuran sebenarnya sangat mahal dan sangat jarang dilakukan. Oleh karena itulah pengujian seringkali dilakukan dengan menggunakan beberapa sample untuk mewakili suatu struktur. Pada saat sekarang ini material komposit sedang dikembangkan untuk panel transportasi publik, maka pengujian impak ini dilakukan untuk mengetahui seberapa kuat pengaruh tebal core dan tebal skin pada komposit sandwich untuk bisa meredam tumbukan. Dengan dukungan bahan baku yang melimpah, penelitian ini diajukan untuk lebih memperkaya informasi karakteristik mekanis (khususnya kekuatan impak) material komposit berbasis serat alam.

1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan dari uraian latar belakang di atas, komposit sandwich merupakan komposit yang cocok untuk struktur karena strukturnya yang ringan mampu menahan beban tinggi dan modulus terhadap rasio beratnya. Struktur sandwich menerima berbagai beban salah satunya beban impak, oleh karena itu agar rancangan panel komposit sandwich aman digunakan, maka kajian riset yang mampu memprediksi pengaruh dari variasi ketebalan skin dan core komposit sandwich terhadap commit to user ketangguhan impak dipandang perlu dilakukan.


5 digilib.uns.ac.id

1.3 Batasan Masalah Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Sifat-sifat serat aren diasumsikan homogen. b. Distribusi serat pada skin komposit diasumsikan seragam. c. Pencampuran partikel core diasumsikan merata. d. Kepadatan core diasumsikan sama.

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Menguji secara eksperimental pengaruh variasi ketebalan skin serat aren komposit sandwich terhadap ketangguhan komposit sandwich. 2. Menguji secara eksperimental pengaruh variasi ketebalan core serbuk gergaji kayu sengon laut komposit sandwich terhadap kekuatan impak komposit sandwich.

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat, antara lain : a. Secara teoritis diharapkan dapat memberikan informasi tentang optimasi kekuatan impak dari komposit sandwich berpenguat serat aren dengan core SG KSL. b. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan referensi untuk membuat penelitian dari bahan yang sejenis ataupun penelitian lain di bidang teknik. c. Secara praktis dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam pengolahan serat aren serta memberikan inovasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi untuk pemanfaatan serat aren di dunia industri. d. Meningkatkan nilai jual serat aren sekaligus memotifasi masyarakat untuk memanfaatkan serat aren sehingga menghasilkan pendapatan bagi masyarakat.

1.5 Sistematika Penulisan Agar penelitian dapat mencapai tujuan dan terarah dengan baik, maka penulisan penelitian ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut : 1. Bab I

Latar Belakang Masalah, Perumusan Masalah, Tujuan Penelitian, commit to user Batasan Masalah, Sistematika Penulisan.

6 digilib.uns.ac.id

perpustakaan.uns.ac.id 2. Bab II

Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka, dasar teori komposit dan

penjelasan unsur-unsur penyusunnya. 3. Bab III Metode Penelitian, berisi alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, pelaksanaan penelitian dan diagram alir. 4. Bab IV Hasil dan Pembahasan, berisi data hasil pengujian dan pembahasannya. 5. Bab V

Penutup, berisi kesimpulan yang diperoleh dan saran-saran yang

berkaitan dengan penelitian yang dilakukan dan bagi penelitian selanjutnya.

commit to user

7 digilib.uns.ac.id

perpustakaan.uns.ac.id BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka Komposit sandwich dengan skin yang terdiri dari beberapa lapisan penyusun dapat memberikan keuntungan dan meningkatkan ketahanan komposit sandwich terhadap kegagalan delaminasi yang disebabkan oleh beban yang diterima (De Xie dkk., 2009). Komposit serat sisal dengan matrik urea formaldehid memiliki kekuatan impak tertinggi pada fraksi volume 50% yaitu sebesar 9.42 kJ/m2. Penambahan fraksi volume serat akan mengakibatkan peningkatan kekuatan impak komposit (Zhong dkk., 2007). Mekanikal propertis particle board dengan komposisi urea formaldehid 30% memiliki mekanikal propertis yang paling baik (Paul., 2008). Ray dkk., (2001) pada penelitiannya menyatakan bahwa komposit berpenguat serat jute dengan Vf=35% perlakuan alkali perendaman NaOH 5 % selama 4 jam mempunyai sifat mekanik komposit paling bagus. Nilai modulus young, flexural strength, dan breaking energy pada komposit ini berturut-turut 14,69 GPa, 238,9 MPa, dan 0,5697 J. Santos dkk. (2007) meneliti bahwa peach palm fibres memiliki peningkatan kekuatan mekanik seiring dengan dilakukannya perlakuan alkali pada serat mentah. Mylsamy dan Rajendran. (2010) juga meneliti perbandingan propertis serat agave americana mentah, perlakuan alkali NaOH 5%, dan perlakuan alkali NaOH 10%. Hasil riset menunjukkan bahwa serat agave americana dengan perlakuan alkali 5% memiliki kekuatan tarik paling tinggi. Pada riset ini juga diselidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap bahan-bahan penyusun serat alam seperti cellulose, lignin, wax. Perlakuan alkali dengan NaOH pada serat bulu ayam dapat meningkatkan ketangguhan dan modulus elastisitas dari komposit serat bulu ayam – matrik epoxy. Nilai ketangguhan komposit meningkat dari 18,816 N/mm2 menjadi 24,192 N/mm2. modulus elastisitas komposit meningkat dari 1,216 N/mm2 menjadi 4,339 N/mm2 (Mishra dkk., 2009).

commit to user

8 digilib.uns.ac.id


Penambahan kandungan serat mampu meningkatkan kekuatan dan modulus tarik bahan komposit berpenguat limbah serat aren bermatrik urea formaldehide. Pada Vf 40 %, kekuatan, modulus dan regangan tarik komposit tersebut masing-masing adalah 30 MPa, 600 MPa dan 4,5 %. Kekuatan dan modulus tarik komposit tersebut dapat dikatakan masih rendah karena jenis matrik yang digunakan memiliki sifat mekanis yang rendah pula. Kekuatan komposit ini masih dapat ditingkatkan dengan mensubstitusi matrik yang memiliki propertis lebih baik, seperti polyester. Ketersediaan serat aren yang berlimpah di klaten sangat mendukung pengembangan komposit serat alam (Prasetyo dkk., 2005). Komposit berpenguat serat aren dengan matrik polyester dapat dilakukan proses manufaktur dengan mudah dan memiliki kekuatan diatas 42,25 Mpa untuk fraksi volume serat sekitar 30 % (Diharjo dkk., 2006). Komposit berpenguat serat aren perlakuan alkali (5% NaOH) selama 4 jam bermatriks polyester memiliki kekuatan tarik dan bending tertinggi, sedangkan kekuatan impaknya mencapai nilai tertinggi pada komposit berpenguat serat aren perlakuan alkali (5% NaOH) selama 2 jam. (Diharjo dkk., 2006) Bahan core SGKSL - UF memiliki kekuatan tarik tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 60%, kekuatan bending tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 40%, kekuatan impak tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 60%, kekuatan geser tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 70%, dan kekuatan buckling tertinggi pada kandungan serbuk gergaji 60%. Berdasarkan analisis di atas, maka dapat disimpulkan bahwa core serbuk gergaji kayu sengon laut - urea formaldehide memiliki sifat mekanis tertinggi pada kandungan serbuk gergaji sebesar 60-70% (Diharjo dkk., 2008). Hartomo (2009) dalam laporan skripsinya menyatakan bahwa penambahan fraksi volume pada core menyebabkan penurunan nilai kekuatan bending dan menaikkan kekuatan impak komposit sandwich. Pada core dengan Vf=10% memiliki kekuatan impak sebesar 14,224 KJ/m2 dan terus meningkat seiring dengan penambahan fraksi volume core yang mencapai nilai 19,875 KJ/m2 pada core dengan Vf=50%.

commit to user

9 digilib.uns.ac.id


Rochardjo dkk. (2008) menyatakan bahwa komposit sandwich kenaf-albazzia dengan variasi tebal core 5, 10, 15, dan 20 mm memiliki nilai kekuatan impak tertinggi pada komposit sandwich dengan tebal core 10 mm. Sedangkan untuk komposit sandwich dengan variasi tebal skin memiliki nilai kekuatan impak yang semakin meningkat seiring dengan peningkatan tebal skin.

2.2 Dasar Teori 2.2.1 Kajian Teori Komposit Menurut Gibson (1994) komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai

sifat

mekanik

dan

karakteristik

yang

berbeda

dari

material

pembentuknya. Penggabungan dua material atau lebih dibedakan menjadi dua macam antara lain : a. Penggabungan makro, yang memiliki ciri-ciri antara lain : · Dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat. · Penggabungannya lebih secara fisis dan mekanis. · Penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis. · Contoh : glass fiber reinforced plastic (GFRP). b. Penggabungan mikro, yang memiliki ciri-ciri antara lain : · Tidak dapat dibedakan dengan cara melihat secara langsung. · Penggabunganya lebih secara kimiawi. · Penggabungannya tidak dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis, tetapi dapat dilakukan secara kimiawi. · Contoh : Logam paduan, besi cor, baja, dll Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material-material yang menyusunnya. Dalam hal ini susunan struktur dan interaksi antar unsur-unsur penyusunnya. Interaksi antar unsur-unsur penyusun komposit, yaitu serat dan matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka. Kekuatan ikatan antarmuka commit to user


10 digilib.uns.ac.id

yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit (Gibson, 1994). Penggabungan material yang berbeda bertujuan untuk menemukan material baru yang mempunyai sifat antara material penyusunnya yang tidak akan diperoleh jika material penyusunnya berdiri sendiri. Material penyusun komposit tersebut bisa berupa fibers, particles, laminate or layers, flakes fillers, dan matrik. Matrik sering disebut sebagai unsur pokok bodi sedangkan fibers, particles, laminate or layers, flakes fillers disebut sebagai unsur pokok struktur (Schwartz, 1986). Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki kelemahan dan kekurangan bahan-bahan penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaiki antara lain kekuatan, kekakuan, ketahanan lelah, ketahanan bending, ketahanan korosi, berat jenis, pengaruh terhadap temperatur, isolasi termal, dan isolasi konduktifitas (Jones, 1975). Secara umum pengelompokan komposit dapat dibedakan menjadi dua, pengelompokan tersebut yaitu berdasarkan matrik dan penguatnya. Berdasarkan matriknya komposit dapat digolongkan menjadi tiga (Courney, 1983) yaitu : a) Komposit matrik logam (KML), yaitu logam sebagai matrik b) Komposit matrik polimer (KMP), yaitu polimer sebagai matrik c) Komposit matrik keramik (KMK), yaitu keramik sebagai matrik.

Yang kedua adalah berdasarkan unsur penguatnya, menurut Courney (1983) dapat dibedakan menjadi tiga : a) Komposit partikel, yaitu penguatnya berbentuk partikel Komposit partikel terdiri dari matrik yang berukuran kecil dengan bentuk butir. Skema komposit partikel dapat kita lihat pada gambar 2.1 berikut ini :

Gambar 2.1. Komposit partikel (Courney, 1983) commit to user



b) Komposit serat, yaitu penguatnya berbentuk serat Skema komposit dengan serat sebagai penguatnya dapat kita lihat pada gambar 2.2 berikut ini :

Gambar 2.2. Komposit serat (Courney, 1983) c) Komposit struktur, yaitu cara penggabungan material komposit Komposit struktur adalah cara pembuatan komposit dengan menggabungkan beberapa lapis komposit. Skema pembuatan komposit struktur dapat kita lihat pada gambar 2.3 berikut ini :

Gambar 2.3. Komposit struktur (Courney, 1983)

Skema pengelompokan komposit berdasarkan penguatnya dapat kita lihat pada gambar 2.4.

to userpenguatnya (Courney, 1983) Gambar 2.4. Pembagian kompositcommit berdasarkan



A. Sandwich Sandwich adalah material komposit yang terdiri dari dua buah skin dimana diantara dua skin tersebut terdapat core. Struktur komposit sandwich ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Komposit Sandwich (www.diabgroub.com)

1. Skin Bagian ini berfungsi untuk menahan tensile dan compressive stress. Skin biasanya mempunyai rigidity atau tingkat kekakuan yang rendah. Material-material konvensional seperti aluminium, baja, juga stainless steel bisa digunakan untuk bagian ini. Material-material berbentuk plastik yang diperkuat dengan serat gelas dan fiber menjadi pilihan yang baik karena bahan-bahan ini memiliki keunggulan seperti mudah untuk digabungkan, desain dapat dirancang sesuai kebutuhan, serta bentuk permukaan yang baik (Hartomo, 2009).

2. Core Salah satu bagian terpenting dari sandwich adalah core, dimana bagian ini harus cukup kaku agar jarak antar permukaan terjaga. Dengan kekakuannya core harus mampu menahan geseran agar tidak terjadi slide antar permukaan. Bahan dengan tingkat kekakuan yang rendah tidak baik untuk core, karena kekakuan pada sandwich akan berkurang atau hilang. Tidak hanya kuat dan mempunyai densitas rendah, core biasanya mempunyai syarat lain, seperti tingkat kadar air, buckling, umur panjang dan lain sebagainya (Hartomo, commit2009). to user


perpustakaan.uns.ac.id 3. Adesif

Selain untuk menyatukan antara skin dan core, adesif harus mampu mentransfer gaya geser antara skin dan core agar kekuatan dari sandwich tetap terjaga. adesif juga harus mampu menahan regangan dan gaya geser. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam adesif :

a) Persiapan permukaan Core dan skin harus dibersihkan sebelum disatukan, bisa menggunakan mesin atau secara kimiawi. b) Bahan pelarut Core material biasanya sensitif terhadap bahan pelarut tertentu. Sebagai contoh: Polystyrene foams sensitif terhadap styrene ( polyester dan vinyl ester yang berisi styrene), sehingga epoxies dan polyurethanes yang mungkin untuk digunakan. c) Tekanan Tekanan diperlukan untuk mencegah munculnya pori-pori. Proses ini harus dilakukan dengan hati-hati sehingga core tidak mengalami kegagalan. d) Adesif Sebaiknya adesif memiliki viskositas yang cukup rendah sehingga memungkinkan untuk mengisi sel permukaan dengan baik dan meminimalisir udara yang terjebak. Tetapi viskositas dari adesif sebaiknya tidak terlalu rendah, sehingga saat ditekan adesif tidak mudah tumpah.

B. Serat Aren Aren (arenga pinnata wurmb atau Arenga Saccharifera Labill) termasuk suku Arecaceae

(pinang-pinangan).

Aren

merupakan

tumbuhan

berbiji

tertutup

(Angiospermae) yaitu biji buahnya terbungkus daging buah. Tanaman aren banyak terdapat mulai dari pantai timur india sampai ke Asia Tenggara. yakni meliputi India, Bangladesh, Burma , Thailand, Laos, Malaysia, Vietnam, Hawai, Philipina, commit toIndonesia, user Guam dan berbagai pulau sekitar pasifik. Di indonesia tanaman ini banyak terdapat di



seluruh wilayah nusantara. Umur pohon aren mencapai lebih dari 50 tahun, dan di atas umur ini pohon aren sudah sangat berkurang dalam memproduksi buah. Bahkan sudah tidak mampu lagi memproduksi buah (Sunanto, 1993). Gambar 2.6 adalah gambar pohon aren yang masih produktif. Batang aren tidak berduri, tidak bercabang, tinggi mencapai 25 m, diameter 65 cm (mirip pohon kelapa). Pohon ini mulai berbunga dari umur 6-12 tahun. Umur produktif 2-5 tahun. Pohon ini dalam pertumbuhannya berguna untuk perlindungan erosi terutama tebing-tebing sungai dari bahaya tanah longsor maupun sebagai unsur produksi (Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan dan Perkebunan, 1998).

Gambar 2.6. Pohon Aren

Pohon Aren merupakan pohon yang menghasilkan bahan-bahan industri sudah sejak lama kita kenal. Hampir semua bagian atau produk tanaman ini dapat dimanfaatkan dan memiliki nilai ekonomis. Semua bagian pohon aren ini dapat diambil manfaatnya, mulai dari bagian-bagian fisik pohon maupun dari hasil-hasil produksinya. Hampir semua dari bagian fisik pohon ini dapat dimanfaatkan misalnya akar (untuk obat tradisional dan peralatan), batang (untuk berbagai macam peralatan dan bangunan), daun muda atau jamur (untuk pembungkus atau pengganti kertas rokok yang disebut dengan kawung). Di Indonesia pohon aren sebagian besar secara nyata digunakan untuk bahan bangunan, keranjang, kerajinan tangan, atap rumah, commit to user gula, manisan buah dan lain sebagainya (Sumarni, dkk., 2003).



Di Indonesia tanaman ini dapat tumbuh baik dan mampu berproduksi pada daerah yang tanahnya subur pada ketinggian 500-800 m di atas permukaan laut. Pada daerah-daerah yang mempunyai ketinggian kurang dari 500 m atau yang lebih dari 800 m, tanaman aren tetap dapat tumbuh namun produksi buahnya kurang memuaskan. Di samping itu, banyaknya curah hujan juga sangat berpengaruh pada tumbuhnya tanaman ini. Tanaman aren menghendaki curah hujan yang merata sepanjang tahun, yaitu minimum sebanyak 1200 mm setahun. Jika diperhitungkan dengan perumusan Schmidt dan Fergusion, iklim yang paling cocok untuk tanaman aren ini adalah iklim sedang sampai iklim agak basah (Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan dan Perkebunan, 1998). Tabel 2.1. Sifat mekanik dan fisik serat aren dan beberapa serat lainnya. Natural

Density,

Tensile

Tensile

fibre

gr./cm3

Strength,

Modulus,

MPa

Gpa

Strain,%

Diameter, µm

Sugar palm

1,29

190,29

3,69

19,6

99-311

Curaua

1,33

665-1404

20-36

2-3

49-100

Nettle

1,53

1594

87

2,11

19,9

Hemp

1,48

270

19,1

0,8

31,2

Hemp

1,48

550-900

73

1,6

Jute

1,18

393-773

26,5

1,8

200

Coir

1,25

138,7

6

10,5

396,98

Kenaf

1,4

215,4

13-17

1,18-1,31

Bamboo

0,6-0,8

200,5

E-Glass

2,25

(Bachtiar D, dkk, 2009)

1800-3000 72-83 commit to user

10,2 3

4-14



C. Resin Unsaturated Polyester (UP)

Unsaturated Polyester merupakan jenis resin thermoset. Karena berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, polyester mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin lainnya. Sifat resin ini adalah kaku dan rapuh. Mengenai sifat termalnya karena banyak mengandung monomer stiren, maka suhu deformasi thermal lebih rendah daripada resin thermoset lainnya dan ketahanan panas jangka panjangnya adalah kira-kira 110-140˚C. Ketahanan dingin resin polyester relatif cukup baik. Resin polyester juga mempunyai sifat kelistrikan yang lebih baik diantara resin thermoset (Wicaksono, 2006). Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay up sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin ini banyak digunakan dalam aplikasi komposit pada dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih, kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Billmeyer, 1984). Pengesetan termal digunakan benzoil peroksida (BPO) sebagai katalis. Temperatur optimal adalah 800-1300C, namun demikian kebanyakan pengesetan dingin digunakan metyl etyl keton peroksida (MEKPO) yang digunakan sebagai katalis dan ditambahkan pada 1 % (Justus, 2001). Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester (UP) Yukalac 157Ò BTQN-EX. Pemberian bahan tambahan katalis jenis methyl ethyl keton peroxide (MEKPO) pada resin UP berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing (Bilmeyer, 1984). Pada tabel 2.2 kita dapat melihat spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157.

D. Katalis metyl etyl keton peroksida (MEKPO) Katalis yang digunakan adalah katalis methyl ethyl keton peroxide (MEKPO) dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan (curring) pada bahan matrik suatu komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan. commit to user



Tetapi bila katalis yang dicampurkan terlalu banyak maka akan menyebabkan komposit menjadi getas (Saito, 1985). Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya. Pada saat mencampurkan katalis ke dalam matriks maka akan timbul reaksi panas (60-90˚C). Proses pengerasan resin diberi bahan tambahan berupa katalis jenis metyl etyl keton peroksida (MEKPO). Katalis ini digunakan untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin pada suhu yang lebih tinggi. Pemakaian katalis dibatasi sampai 1% dari volume resin (P.T. Justus Sakti Raya, 2001).

Table 2.2. Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 (Sumber : Justus Kimia Raya, 1996) Item

Satuan

Nilai tipikal

Catatan

Berat Jenis

Gr/cm3

1.215

250

40

Barcol GYZJ 934-1

Kekerasan Suhu distorsi panas

0

Penyerapan air (suhu

%

0.188

24 Jam

Ruangan)

%

0.446

3 Hari

Kekuatan Fleksural

Kg/mm2

9.4

Modulus Fleksural

Kg/mm2

300

Daya Rentang

Kg/mm2

5.5

Modulus rentang

Kg/mm2

300

Elongasi

%

1

C

70

commit to user


perpustakaan.uns.ac.id E. Resin urea-formaldehid

Resin urea-formaldehid adalah salah satu polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan di industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk mebelir (furniture), panel dan lain-lain. Urea-formaldehid merupakan plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang cukup tinggi, dan absorpsi air yang rendah. Reaksi antara urea dan formaldehid dengan katalis basa dapat menghasilkan mono-metilol urea sebagai monomer reaktan reaksi pembentukan polimer urea-formaldehid. Basa yang digunakan dapat berupa barium hidroksida ataupun kalium hidroksida. Laju pengerasan pada temperatur kamar yang cepat membuat resin ini cocok digunakan sebagai perekat (Salomone, 1996). F. Pengeringan Serat Proses pengeringan adalah proses terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Dalam proses ini kandungan uap air udara lebih sedikit atau dengan kata lain udara mempunyai

kelembaban

relatif

yang

rendah,

sehingga

terjadi

penguapan.

Kemampuan udara membawa uap air bertambah besar jika perbedaan antara kelembaban udara pengering dengan udara di sekitar bahan semakin besar. Faktor yang dapat mempercepat proses pengeringan adalah kecepatan angin atau udara yang mengalir dan penambahan temperatur. Akan tetapi pengeringan yang terlalu cepat dapat merusak bahan, yakni permukaan bahan terlalu cepat kering, sehingga tidak sebanding dengan kecepatan pergerakan air bahan ke permukaan. Hal ini menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan (Taib, 1988). Kandungan air yang terdapat di dalam kayu terdiri dari (Reeb, 1995) : a. Air bebas (free water) adalah air yang terdapat di antara rongga sel selulosa. Air bebas paling mudah dan terlebih dahulu keluar apabila mengalami pengeringan. Air bebas ini tidak mempengaruhi sifat dan bentuk kecuali berat. Bila air bebas telah keluar maka dapat dikatakan suatu bahan telah mencapai kadar air titik jenuh serat (fiber saturation point). commit to user



b. Air terikat (bound water) adalah air yang berada di dalam sel selulosa. Air terikat ini sangat sulit untuk dilepas apabila mengalami pengeringan. Air terikat inilah yang dapat mempengaruhi sifat misalnya penyusutan. SG KSL mempunyai sifat higroskopis yaitu dapat menyerap atau melepas air atau kelembaban. Bila core SG KSL tersebut belum dikeringkan pada saat penggunaan, maka core SG KSL dapat mengembang pada kondisi musim hujan atau pada kelembaban tinggi dan dapat menyusut pada kondisi musim kemarau atau pada kelembaban rendah. Pengeringan core SG KSL adalah proses untuk melepas sebagian air yang terkandung di dalam core SG KSL hingga mencapai kadar air core SG KSL tertentu atau yang diinginkan. Kadar air core SG KSL adalah banyaknya air yang terkandung dalam core SG KSL yang dinyatakan dalam persen. Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan melakukan pengeringan core SG KSL sebagai berikut : a. Menjamin kestabilan core SG KSL. b. Membuat core SG KSL menjadi ringan, hemat ongkos angkut. c. Mudah pengerjaan selanjutnya. d. Mencegah serangan jamur dan hama kayu, karena organisme tersebut pada umumnya tidak dapat hidup di bawah kadar air 20 %. Untuk menghasilkan kekuatan yang tinggi pada komposit sandwich, maka kegagalan akibat terjadinya delaminasi antara komposit skin dengan core tidak boleh terjadi. Hal ini dapat tercapai dengan mengurangi kadar air serbuk gergaji kayu sengon laut dan serat aren. Kadar air bebas sel selulosa pada serat dan core SG KSL harus dihilangkan, namun kadar air terikat di dalam sel harus dipertahankan agar tidak terjadi degradasi kekuatan serat selulosa (Diharjo, 2006). Penentuan kadar air pada core SG KSL dilakukan dengan membagi massa kayu kayu basah (massa awal) dengan massa kayu setelah kondisi kering (massa tetap). Kadar air pada core SG KSL dan serat dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.1 (Simpson, 1997).

Kd air =

Wa - Wo x 100 % Wo

(2.1) commit to user



dengan catatan : Kdair = kadar air (%); Wa = massa core basah (gr); Wo = massa core kering (gr). G. Fraksi Volume Komposit Menurut Gibson (1994), penempatan serat harus mempertimbangkan geometri serat, arah, distribusi dan fraksi volume, agar dapar dihasilkan komposit berkekuatan tinggi. Untuk suatu lamina unidirectional, dengan serat kontinyu dengan jarak antar serat yang sama, dan direkatkan secara baik oleh matrik. Fraksi Volume (V) : Vf =

Volume serat x 100% ..........................................................(2.2) Volume komposit

mf Vserat =

mf

Vmatrik =

rf

rf

+

mm

x 100% ...........................................................(2.3)

rm

Volume matrik x 100% .......................................................(2.4) Volume komposit

mm Vmatrik =

mf

rf

rm m + m

x 100% .........................................................(2.5)

rm

Dimana : mf = massa serat (gr) mm = massa matrik (gr) ρf = massa jenis serat (gr/mm3) ρm = massa jenis matrik (gr/mm3) Kekuatan komposit dapat ditentukan dengan persamaan (Shackelford, 1992):

s c = s f V f + s mVm ...............................................................................(2.6)

commit to user



Gambar 2.7. Struktur mikro komposit dengan peletakan serat teratur dan homogen (Gibson, 1994).

H. Proses Pembuatan Komposit Proses pembuatan komposit sangat beraneka ragam dari yang paling sederhana sampai dengan yang komplek dengan sistem komputerisasi. Tiap proses memiliki kelebihannya masing-masing. Ada berbagai macam proses yang dapat digunakan untuk membuat komposit antara lain metode hand lay-up, metode sprayup, metode vacuum bagging (Gibson, 1994). Proses hand lay-up merupakan proses laminasi serat secara manual, dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit. metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus (Gibson, 1994).

Gambar 2.8. Proses hand lay-up (Gibson, 1994).

Keuntungan hand lay up : · Peralatan sedikit dan harga murah. · Kemudahan dalam bentuk dan desain produk. · Variasi ketebalan dan komposisi serat dapat diatur dengan mudah. commit to user



Fraksi serat yang tinggi dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan metode hand lay up dengan cetak tekan (press molding). Pada metode cetak tekan pengontrolan fraksi volume dapat dilakukan dengan menggunakan stopper (Rusmiyatno, 2007).

2.2.2 Kajian Teori Pengujian Impak Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impak). Dalam pengujian impak terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu Charpy dan Izod. Skema dan mekanisme pengujian impak Charpy ditunjukkan pada gambar 2.9 dan 2.10. Spesimen impak charpy berbentuk batang dengan penampang lintang bujur sangkar. Beban didapatkan dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian h. Spesimen diposisikan pada dasar. Ketika dilepas, ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan spesimen pada titik konsentrasi tegangan untuk pukulan impak kecepatan tinggi. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h.

Gambar 2.9. Skema pengujian impak charpy (ASTM D 5942-96)

Gambar 2.10. Mekanisme pengujian impak charpy (Flat wise Impact) commit to user



Energi yang diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’), adalah ukuran dari energi impak Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertikal sebelum dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertikal setelah membentur spesimen adalah β. Panjang lengan ayunnya adalah R. Dengan mengetahui besarnya energi potensial yang diserap oleh material maka ketangguhan impak benda uji adalah (Shackelford, 1992): Eserap = energi awal – energi yang tersisa = m.g.h – m.g.h’ = m.g.( R cos α) – m.g.( R.cos β) Eserap = m.g.R.(cos β - cos α)................................................................(2.7) dimana : Eserap = energi serap (J) m

= massa pendulum (kg) = 9,5 kg

g

= percepatan gravitasi (m/s2) = 9,8 m/s2

R

= panjang lengan (m) = 0,83 m

α

= sudut ayunan pendulum tanpa spesimen (˚)

β

= sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen (˚)

2.2.3 Analisis perhitungan impak sandwich Harga ketangguhan impak pada sandwich dapat dihitung dengan persamaan (ASTM D 5942-96) : a cU =

E serap hxb

x 10 3 ....................................................................................(2.8)

Dimana :

acU

= Harga impak Charpy tanpa takikan (KJ/mm2)

b

= Lebar spesimen (mm)

h

= Tebal spesimen (mm)

Eserap = Energi yang diserap (J)

commit to user


perpustakaan.uns.ac.id BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian Peralatan yang digunakan dalam pengujian spesimen antara lain alat moisture analyser di Laboraturium Perpindahan Panas FT UNS dan mesin uji impak charpy yang terdapat di Laboratorium Material Teknik jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

(a)

(b)

Gambar 3.1. (a) alat uji impak charpy, (b) moisture analyzer

Peralatan yang digunakan dalam pembuatan spesimen uji antara lain : a. Timbangan Digital Timbangan digunakan untuk menimbang seberapa beratnya resin dan serat dicampurkan sesuai dengan fraksi volumenya. Selain itu juga untuk menguji hasil komposit apakah sesuai dengan fraksi volume yang telah ditentukan. b. Cetakan Cetakan komposit terbuat dari besi cor. c. Gelas ukur dan suntikan Gelas ukur berfungsi untuk menakar matrik sesuai dengan hasil perhitungan. Suntikkan berfungsi untuk menakar katalis yang akan dicampurkan sesuai dengan hasil perhitungan.

commit to user


perpustakaan.uns.ac.id d. Malam (lilin)

Malam atau lilin berfungsi sebagai bahan perapat sambungan plat pada cetakan agar campuran matrik dan katalis tidak merembes atau bocor keluar cetakan yang menyebabkan void pada tiap pojok cetakan.

e. Jangka sorong Jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tebal spesimen.

f. Gerinda Gerinda tangan digunakan untuk membentuk spesimen uji impak

g. Press Mold Balok penekan ini digunakan untuk menekan komposit.

h. Gelas corong dan pengaduk Gelas corong berfungsi untuk memasukkan campuran matrik dan serat ke dalam cetakan komposit agar tidak tumpah. Pengaduk berfungsi sebagai alat pengaduk antara matrik dan katalis agar proses pencampuran dapat merata.

(a) peralatan cetak

(b) timbangan digital

(c) oven

Gambar 3.2. Peralatan yang digunakan dalam pembuatan komposit sandwich

commit to user



3.2 Bahan Penelitian Berikut ini bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit sandwich antara lain : Tabel 3.1. Bahan yang digunakan dalam penelitian. No.

Bahan

Jenis

Sumber

Keterangan sebagai penguat skin komposit

1.

limbah ampas pati aren (serat aren)

Arenga Pinnata

kawasan industri pati aren (kelompok UKM industri mie suun) di dusun Bendo, Tulung, Delanggu, Klaten, Jawa Tengah

2.

limbah serbuk gergaji kayu sengon laut

kayu sengon laut

Berbagai UKM pengolahan kayu sengon laut di Surakarta dan sekitarnya

sebagai core komposit

3.

matrik core

urea formaldehyde

PT. Pamalite Adhesive Industry Probolonggo, Jawa Timur

untuk mengikat core

4.

katalis

methyle ethyl keton peroxide (MEKPO)

PT. Justus Kimia Raya Semarang

mempercepat pengerasan

resin

unsaturated polyester resin (UPR) yukalac® 157 BTQN-EX

PT. Justus Kimia Raya Semarang

sebagai pengikat/matrik komposit

6.

alkali

NaOH

toko kimia di wilayah Surakarta

untuk perlakuan alkali

7.

release

blue band

toko makanan

memudahkan pelepasan sandwich

5.

commit to user



(a) serat aren

(d) serbuk gergaji KSL

(b) resin

(e) NaOH

(c) katalis

(f) hardener

Gambar 3.3. Bahan-bahan penyusun komposit sandwich 3.3 Pelaksanaan Penelitian 3.3.1 Persiapan Alat dan Bahan Alat-alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan komposit disiapkan seperti serat aren, serbuk gergaji kayu sengon laut, resin, katalis, larutan NaOH, urea fomaldehid dan peralatan yang menunjang lainnya dalam pembuatan spesimen.

3.3.2 Pengolahan Bahan Dasar a. Pencucian Serat Aren Mekanisme pembersihan serat aren yang ada di dalam limbah ampas pati dilakukan dengan menggunakan air bersih. Hasilnya berupa serat bersih yang selanjutnya serat ditiriskan (pengeringan alami) tanpa sinar matahari selama 3 hari hingga kering. Serat yang sudah kering dimasukkan ke dalam plastik dan disimpan di dalam ruangan.

commit to user


perpustakaan.uns.ac.id b. Perlakuan Alkali

Proses perlakuan alkali pada serat yaitu dengan cara perendaman serat ke dalam larutan alkali (NaOH 5 %). Perbandingan volume serat dengan larutan alkali adalah 1 : 15 (Ray dkk, 2001). c. Netralisasi Serat Selanjutnya serat dinetralkan dari larutan NaOH dengan direndam di dalam aquades selama 3 hari dimana setiap 12 jam serat dibilas 3 x dan airnya selalu diganti secara periodik. Serat ditiriskan kembali hingga kering. Setelah kering serat tersebut sudah siap untuk diolah lebih lanjut. d. Pengeringan Serbuk Gergaji Bahan serbuk gergaji kayu sengon laut dari industri pengolahan kayu sengon laut di Boyolali kemudian dikeringkan dengan ditiriskan tanpa sinar matahari. Serbuk gergaji yang sudah kering kemudian disimpan di dalam plastik agar tidak mudah menyerap uap air. e. Pengujian Kadar Air Serat Tahap

preparasi

serat

sebelum

dilakukan

pencetakan

adalah

menyelidiki karakteristik pengeringan serat (kadar air yang terkandung di dalam serat). Hal ini dilakukan dengan mengontrol kandungan air yang terkandung di dalam serat aren dengan cara dioven dalam oven pemanas, kemudian menguji kandungan air yang terkandung dalam serat aren tersebut dengan alat uji moisture analyser yang ada di Laboratorium Perpindahan Panas Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. Kurva karakteristik kadar air serat aren ini digunakan sebagai acuan pengeringan serat sebelum dilakukan pencetakan.

(a)

(b)

Gambar 3.4. Proses pengujian kadar air (a) pengovenan serat, (b) Pengujian kadar air dengan moisture analyzer commit to user


perpustakaan.uns.ac.id 3.3.3 Teknik Pembuatan Komposit a. Teknik Manufaktur Core

Proses manufaktur core dilakukan dengan mencampur SGKSL dengan urea formaldehid pada variasi fraksi berat serbuk 60%. Proses pencampuran dilakukan dengan metode spray up menggunakan spray gun sehingga pencampuran bahan lebih merata. Campuran SG-UF kemudian diletakkan secara merata pada permukaan cetakan dan dilakukan pengepresan hingga ketebalan 5, 10, 15, dan 20 mm. Dengan mengetahui massa jenis kayu sengon laut (0,3 gr/cm3) maka dapat diperhitungkan kebutuhan bahan penyusun core. Ketika pengepresan berlangsung, pemanasan dapat dilakukan di bawah sinar matahari atau di dalam oven untuk mempercepat pengeringan (curing). Core SGKSL pada penelitian ini dibuat dengan ukuran luas 20 mm x 20 mm sesuai dengan luas cetakan.

Gambar 3.5. Dimensi komposit sandwich. keterangan: l = Panjang spesimen b = Lebar sandwich (15 mm) h = Tebal sandwich (mm) Mekanisme pembuatan core dapat digambarkan sebagai berikut : Serbuk gergaji KSL (60 %)

Urea formaldehyde + hardener (40 %)

Setelah mengering, core siap diproses menjadi sandwich

Dicampur menjadi satu dengan di spray

Ditempatkan pada cetakan kemudian dipress

Gambar 3.6. Diagram alir pembuatan core limbah SG KSL commit to user


perpustakaan.uns.ac.id b. Teknik Manufaktur Komposit Sandwich

Proses

pembuatan

panel

komposit

sandwich

dilakukan

dengan

menggabungkan core serbuk gergaji KSL dengan skin komposit bahan serat aren. Proses penggabungan dilakukan dengan metode hand lay up dan press mold. Proses ini dimulai dengan melakukan perhitungan jumlah serat dan matrik yang dibutuhkan agar terbentuk panel komposit sandwich dengan fraksi volume serat sebesar 30%, dan fraksi volume matrik sebesar 70%, dimana massa jenis serat aren 1,4 gr/cm3. Core SGKSL hasil pengepresan yang sudah mengering kemudian dilakukan penyemprotan resin pada permukaannya dan dikeringkan kembali. Penyemprotan resin ke permukaan core ini dilakukan agar resin cair pada proses manufaktur komposit sandwich tidak meresap ke dalam core.

2

3

4

5

10

10

10

10

2

3

4

5

Gambar 3.7. Komposit sandwich dengan variasi ketebalan skin

2 2 2 2 5

10

15

10

2 2 2 2

Gambar 3.8. Komposit sandwich dengan variasi ketebalan core

Jadi untuk membuat panel komposit dengan fraksi volume serat 30% dipergunakan stopper dengan tebal sesuai dengan kebutuhan. Setelah melakukan perhitungan komposisi serat dan matrik yang diperlukan, langkah selanjutnya adalah mempersiapkan cetakan dengan cara melapisi seluruh permukaan cetakan yang akan commit to useragar permukaan spesimen yang bersentuhan dengan komposit menggunakan mika terbentuk menjadi halus dan rata. Kemudian untuk mempermudah pengambilan panel



komposit setelah mengeras, permukaan atas mika yang bersentuhan dengan panel komposit diolesi dengan releaser. Setelah itu dilakukan pemasangan stopper pada kedua ujung cetakan. Fungsi stopper untuk pembatas panjang dan sebagai pemberi batas tebal komposit yang akan dibuat. Pembuatan

panel komposit sandwich

dilakukan dengan metode kombinasi hand lay up dan press mold. Matrik resin dan hardener yang dipakai adalah unsaturated polyester yukalac® 157 BQTN-EX dan MEKPO, produksi PT. Justus Kimia Raya Semarang. Kadar hardener yang digunakan adalah 1% (sesuai acuan dari PT. Justus). Setelah cetakan, core, matrik, dan serat siap, proses pencetakan panel komposit sandwich dimulai dengan menuangkan matrik secara merata di dalam cetakan kemudian dilanjutkan dengan peletakan serat aren sesuai dengan hasil perhitungan. Penambahan matrik dilakukan ketika lapisan serat diletakkan hingga serat terbasahi seluruhnya. Kemudian core diletakkan di atas serat aren dan dilumuri dengan matrik yaitu resin. Setelah merata kemudian serat aren diletakkan kembali diatas core dan dibasahi kembali dengan resin secara merata, Setelah semua bahan dimasukkan ke dalam cetakan maka segera dilakukan proses penekanan cetakan dengan menggunakan dongkrak hidrolik manual. Setelah proses pengeringan di ruang terbuka (curing) sekitar 7-8 jam, panel komposit sandwich dapat dikeluarkan dari cetakan. Proses manufaktur komposit sandwich ditunjukkan pada gambar 3.9.

Gambar 3.9. Skema pengepresan komposit sandwich commit to user



Gambar 3.10. Proses manufaktur komposit sandwich

3.3.4

Proses Postcure Spesimen Sebelum dilakukan pengujian impak charpy, terlebih dahulu dilakukan proses

postcure di dalam oven pada suhu 60°C selama 4 jam. Postcure dilakukan untuk menyempurnakan ikatan rantai polimer polyester. 3.3.5

Variasi Penelitian Dalam pengujian impak ini, variasi penelitian dari spesimen komposit

sandwich yang digunakan adalah variasi tebal skin yaitu skin dengan tebal 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm dan variasi tebal core 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm. Spesimen uji impak komposit sandwich ini menggunakan komposisi skin serat aren-matrik polyester dengan fraksi volume serat adalah 30%. Dan komposisi core serbuk gergaji kayu sengon laut dengan komposisi 60 : 40 dengan urea formaldehyde. Spesimen yang dibutuhkan dalam pengujian impak ini berjumlah 40 buah.

3.3.6

Pengujian Impak Dengan uji impak dapat diketahui kekuatan suatu material. Kekuatan impak

komposit sangat tergantung pada ikatan antar penyusun material komposit tersebut. commit to user Semakin kuat ikatan tersebut maka semakin kuat pula kekuatan impaknya. Untuk



mengetahui ketahanan benda terhadap keadaan patah, maka digunakan metode pengujian impak charphy. Langkah-langkah pengujian impak charpy dalam penelitian ini: a. Mempersiapkan spesimen dan peralatan uji impak charpy b. Mengukur nilai α dengan cara menghitung simpangan alat uji impak charpy tanpa menggunakan spesimen. c. Mempersiapkan spesimen komposit sandwich variasi tebal skin 2 mm. d. Meletakkan spesimen tersebut pada tumpuan alat uji impak dan mengangkat pendulum pada posisi 90° dari spesimen. e. Melepaskan palu atau bandul dengan cara menggeser handel, kemudian setelah bandul berayun dan mematahkan spesimen, menggeser tuas panjang untuk menghentikan ayunan pendulum. f. Mengukur nilai β setelah pengujian. g. Mengulangi langkah c-f untuk spesimen variasi tebal skin dengan ukuran 3 mm, 4 mm, 5 mm, dan spesimen variasi tebal core dengan ukuran 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm. h. Melakukan perhitungan atas data yang telah didapatkan.

Gambar 3.11. Spesimen uji impak charpy

commit to user



Gambar 3.12. Alat uji impact charpy di Laboratorium Material UNS

Alat uji impak charpy yang digunakan ditunjukkan pada gambar 3.12. Pada analisis energi serap dan kekuatan impak dari komposit sandwich ini akan dilakukan analisis eliminasi faktor ketebalan. Penambahan ketebalan spesimen uji impak ini akan berpengaruh terhadap nilai energi serap dan nilai kekuatan impak komposit sandwich. Pada pengujian bending, ketebalan impak berpengaruh pada kekuatan bending karena semakin tebal spesimen maka momen inersianya juga semakin besar. Apabila momen inersianya besar, maka kekuatan bending yang dihasilkan akan semakin kecil. Pada pengujian impak, tebal dari spesimen juga berpengaruh pada kekuatan impak komposit sandwich. Dengan semakin meningkatnya ketebalan komposit sandwich, maka kekuatan impak yang dihasilkan akan semakin kecil. Hal ini dapat ditunjukkan pada rumus kekuatan impak yaitu ( a cU =

E serap hxb

x 10 3 ) dimana

acU = harga impak charpy, Eserap = energi serap, b = lebar spesimen, dan h = tebal spesimen. Berdasarkan rumus diatas dapat kita lihat bahwa dengan meningkatnya ketebalan komposit sandwich akan menyebabkan menurunnya nilai kekuatan impak komposit sandwich. Hal ini dikarenakan tebal komposit sandwich berbanding terbalik terhadap nilai kekuatan impak komposit.

commit to user


perpustakaan.uns.ac.id 3.3.7

Diagram Alir Penelitian Tahapan pelaksanaan penelitian dari awal sampai akhir dapat dilihat pada

gambar 3.13.

Mulai

Pengadaan Material Bahan Core SG-

Serat aren

Perlakuan alkali NaOH 5 % 4 jam Resin UPRS BQTN 157 dan MEKPO

Pengeringan di oven (suhu 105˚C 8 menit)

Urea formaldehida + hardener Pembuatan Core (SGKSL + UF) variasi tebal 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm

Cetak komposit sandwich variasi tebal skin 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, dan 5 mm dan core 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm Postcure suhu 600 C selama 4 Gambar 3.13. Diagram jam Alir Penelitian Pemotongan spesimen (ASTM D 5942) Pengujian Impak charpy

Foto makro

Analisa

Selesai

Gambar 3.13. commit DiagramtoAlir userPenelitian


perpustakaan.uns.ac.id BAB IV DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Kekuatan Impak Komposit Sandwich 4.1.1. Pengaruh Tebal Skin Terhadap Kekuatan Impak Komposit Sandwich Data hasil pengujian impak sandwich core SG-KSL skin komposit serat aren dengan tebal core 10 mm dan Vf skin 30% variasi tebal skin, 2 mm, 3 mm, 4 mm, dan 5 mm ditunjukkan pada tabel 4.1. Di dalam tabel 4.1 ini dipaparkan nilai energi serap dan nilai kekuatan impak pengujian impak komposit sandwich. Energi serap dan kekuatan impak komposit sandwich cenderung meningkat seiring dengan peningkatan tebal skin. Peningkatan ini disebabkan adanya peningkatan kekakuan dari skin sehingga kemampuan spesimen dalam menahan beban impak juga akan meningkat. Pada hasil pengujian komposit sandwich dengan tebal core 10 mm dan tebal skin 2 mm memiliki nilai rata-rata energi serap dan kekuatan impak sebesar 4,310 J dan 0,0179 J/mm2. Sedangkan pada komposit sandwich dengan tebal core 10 mm dan tebal skin 3 mm memiliki nilai energi serap sebesar 4,848 J dan energi impak sebesar 0,0198 J/mm2. Nilai energi serap dan kekuatan impak komposit sandwich dengan tebal skin 3 mm semakin meningkat bila dibandingkan dengan sandwich tebal skin 2 mm. Nilai rata-rata energi serap dan kekuatan impak yang tertinggi terdapat pada variasi komposit sandwich tebal core 10 mm dengan tebal skin 4 mm yaitu sebesar 7,262 J dan 0,0252 J/mm2. sedangkan pada variasi tebal core 10 mm dengan tebal skin 5 mm menunjukkan penurunan nilai yaitu 6,724 J untuk rata-rata energi serap dan 0,022 J/mm2 untuk rata-rata kekuatan impak. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa nilai kekuatan impak paling tinggi terdapat pada komposit sandwich tebal core 10 mm dengan tebal skin 4 mm. Pada komposit sandwich dengan tebal core 10 mm dan tebal skin 5 mm setelah dilakukan pengujian impak ternyata kegagalan yang terjadi pada spesimen adalah patah tetapi bukan pada daerah tumbukan. Padahal seharusnya daerah tumbukan mengalami beban yang paling besar tetapi ternyata kegagalan yang terjadi bukan pada derah tumbukan. Hal ini mengindikasikan bahwa pada daerah yang patah tersebut mengalami konsentrasi tegangan yang mengakibatkan kegagalan terjadi lebih commitkekuatan to user maksimumnya. cepat sebelum komposit sandwich mencapai



Kenaikan kekuatan impak komposit sandwich seiring dengan penambahan tebal skin disebabkan meningkatnya kemampuan komposit sandwich dalam menahan beban maksimum yang terjadi. Dengan kata lain, skin menahan beban sampai dengan batas maksimumnya kemudian beban didistribusikan core pada seluruh luasan, skin dan core memberikan kontribusi optimumnya pada peningkatan kekuatan impak komposit sandwich. Peningkatan kekuatan impak juga didukung oleh tegangan geser core yang meningkat seiring dengan peningkatan tebal skin komposit sandwich. Pada pengujian impak komposit sandwich dengan variasi tebal skin didapatkan data hasil penelitian yang kurang teratur. Hal ini dikarenakan adanya pengaruh dari penambahan tebal skin yang mempengaruhi nilai momen inersia dan kekakuan komposit sandwich. Kurva energi serap dan kurva kekuatan impak dapat kita lihat pada gambar 4.1 dan gambar 4.2 berikut ini :

Gambar 4.1. Kurva hubungan antara energi serap dengan variasi tebal skin

K ekuatan impak (J /mm2 )

0,030 0,025 0,020

R 2 = 0,751

0,015 0,010 0,005 0,000 2

3 4 Tebal S kin (mm)

5

commit to user Gambar 4.2. Kurva hubungan antara kekuatan impak dengan variasi tebal skin.



Tabel 4.1. Nilai energi serap komposit sandwich dengan tebal core 10 mm dan Vf skin 30% variasi tebal skin Tebal skin (mm) 2 3 4 5

Min 2,696 4,042 6,727 4,042

Energi serap(J) Max Rata-rata 5,386 4,310 6,727 4,848 9,401 7,262 10,732 6,724

Tabel 4.2. Nilai kekuatan impak komposit sandwich dengan tebal core 10 mm dan Vf skin 30% variasi tebal skin Kekuatan impak(J/mm2)

Tebal skin (mm)

Min

Max

Rata-rata

2

0,012

0,022

0,0179

3

0,016

0,027

0,0198

4

0,023

0,033

0,0252

5

0,013

0,034

0,0220

4.4.2. Kekuatan impak komposit sandwich core SG-KSL dengan variasi tebal Core Pada pengujian impak dengan variasi tebal core didapatkan nilai energi serap dan kekuatan impak komposit sandwich dengan skin 2 mm dan tebal core 5 mm sebesar 1,214 J dan 0,009 J/mm2. Nilai energi serap dan kekuatan impak meningkat cukup signifikan pada komposit sandwich dengan tebal skin 2 mm dan core 10 mm yaitu menjadi 3,504 J dan 0,015 J/mm2. Pada variasi tebal core 10 mm inilah didapatkan nilai kekuatan impak maksimum. Sedangkan pada komposit sandwich tebal skin 2 mm dan tebal core 15 mm mengalami kenaikan energi serap tetapi kekuatan impaknya lebih kecil dari komposit sandwich dengan tebal core 10 mm. Nilai energi serap dan kekuatan impaknya berturut-turut yaitu 3,638 J dan 0,0123 J/mm2. Pada variasi komposit sandwich dengan tebal skin 2 mm dan tebal core 20 mm memiliki nilai energi serap sebesar 4,714 J dan kekuatan impak yang tidak berbeda jauh dengan komposit sandwich tebal core 15 mm yaitu sebesar 0,125 J/mm2. commit user10 mm memiliki nilai kekuatan Pada komposit sandwich dengan tebaltocore impak tertinggi. Setelah itu nilai kekuatan impak menurun pada komposit sandwich



dengan tebal core 15 mm dan 20 mm. Hal ini terjadi karena dengan adanya peningkatan tebal core maka kekuatan geser core akan semakin menurun. Apabila terkena beban impak, skin sebenarnya masih bisa menahan beban impak secara optimum. Tetapi core akan terlebih dahulu mengalami kegagalan geser akibat beban impak sehingga kekuatan impak komposit sandwich kurang maksimal. Pada komposit sandwich dengan core yang semakin tebal elastisitas komposit sandwich akan meningkat, yang didindikasikan dengan besarnya defleksi yang terjadi. Dengan sifat yang lebih elastis ini maka penetrasi indentor pada core lebih dalam dan mengakibatkan kerusakan yang lebih berat. Tetapi jika kita lihat pada gambar 4.4 yang menggambarkan nilai kekuatan impak, tidak terdapat keteraturan data hasil perhitungan. Hal ini dipengaruhi oleh faktor penambahan ketebalan core yang mempengaruhi peningkatan nilai momen inersia. Nilai kekuatan impak maksimum terdapat pada komposit sandwich dengan tebal core 10 mm. Hal ini disebabkan karena pada komposit sandwich dengan tebal core 10 mm mengalami peningkatan nilai kekuatan impak yang lebih besar bila dibandingkan peningkatan ketebalan komposit sandwich yang menjadi faktor pembagi pada rumus kekuatan impak. Sedangkan pada komposit sandwich tebal core 15 mm dan 20 mm juga mengalami peningkatan nilai kekuatan impak tetapi juga diikuti dengan peningkatan tebal komposit sandwich yang cukup besar sebagai faktor pembagi pada rumus kekuatan impak. Oleh karena itu nilai kekuatan impak komposit sandwich tebal core 15 mm dan 20 mm lebih kecil dari komposit sandwich dengan tebal core 10 mm. Nilai kekuatan impak yang paling rendah terdapat pada komposit sandwich dengan tebal core 5 mm karena bersifat getas. Komposit sandwich ini kurang dapat meredam beban yang bekerja yang diindikasikan dengan kecilnya nilai energi serap pada komposit sandwich ini. Dengan nilai energi serap yang cenderung kecil, maka kekuatan impak dari komposit sandwich ini juga tidak terlalu besar. Komposit sandwich harus didukung dengan perpaduan antara skin dan core yang tepat untuk mendapatkan nilai komposit sandwich yang maksimum. Kurva nilai energi serap dan kurva kekuatan impak komposit sandwich tebal skin 2 mm dengan variasi tebal core dapat kita lihat pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 berikut ini : commit to user


energi serap (J)


7 6 5 4 3 2 1 0

2

R = 0,9262

5

10

15

20

tebal core (mm)

2

K ekuatan impak(J /mm )

Gambar 4.3. Kurva hubungan antara energi serap dengan variasi tebal core

0,020 0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000

R 2 = 0,8134

5

10

15

20

T ebal c ore(mm)

Gambar 4.4. Kurva hubungan antara kekuatan impak dengan variasi tebal core

Data hasil pengujian impak sandwich core SG-KSL skin komposit serat aren Vf skin 30% tebal skin 2 mm dengan variasi ketebalan core 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm ditunjukkan pada tabel 4.3 dan tabel 4.4 berikut ini :

Tabel 4.3. Nilai energi serap komposit sandwich dengan tebal skin 2 mm variasi tebal core Tebal Core Sandwich(mm) 5 10 15 20

Energi Serap(J) Min Max Rata-rata 1,349 2,032 1,214 2,696 4,042 3,504 2,696 4,714 3,638 3,369 6,057 4,714 commit to user


digilib.uns.ac.id

Tabel 4.4. Nilai kekuatan impak komposit sandwich dengan tebal skin 2 mm variasi tebal core Tebal Core Sandwich(mm) 5 10 15 20

Kekuatan Impak (J/mm2) Min Max Rata-rata 0,009 0,013 0,0090 0,011 0,018 0,0150 0,009 0,015 0,0123 0,009 0,016 0,0125

4.2 Pengamatan Makro Penampang Patahan pada Komposit Sandwich Berbagai jenis kegagalan dari hasil pengujian impak yaitu terjadinya gagal geser pada core, patah tunggal, dan patah pada beberapa area, dll. Pengamatan terhadap penampang patahan impak dilakukan secara makro. 4.2.1. Komposit sandwich tebal skin 2 mm Pada komposit dengan tebal skin 2 mm, rata-rata benda uji mengalami kegagalan pada bagian core. Kegagalan disebabkan oleh core SG KSL yang tidak mampu menahan tegangan geser yang bekerja pada core.

Gambar 4.5. Kegagalan pada komposit sandwich tebal skin 2 mm. 4.2.2. Komposit sandwich tebal skin 3 mm Pada komposit sandwich dengan tebal skin 3 mm, kegagalan disebabkan oleh core yang remuk akibat beban impak yang bekerja. Kegagalan ini menyebabkan spesimen patah menjadi beberapa bagian dan terpisah di bagian core.

commit to user Gambar 4.6. Kegagalan pada komposit sandwich tebal skin 3 mm.



4.2.3. Komposit sandwich tebal skin 4 mm pada spesimen dengan tebal skin 4 mm terjadi kegagalan di daerah yang terkena beban impak. Beban impak yang bekerja menyebabkan spesimen patah menjadi dua bagian. Beberapa spesimen mengalami gagal pada core.

Gambar 4.7. Kegagalan pada komposit sandwich tebal skin 4 mm.

4.2.4. Komposit sandwich tebal skin 5 mm Pada komposit sandwich dengan tebal skin 5 mm memiliki kekakuan yang baik. Kegagalan terjadi bukan pada daerah tumbukan karena terjadi distribusi tegangan pada titik tertentu yang mengakibatkan komposit sandwich tidak mencapai kekuatan maksimum.

Gambar 4.8. Kegagalan pada komposit sandwich tebal skin 5 mm.

4.2.5. Komposit sandwich tebal core 5 mm Pada komposit sandwich dengan tebal core 5 mm cenderung bersifat getas. Spesimen dengan tebal core 5 mm secara keseluruhan mengalami patah getas di bagian yang dikenakan beban impak. Permukaan patahan mempunyai profil yang rata.

commit to user Gambar 4.9. Kegagalan pada komposit sandwich tebal core 5 mm.



4.2.6. Komposit sandwich tebal core 10 mm Komposit dengan tebal core 10 mm mengalami kegagalan di bagian core. Sebagian besar kegagalan terjadi karena core remuk karena tidak kuat menahan beban yang bekerja akibat beban impak.

Gambar 4.10. Kegagalan pada komposit sandwich tebal core 10 mm.

4.2.7. Komposit sandwich tebal core 15 mm Pada spesimen uji impak dengan tebal core 15 mm memiliki sifat elastisitas yang cukup bagus. Kegagalan yang terjadi adalah gagal geser pada core.

Gambar 4.11. Kegagalan pada komposit sandwich tebal core 15 mm.

4.2.8. Komposit sandwich tebal core 20 mm Pada komposit sandwich dengan tebal core 20 mm memiliki elastisitas yang bagus. Tetapi karena kekuatan core yang kurang maksimal menyebabkan terjadinya kegagalan pada core yang remuk. Beberapa spesimen yang lain mengalami patah pada bagian yang langsung terkena beban impak dikarenakan skin dan core kurang kuat menahan beban impak yang bekerja.

Gambar 4.12. Kegagalan pada komposit sandwich tebal core 20 mm. commit to user



Kegagalan impak yang terjadi sebagian besar disebabkan oleh kegagalan geser pada core. Kegagalan akibat spesimen bersifat getas terjadi pada komposit sandwich dengan tebal skin 5 mm dan pada komposit sandwich tebal core 5 mm. Komposit sandwich yang bersifat getas ini memiliki penampang patahan yang rata di kedua sisi patahannya. Kegagalan geser pada core terjadi pada spesimen dengan tebal skin 2 mm, 3 mm, 4 mm, tebal core 10 mm, 15 mm, dan 20 mm. Pada beberapa spesimen, kegagalan geser pada core disertai dengan remuk pada bagian core sehingga komposit sandwich patah di beberapa bagian. . Pada beberapa hasil pengujian impak didapatkan bahwa kegagalan tidak selalu terjadi pada daerah yang secara langsung terkena tumbukan. Padahal seharusnya daerah tersebut yang mengalami beban impak secara langsung. Pada percobaan impak charpy. tegangan dari pendulum dikenakan pada skin bagian atas yang mengalami beban desak. Beban ini dapat didistribusikan secara merata oleh matriks ke seluruh bagian skin dan serat aren yang berfungsi sebagai penguat skin. Kemudian beban yang terjadi merambat melalui core dan sampai pada skin bagian bawah yang juga dapat mendistribusikan tegangan yang terjadi secara merata ke bagian dari skin. Pada kasus ini, kegagalan yang terjadi bukan pada daerah tumbukan karena pada proses manufakturing komposit yang tidak mungkin 100 % dapat menghindari adanya cacat. Cacat yang terjadi dapat berupa void atau kurang sempurnanya ikatan antara serat dan matriks. Pada saat beban didistribusikan ke seluruh bagian skin, di beberapa bagian yang mengalami cacat mempunyai kekuatan menahan beban yang lebih rendah dari bagian yang lain dan terjadi distribusi tegangan. Oleh karena itu kegagalan yang terjadi tidak berada pada daerah tumbukan melainkan pada bagian lain yang mengalami cacat.

commit to user


perpustakaan.uns.ac.id BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian dan pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.

Ketangguhan impak komposit sandwich akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya ketebalan skin komposit sandwich. Pada komposit sandwich dengan ketebalan skin 5 mm mengalami penurunan nilai ketangguhan impak daripada komposit sandwich dengan ketebalan skin 4 mm karena terjadinya kegagalan dini sebelum komposit mencapai energi serap yang optimal.

2.

Seiring

dengan

meningkatnya

ketebalan

core

komposit

sandwich,

ketangguhan impak komposit akan meningkat dan mencapai optimum pada ketebalan core 10 mm. Komposit sandwich mengalami penurunan nilai ketangguhan impak pada ketebalan core 15 dan 20 mm karena kekuatan geser core komposit sandwich semakin menurun seiring dengan meningkatnya ketebalan skin.

5.2 Saran

Dari hasil penelitian ini, lebih baik dapat dilanjutkan dengan penelitian dan pengujian yang lainnya seperti uji bending, uji bending dinamis, uji siklis thermal dan pengujian-pengujian lainnya sehingga dapat melengkapi pengetahuan kita tentang kekuatan dari komposit sandwich berpenguat serat aren dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut ini.

commit to user

KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT SANDWICH BERPENGUAT SERAT AREN

Recommend Documents