OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS TESIS perpustakaan.uns.ac.id Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai digilib.uns.ac.id derajat Magister Program Studi Teknik Mesin
Oleh : Sugiyanto NIM. S951002008
MAGISTER TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012
commit to user
HALAMAN PERSETUJUAN OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS
perpustakaan.uns.ac.id
TESIS
digilib.uns.ac.id
SUGIYANTO NIM. S951002008
Komisi Pembimbing
Nama
Tanda Tangan
Pembimbing I
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 197101031997021001
Pembimbing II Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002
Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal 12 Juli 2012
Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pasca Sarjana UNS
Dr. Techn. Suyitno, ST., MT NIP. 197409022001121002 ii
commit to user
Tanggal
27 Juli 2012
27 Juli 2012
HALAMAN PENGESAHAN OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS TESIS
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
SUGIYANTO NIM. S951002008
Tim Penguji Jabatan
Nama
Tanda Tangan
Tanggal
Ketua
Stefanus Adi Kristiawan, ST., M.Sc.(Eng), Ph.D NIP. 196905011995121001
27 Juli 2012
Sekretaris
Eko Surojo, ST., MT NIP. 196904112000031006
27 Juli 2012
Anggota Penguji
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 197101031997021001
27 Juli 2012
Anggota Penguji
Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002
27 Juli 2012
Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan telah memenuhi syarat pada tanggal 27 Juli 2012
Direktur Program Pasca Sarjana UNS
Ketua Prodi Magister Teknik Mesin
Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S NIP. 19610717 1986 1 001
Dr. Techn. Suyitno, ST., MT NIP. 197409022001121002 iii
commit to user
PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa : 1. Tesis yang berjudul : “ OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id SERAT GELAS” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No.17, tahun 2010) 2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.
Surakarta, 27 Juli 2012 Mahasiswa
Sugiyanto NIM. S951002008
iv
commit to user
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul "Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat Gelas". Adapun tujuan penulisan Tesis ini perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Magister Teknik di Prodi Magister Teknik Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan Tesis ini, khususnya kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT selaku pembimbing I 2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT selaku selaku pembimbing II dan Ketua Laboratorium Material Teknik Mesin UNS. 3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, ST., MT selaku Ketua Prodi Magister Teknik Mesin UNS dan Pembimbing Akademik. 4. Para Dosen Prodi Magister Teknik Mesin UNS 5. Bapak Teguh Triyono. ST selaku Ketua Laboratorium Proses Produksi FT UNS. 6. Bapak, Ibu, dan Mertua tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik moril maupun materil. 7. Istri dan kedua anak saya yang setia menemaniku dan memberiku semangat. 8. Maruto Adhi Prabowo, Arifin Muntoha, Endriyanto yang membantu dalam pengujian dan pembuatan spesimen. 9. Rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Mesin UNS. Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan Tesis. Penulis berharap penelitian ini dapat dikembangkan dan dilanjutkan oleh para pembaca.
v
commit to user
Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap Tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Surakarta, Juli 2012
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id Penulis
vi
commit to user
Sugiyanto. 2012.NIM : S951002008 Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat gelas. TESIS. Pembimbing I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.
perpustakaan.uns.ac.id
ABSTRAK
digilib.uns.ac.id
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan komposit serat gelas. Bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN, serat gelas jenis E-Glass. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara hand lay-up. Parameter penelitian ini adalah kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive. Jenis sambungan komposit yang digunakan adalah lap joint. Sesuai dengan ASTM D 5868-95, pengujian geser dengan Universal Testing Machine. Hasil penelitian menunjukkan semakin kasar permukaan semakin tinggi kekuatan geser. Spesimen dengan kekasaran permukaan 12,54 µm kekuatan gesernya 4,37 MPa. Untuk variasi tebal adhesive, semakin tebal adhesive semakin rendah kekuatan gesernya. Berturut-turut, sambungan komposit jenis adhesive kekuatan tertingi pada adhesive epoksi, polyester dan chloroprene. Kata kunci: Komposit, kekasaran, tebal, jenis adhesive, kekuatan geser
vii
commit to user
Sugiyanto. 2012. NIM S951002008, Strength Optimization Glass Fiber Composite Joint. Thesis. Supervisor I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Study of Mechanical Engeneering. Pos-graduate Program of Sebelas Maret University, Surakarta.
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id ABSTRACT
This research aims to investigate the influence of surface roughness, thick and type of adhesive joint strength glass fiber of composite. The composite were made from polyester resin 157 BQTN and glass fiber type E-Glass. Composite was produced by hand lay-up method. The parameter in this research are surface roughness, adhesive thickness and adhesive type. The adhesive were used to embed the composite surface by using a lap joint type. Accordance to ASTM 5868-95, the specimen were conducted to Universal Testing Machine for shear testing. The result shows the high of surface, the higher of shear strenght. The specimen which 12,54 µm of surface roughness has 4,37 MPa of shear strength. For the variation of adhesive thickness, the more thickness of adhesive causes the decreacing of joint strength. Respectevely, the composite joint which has higher strength are epoxy adhesive, polyester and chloroprene. Key words: Composite, roughness, adhesive thickness, adhesive, shear strength
viii
commit to user
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................
i
Halaman Persetujuan ......................................................................................
ii
Halaman Pengesahan ..................................................................................... iii perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Pernyataan Orisinilitas dan Publikasi Ilmiah ..................................................
iv
Kata Pengantar ................................................................................................
v
Abstrak ............................................................................................................
vi
Daftar Isi ........................................................................................................
ix
Daftar Tabel ....................................................................................................
xi
Daftar Gambar.................................................................................................
xii
BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah ...............................................................
1
B. Perumusan Masalah .......................................................................
4
C. Tujuan Penelitian ..........................................................................
4
D. Manfaat Penelitian ........................................................................
5
BAB II. TINJAUN PUSTAKA ......................................................................
6
A. Komposit ......................................................................................
7
B. Adhesive ........................................................................................
11
C. Kekasaran Permukaan ..................................................................
15
D. Tegangan Geser ...........................................................................
15
BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................
17
A. Alat dan Bahan ............................................................................
18
B. Pelaksanaan Penelitian ................................................................
19
C. Diagram Alir Penelitian ...............................................................
20
D. Pengujian Sambungan Komposit ................................................
25
F. Hasil Pengujian Spesimen Sambungan .......................................
27
G. Foto SEM .....................................................................................
28
H. Analisa Data dan Pembahasan .....................................................
28
ix
commit to user
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................
29
A. Kekasaran Permukaan .................................................................
29
B. Tebal Adhesive .............................................................................
32
C. Jenis Adhesive ..............................................................................
35
D. Pembahasan Proses Pengujian ........................................ .............
37
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB V. PENUTUP......................................................................................... 39 A. Kesimpulan ...................................................................................
39
B. Saran .............................................................................................
39
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
40
LAMPIRAN
x
commit to user
DAFTAR TABEL
Tabel 1.
Sifat mekanik dari beberapa jenis serat ........................................
9
Tabel 2. Spesifikasi epoksi......................................................................... 12 perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Tabel 3.
Spesifikasi chloroprene ...............................................................
13
Tabel 4.
Spesifikasi resin polyester............................................................
14
Tabel 5.
Angka kekasaran permukaan ........................................................
22
Tabel 6.
Hasil perhitungan terhadap kekasaran ..........................................
29
Tabel 7.
Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive ...................................
32
Tabel 8.
Hasil perhitungan terhadap jenis adhesive ....................................
35
xi
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Serat gelas acak .........................................................................
9
Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser ............................................................. 16 perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian .................................................. 17 Gambar 4.
Bahan yang digunakan penelitian .............................................
18
Gambar 5.
Diagram alir penelitian ...............................................................
20
Gambar 6.
Kekasaran permukaan ................................................................
22
Gambar 7.
Sambungan tumpang/lap joint ASTM D 5868-95 .....................
22
Gambar 8.
Proses pres pembuatan sambungan komposit ............................
23
Gambar 9.
Sambungan komposit dengan variasi kekasaran ........................
23
Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive .................
24
Gambar 11. Sambungan komposit dengan jenis adhesive polyester .............
25
Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95 .........................
26
Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit .................................
26
Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM ......................................
26
Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi
27
Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive................................
27
Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm ...........
28
Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan ................
29
Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm ............
29
Gambar 20. Ilustrasi alur luasan penampang kerusakan ...............................
30
Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm .....................................
30
Gambar 22. Foto SEM dengan kekasaran 12,54 µm ...................................
30
xii
commit to user
Gambar 23. Konsentrasi tegangan .................................................................
31
Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser ...........
33
Gambar 25. Kerusakan di area komposit .......................................................
33
Gambar 26. Foto SEM dengan tebal adhesive 0,25 mm . .............................. 33 perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Gambar 27. Foto SEM dengan tebal adhesive 1,75 mm . .............................. 34 Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan ............................
35
Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive .............................
36
Gambar 30. Foto SEM dengan polyester .......................................................
36
Gambar 31. Foto SEM dengan chloroprene ..................................................
36
Gambar 32. Alat bantu yang dikembangkan ..................................................
38
xiii
commit to user
BAB I PENDAHULUAN
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
A. Latar Belakang Masalah Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara), konstruksi dan dunia antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain: tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan), murah dan proses pembuatannya mudah. Di bidang transportasi terutama otomotif, penggunaan material komposit sampai sekarang masih berkembang. Hal ini disebabkan karena material logam semakin mahal serta tingkat kebutuhan komponen otomotif semakin besar. Material komposit sebagai pengganti material logam sudah mulai diterapkan seperti di INKA Madiun. Penggunaan material komposit
hampir 60 %
menggantikan bahan dari logam dan pengurangan berat sampai 25%-30%. Adapun serat yang banyak digunakan adalah jenis serat gelas/buatan yaitu serat gelas jenis E – Glass dalam bentuk serat acak maupun serat anyam. Material komposit mempunyai sifat ringan sehingga apabila digunakan untuk konstruksi dan komponen kendaraan akan menghemat pemakaian bahan bakar. Selain itu komposit mempunyai sifat struktur yang dapat disambung antara komposit dengan komposit tanpa harus melalui proses pemanasan dan pemesinan, sehingga akan menghemat energi. Struktur material komposit dapat digunakan sebagai
1
commit to user
2
material sambungan dengan menggunakan suatu adhesive sehingga akan mengurangi ketergantungan material logam sebagai bahan tambahan yang harganya mahal. Dengan penggunaan sambungan material komposit ini dikembangkan untuk mendukung pengembangan konstruksi kendaraan berbahan bakar energi terbarukan. perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Hufenbach (2007) meneliti tentang sistem penyambungan antara kompositlogam aluminium dengan sambungan keling. Kedua material dikenai uji tarik dan geser statis. Pada pengujian ini terjadi kelelahan dan terjadi perambatan retak di sekitar lubang sambungan keling. Penggunaan material komposit pada suatu struktur harus memenuhi kriteria kemampuan, kenyamanan dan keamanan yaitu sambungan (Schwartz 1984). Metode penyambungan yang dapat diterapkan pada material komposit adalah mechanical method, dan adhesive bonding, serta gabungan keduanya. Mechanical method menggunakan baut/pin dan sejenisnya sebagai media penyambung, sedangkan adhesive bonding menggunakan adhesive/perekat sebagai media penyambung (Schwartz 1984). Ketiga metode penyambungan tersebut, adhesive bonding merupakan metode yang paling tepat untuk menyambung elemen-elemen tersebut. Metode ini tidak akan merusak serat dan distribusi beban akan merata, mampu menahan beban yang lebih besar daripada mechanical method, dan penggunaan metode penyambungan ini tidak menambah berat material (Fassio 2005). Menurut Fassio (2005) efisiensi suatu struktur yang terbuat dari elemenelemen
fiber
reinforced
polymer
(FRP),
sangat
dipengaruhi
oleh
kekuatan/ketangguhan sambungannya, sehingga perlu model sambungan yang tepat. Tokgoz (1998) melakukan pengujian tarik terhadap sambungan kayu tipe end
commit to user
3
grained joint, yang meliputi tiga model sambungan, yaitu model half lap joint, mortise and tenon, serta double mortise and tenon. Dari ketiga model sambungan tersebut, half lap joint merupakan model sambungan yang paling kuat. Sambungan adhesive merupakan solusi dalam rangka penghematan bahan perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id dan estetika/kerapian. Sambungan adhesive selalu digunakan secara luas dalam berbagai jenis sambungan struktur yang terbuat dari bahan logam, komposit dan keramik. Selama ini proses penyambungan dilakukan dengan sambungan las, sambungan mur-baut, sambungan keling, brazing dan lain-lain. Penggunaan sambungan adhesive mempunyai kelebihan tentang variasi temperatur, menahan kelembaban, ketahanan terhadap fatik, mudah menyambung bahan yang berbeda, tidak mengubah sifat bahan yang disambung dan mengurangi kemungkinan korosi yang terjadi (Yusep 2005). Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih homogen dan sangat kuat. Penelitian-penelitian yang sudah dilakukan menunjukkan bahwa kekuatan yang diperoleh dari suatu material berbanding lurus dengan biaya yang dikeluarkan. Hal ini tidak menguntungkan karena dapat mengurangi nilai jual terhadap produk tersebut. Mengkaitkan dengan rancangan sambungan, perlu dilakukan suatu rancangan yang efektif dan aman yaitu pemakaian kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive.
commit to user
4
Penelitian mengenai sambungan masih banyak membahas sambungan logam, termasuk penelitian-penelitian di atas, sedangkan sambungan komposit belum banyak yang mempergunakannya. Dengan pertimbangan di atas, maka perlu dilakukan penelitian tentang sambungan komposit-komposit. Sambungan yang perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id digunakan lap joint, yang diperluas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive.
B. Perumusan Masalah Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan, bagaimana pengaruh pemakaian kekasaran permukaan, tebal adhesive serta
jenis adhesive terhadap
kekuatan sambungan?
C. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1.
Mengetahui pengaruh kekasaran permukaan terhadap karakteristik kekuatan sambungan serat gelas.
2.
Mengetahui pengaruh tebal adhesive terhadap kekuatan sambungan serat gelas.
3.
Mengetahui pengaruh jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan
4.
Mengetahui tentang patah permukaan (fracture surface) terhadap kekuatan sambungan serat gelas.
commit to user
5
D. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai kajian teoritis dan praktis bagi pihak-pihak terkait yang berkompeten dalam bidang penelitian dan industri, yaitu: perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 1. Secara teoritis dapat dipakai untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekuatan sambungan material komposit serat gelas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive yang berbeda. 2. Secara praktis dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan bagi bidang industri pemakai material komposit terhadap sambungan yang selama ini memakai sambungan logam. 3. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai salah satu bahan pertimbangan dan referensi untuk membuat penelitian tentang sambungan komposit.
commit to user
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Teknologi material komposit dengan menggunakan serat gelas sebagai penguat telah banyak dikembangan untuk dapat menggantikan material logam. Hal ini disebabkan karena material logam terbatas dan mahal. Serat gelas yang digunakan sebagai penguat komposit tersebut mempunyai berbagai keunggulan, diantaranya; harga murah, mampu meredam suara, ramah lingkungan, mempunyai densitas rendah, dan kemampuan mekanik yang tinggi. Komposit serat gelas banyak digunakan sebagai interior mobil, peredam akustik, body kendaraan dan panel pintu hal ini disebabkan karena penggunaan serat gelas sebagai penguat komposit dapat mengurangi pemakaian material logam hampir 80%. Broughton (2008) meneliti tentang pengaruh panjang ikatan terhadap kekuatan sambungan adhesive dengan uji tarik. Jenis sambungan tipe single-lap joint dengan variasi panjang ikatan 12,5 mm; 25,0 mm; dan 50,0 mm, dengan dimensi spesimen mengacu pada ASTM D 3164-97. Hasil penelitian menunjukkan semakin panjang ikatan, maka semakin kuat sambungan tersebut. Canyurt (2008) melakukan penelitian tentang sambungan model U atau model lurus dengan material komposit-komposit, komposit–aluminium 5083, komposit–logam ST 37. Jenis adhesive Loctite Hysol 9464 A&B dengan ketebalan ta = 0,1 mm, 0,2 mm, 0,4 mm. Pengujian tarik didapatkan tegangan tarik/tekan maksimum pada komposit-logam ST 37 sebesar 37,38 kN.
6
commit to user
7
Brian (2009) mengatakan model sambungan X yang diterapkan pada geladak kapal mengalami kegagalan dalam kasus penekanan dan tarik, hal ini disebabkan oleh beban tarik pada sambungan jenis X akibat cacat pada corenya. Jenis adhesive yang digunakan adalah Reichhold NORPOL FI-177 model isotropic, material elastis perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id dan linier. Pengujian tekan dengan adhesive ini mendapatkan Modulus Young sebesar 289 MPa dan Poisson ratio 0,30 MPa. Antonino (2010) melakukan penelitian antara komposit-logam aluminium menggunakan adhesive adekti dan SP 106, tebal 0,5 dan 1,5 mm dengan sambungan tumpang. Hasil pengujian geser ASTM D1002 menunjukkan
tebal adhesive akan
mempengaruhi tingkat kegagalan pada permukaan logam.
A. Komposit Material komposit adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih yang memilik sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing-masing komponen. Pada bahan komposit bahan pembentuknya masih terlihat seperti aslinya (Budinski 2003). Salah satu bahan komposit adalah plastik yang diperkuat serat. Dipilihnya serat gelas oleh pendesain material karena dapat menghasilkan sifat gabungan yang tidak mungkin diperoleh pada jenis bahan lain seperti ringan, tangguh, tahan korosi, warna tahan lama, transparan, mudah pemrosesannya (Hosen 2001). FRP (Fiber Reinforced Plastic) mempunyai dua unsur bahan yaitu serat dan bahan pengikat serat yang disebut dengan matriks. Unsur utama dari bahan komposit adalah serat, serat inilah yang menentukan karakteristik suatu bahan seperti kekuatan, keuletan, kekakuan dan sifat mekanik yang lain. Serat menahan sebagian
commit to user
8
besar gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks mengikat serat, melindungi dan meneruskan gaya antar serat. 1. Serat Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama yang menahan perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat bahan tersebut, karena minimnya cacat pada material. Selain itu serat juga merupakan unsur yang terpenting, karena seratlah nantinya yang akan menentukan sifat mekanik komposit tersebut seperti kekakuan, keuletan, kekuatan. Serat terdiri dari serat alam (jute, kapas, wol, sutra, dan rami) dan serat sintetis (gelas, karbon, rayon, dan nilon ). Serat gelas Serat gelas banyak digunakan sebagai bahan komposit, seperti yang telah diterapkan di INKA Madiun. Serat gelas mempunyai kekuatan tarik yang tinggi serta tahan terhadap bahan kimia dan mempunyai sifat isolasi yang baik. Sementara kekurangannya dari serat gelas adalah modulus tariknya rendah, massa jenis relatifnya tinggi, sensitif terhadap gesekan dan kekerasannya tinggi. Fungsi utama dari serat gelas adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matriks yang diteruskan ke serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum.
commit to user
9
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 1. Serat gelas acak (Sumber: Justus Semarang, 2011)
Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat gelas jenis E – glass model acak. Serat gelas jenis E-glass adalah salah satu jenis serat yang dikembangkan sebagai penyekat atau bahan isolasi. Jenis ini mempunyai kemampuan bentuk yang baik. Adapun kelebihan serat gelas jenis E-glass adalah produksi tinggi, kekuatan tinggi, densitas relatif rendah, tidak mudah terbakar, tahan terhadap panas, relatif tidak peka terhadap kelembaban, sebagai isolator yang baik. Kekurangan dari serat gelas jenis E-glass adalah modulus rendah, densitas lebih tinggi dibanding dengan serat karbon dan serat organik. Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat gelas (Mueler 2003) Jenis serat No E - glass 1
2
C-glass
Isolator listrik yang Tahan baik
korosi
Kekakuan tinggi
Kekuatan
S-glass
terhadap Modulus lebih tinggi
lebih Lebih tahan terhadap
rendah dari E-glass 3
Kekuatan tinggi
suhu tinggi
Harga lebih mahal Harga lebih mahal dari E-glass
commit to user
dari E-glass
10
Spesifikasi serat gelas jenis E-glass adalah diameter 5-25 mm, kekuatan tarik 1800 MPa, modulus elastisitas 69,0-73,0 GPa, massa jenis 2,55 g/cm3, regangan maksimum 2,5-30 %, spesifik kekuatan tarik 73,4 MPa, spesifik kekakuan 2,98 MPa (Mueler 2003) perpustakaan.uns.ac.id 2. Matriks
digilib.uns.ac.id
Dalam pembuatan sebuah komposit, matriks berfungsi sebagai pengikat bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan oleh faktor lingkungan. Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat yang diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Penelitian ini matriks yang digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin polyester. Matriks resin polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi konstruksi ringan dan harganya murah. Resin polyester ini mempunyai karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Resin polyester dapat digunakan pada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel resin dan keperluannya. Keuntungan lain matriks resin polyester adalah mudah dikombinasikan dengan serat dan dapat digunakan untuk semua bentuk bentuk penguatan plastik. 3.
Fraksi volume Jumlah kandungan serat dalam komposit, merupakan hal yang menjadi perhatian khusus pada komposit berpenguat serat. Untuk memperoleh komposit berkekuatan tinggi, distribusi serat dengan matriks harus merata pada proses pencampuran agar mengurangi timbulnya void.
commit to user
11
B. Adhesive Kata adhesive berasal dari bahasa latin adhaerere yang berarti melekatkan. Secara terminologi, adhesi adalah suatu proses interaksi zat padat maupun cair dari suatu bahan (adhesive atau adherent) dengan bahan yang lain (adherend) pada sebuah perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id permukaan. Adhesive juga harus mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia dan
panas, supaya dalam keadaan tersebut daya adhesive tidak mudah rusak. Adhesive dapat digolongkan menjadi 2 yaitu thermoplastik dan thermosetting. Dalam penelitian ini adhesive yang digunakan dalam sambungan komposit adalah epoksi resin, polyester resin, chloroprene. 1. Epoksi Resin epoksi merupakan jenis resin termoset. Resin epoksi mempunyai kegunaan yang luas dalam industri kimia teknik, listrik, mekanik, dan sipil sebagai bahan perekat, cat pelapis, dan benda-benda cetakan. Resin epoksi mempunyai ketahanan kimia yang baik, tahan terhadap suhu tinggi, sedikit mengalami penyusutan, kekuatan mekanis yang baik. Adhesive ini memiliki kelemahan tidak tahan terhadap larutan asam. Resin epoksi berbentuk cair dengan 2 campuran, satu epoksi hardener tipe general purpose (polyaminoamida), kedua epoksi resin tipe general purpose (bispenola epichlorohidrin) dengan perbandingan 1 : 1.
commit to user
12
Tabel 2. Spesifikasi Epoksi Sifat-sifat Massa jenis Penyerapan air (suhu ruang)
Satuan
Nilai Tipikal
Gram/cm3
1,17
°C
0,2
Kekuatan tarik perpustakaan.uns.ac.id Kekuatan tekan
Kgf/mm2
Kekuatan lentur
Kgf/mm2
12
°C
90
Kgf/mm2
Temperatur pencetakan
5,95 digilib.uns.ac.id 14
Sumber : Justus Semarang, 2011 Produk resin epoksi merupakan kondensat dari isfenol dan epiklorhidrin. Resin epoksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanis dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Sifat lain adalah mempunyai kekuatan tinggi dan suhu tinggi, relatif pada suhu rendah, mudah digunakan, biaya rendah, mampu tahan pada suhu -40°C sampai +100°C (Banea 2009). Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih homogen dan sangat kuat. Resin epoksi juga banyak dipakai untuk pengecoran, pelapisan, dan perlindungan bagian-bagian listrik, campuran cat dan perekat. Resin epoksi, yang telah diawetkan mempunyai sifat daya tahan kimia dan stabilitas dimensi yang baik, sifat listrik yang baik, kuat dan daya lekat pada gelas dan logam yang baik. Resin epoksi digunakan untuk membuat panel sirkuit cetak, tangki, dan cetakan,
commit to user
13
karena resin epoksi tahan aus dan tahan kejut, bahan ini banyak digunakan untuk membuat cetakan tekan untuk pembentukan logam. 2. Chloroprene adhesive Perekat serbaguna dengan kemampuan cepat merekat dan dalam kondisi perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id permukaan kotor serta mampu tahan suhu -40°C sampai +120°C (Banea 2009) dan mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia, sinar matahari, cuaca. Tabel 3. Spesifikasi Chloroprene Sifat-sifat
Satuan
Nilai Tipikal
Spesific grafity
-
1,23
Tensile strength
Psi
4000
Viscocity
Cps
Flexure modulus
Kg/mm
Elongasi
%
4000 2
300 1,6
Sumber : Justus Semarang, 2011 Adhesive ini digunakan menyambung logam dengan logam atau plastik, sebagai perekat untuk lantai, laminasi kertas, tekstil dan sebagai perekat lainnya (Glen 2009). Chloroprene memiliki kekuatan tarik yang tinggi yaitu 20,7-27,6 MPa. Chloroprene tersusun atom monomer-monomer C4H5CL yang membuat rantai molekul yang saling berdekatan. 3. Resin polyester adhesive Resin polyester selain berfungsi sebagai matriks dalam struktur komposit, resin polyester ini sebagai adhesive. Adhesive ini terbentuk dari reaksi antara dipolyalcohol dan asam polibasa (Glen 2009).
commit to user
14
Tabel 4. Spesifikasi resin polyester 157 BQTN-EX Sifat-sifat
Satuan
Nilai Tipikal
Spesific grafity
-
1,215
Barcol hardness
-
40
Heat distortion temp perpustakaan.uns.ac.id Water absorbtion
C
70 digilib.uns.ac.id 0,188
% %
0,466
Tensile strength
Kgf/mm
2
5,5
Flexure strength
Kgf/mm2
9,4
Flexure modulus
Kgf/mm2
300
%
1,6
Elongasi Sumber : Justus Semarang, 2011
Keunggulan dari resin polyester adhesive adalah pengerjaan mudah, proses pengerasan/curing cepat tanpa menimbulkan gas, warnanya terang, dimensinya stabil dan memiliki sifat fisis serta tahanan listrik yang baik. Pemberian bahan tambah katalis MEKPO pada resin polyester berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin polyester/curing pada suhu lebih tinggi. Penambahan katalis dalam jumlah yang banyak akan menimbulkan panas yang berlebih pada proses curing. Hal ini dapat menurunkan kualitas/ merusak produk komposit. Oleh karena itu pemakaian katalis dibatasi maksimal 1% dari volume resin (Justus 2001)
commit to user
15
C. Kekasaran Permukaan Permukaan adalah batas yang memisahkan benda padat dengan sekelilingnya. Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam pemberian adhesive sebagai media penyambung. Proses penyambungan secara lap joint kedua penampang perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id permukaan komposit memerlukan kekasaran. Parameter kekasaran permukaan berguna untuk mengindentifikasi besarnya kekasaran permukaan. Pengukuran kekasaran menggunakan alat pengukur kekasaran (Surface Roughness Tester ). Daniel (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan komposit dengan mesin freis. Parameter yang digunakan adalah kecepatan potong 46 rpm, 70 rpm, 105 rpm didapatkan tingkat kekasaran permukaan sebesar 5,6 µm, 3,6 µm, 3,2 µm. Naven (2009) membuat kekasaran permukaan dengan mesin CNC untuk material pipa komposit. Putaran mesin yang digunakan 4500 Rpm dengan hasil kekasaran minimum 2,3 µm dan maksimum 4,07 µm. Syed (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan dengan mesin bubut untuk pipa komposit bahan serat gelas jenis E-glass dan adhesive yang digunakan epoxy. Variasi kecepatan potong 40 rpm, 60 rpm, 95 rpm, 145 rpm, 225 rpm dengan hasil 3,85 µm, 3,73 µm, 3,40 µm, 3,04 µm, 3,20 µm.
D. Tegangan Geser Tegangan geser merupakan tegangan yang bekerja sejajar atau menyinggung permukaan. Ketika suatu penampang mendapat dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah, dan bekerja secara tangensial pada penampang tersebut, akibatnya benda tersebut cenderung robek melalui penampang tersebut.
commit to user
16
P
Material komposit
Adhesive P Material komposit
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser
Tegangan geser (Popov 1996) :
t=
P …………………………………................................................................. (1) A
Dimana :
t = Tegangan geser (MPa) P = Beban tarik (N) A = Luas penampang geser (mm2)
commit to user
17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
A. Alat dan Bahan perpustakaan.uns.ac.id 1.
digilib.uns.ac.id
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian Keterangan : a) Mesin uji Universal Testing Machine ( UTM ) merk Sans/SHT-1046 b) Timbangan elektronik HR 200 AND c) Universal Milling Machine model Wannan Machine Tool Works d) Surface Roughness Tester SURFOME 120 A
17
commit to user
18
2. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Gambar 4. Bahan yang digunakan dalam penelitian
commit to user
19
Keterangan : a) Serat gelas acak sumber dari PT. Justus Kimia Raya Semarang. b) Resin Unsaturated polyester Yucalac® 157 BQTN-EX. c) Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Perokside) perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id d) Releaser Mirror Glase Wax/FRP Wax, sumber dari PT. Justus e) Adhesive epoxy, f) Chloroprene dari PT. Justus Kimia Raya Semarang.
B. Pelaksanaan dan Pengambilan Data Penelitian a. Pembuatan Spesimen, Pengujian Kekasaran Permukaan, Pengujian Geser di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin UNS. b. Foto SEM dilaksanakan di FMIPA Universitas Negeri Malang.
commit to user
20
C. Diagram Alir Penelitian Mulai
Matriks ( UPRs BQTN 157 EX ) digilib.uns.ac.id
Serat Gelas Acak perpustakaan.uns.ac.id
Spesimen Vf = 0,3 Variabel kekasaran permukaan:(12,54 µm, 8,43 µm, 5,08 µm, 1,36 µm) ( Tebal adhesive 0,25 mm, Adhesive Epoksi) Pengujian Geser, Foto SEM Hasil Tahap I Pembuatan spesimen, Tebal Adhesive: (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm) (Kekasaran 12,54 µm, Adhesive Epoksi)
Pengujian Geser, Foto SEM Hasil Tahap II Pembuatan spesimen, Jenis Adhesive: Epoksi, Polyester, Chloroprene (Kekasaran 12,54 µm, Tebal 0,25 mm)
Pengujian Geser, Foto SEM Hasil Tahap Hasil Akhir
Selesai Gambar 5. Diagram alir penelitian
commit to user
21
Langkah penelitian 1. Persiapan pembuatan spesimen Pembuatan spesimen
menggunakan fraksi volume 30% (0,3) yaitu
perbandingan volume antara serat dan matriks sebesar 30% serat dan 70% perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id matriks. Katalis yang digunakan sebesar 1 % dari berat resin. Spesimen dibuat secara hand lay-up, dimana serat gelas ditempatkan pada dasar cetakan, yang sebelumnya telah dituang campuran resin polyester BQTN 157-EX dan katalis MEKPO. Kemudian di atas serat gelas dituang campuran resin termosetting BQTN 157-EX dan katalis MEKPO sampai semua serat gelas terendam. Cetakan penutup dipasang di atas spesimen dan dibiarkan mengeras pada temperatur ruang selama 2 jam. 2. Pembuatan kekasaran permukaan Dalam pembuatan sambungan komposit, kedua permukaan komposit dikasarkan dengan proses pemesinan menggunakan mesin milling. Variasi kekasaran permukaan yang didapatkan berdasarkan variabel yaitu putaran spindle/kecepatan potong (55 Rpm, 102 Rpm, 178 Rpm, 310 Rpm) dengan kecepatan makan tetap (24,5 feed per menit) dan sudut pahat potong 15º. Kedalaman pemotongan 0,1 mm dibuat seragam. Setelah didapatkan kekasaran permukaan, dilakukan pengukuran kekasaran permukaan dengan Surface Roughness Tester untuk mendapatkan angka kekasaran (Ra) seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5.
commit to user
22
Tabel 5. Angka kekasaran permukaan hasil pengukuran No
Putaran Spindle (Rpm)
Harga Kekasaran (µm)
1
55
12,54
N10
Sangat Kasar
2
102
8,43
N9 - N10
Kasar
178
5,08
301
1,36
N8 – N9 N7
3 perpustakaan.uns.ac.id 4
Angka Kekasaran
Tingkat Kekasaran
Agak Kasar digilib.uns.ac.id Agak Halus
(a)
(b)
(c)
(d) Gambar 6. Kekasaran permukaan a) 12,54 µm, c) 5,08 µm b) 8,43 µm, d)1,36 µm
25,4 mm
3. Pembuatan sambungan komposit
g) h) i) t
64,5 mm 101,6 mm Gambar 7. Sambungan tumpang/lap joint ASTM 5868-95
commit to user
23
a. Kekasaran permukaan Pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95. Dalam pembuatan sambungan komposit dengan variabel kekasaran permukaan sebagai berikut: tebal adhesive 0,25 mm, adhesive yang perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id digunakan epoksi, variasi kekasaran permukaan seperti pada Tabel 5. Untuk menentukan ketebalan sambungan adhesive, diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai tebal ± 0,25 mm (diukur dengan mikrometer). Proses penyambungan dengan cara dipres terlihat Gambar 8. Proses pengeringan selama 24 jam. Setiap variabel berjumlah 5 spesimen seperti Gambar 9. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.
Gambar 8. Proses pres pembuatan sambungan komposit
Gambar 9. Sambungan komposit dengan variasi kekasaran
commit to user
24
b. Tebal adhesive Dalam pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95 dengan variasi tebal adhesive. Variabel yang digunakan adalah tebal (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm), adhesive yang digunakan perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id epoksi serta kekasaran permukaan yang mempunyai kekuatan sambungan paling besar. Adapun cara pembuatan sambungan prinsipnya sama seperti pembuatan sambungan pada kekasaran permukaan. Tebal adhesive diambil secara urut sebesar 0,25 mm dan seterusnya. Untuk menentukan ketebalan adhesive diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai tebal 0,25 mm sampai 1,75 mm (diukur dengan mikrometer). Setelah dilakukan proses penyambungan, selanjutnya dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam. Spesimen sambungan komposit setelah jadi, dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.
Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive
c. Jenis adhesive Jenis adhesive yang digunakan dalam sambungan tumpang/lap joint ini ada 3 yaitu epoxy adhesive, chloroprene adhesive, polyester
commit to user
25
adhesive resin. Ketiga jenis adhesive tersebut dicari jenis adhesive yang mempunyai kekuatan sambungan yang paling kuat atau baik. Dalam pembuatan sambungan jenis adhesive ini menggunakan tebal adhesive 0,25 mm dengan kekasaran permukaan 12,54 µm. Perbandingan perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id pemakaian adhesive epoksi 1 : 1, untuk adhesive resin polyester 100 ml dan 1% katalis, serta chloroprene. Setiap sambungan dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.
Gambar 11. Sambungan komposit dengan adhesive polyester
D. Pengujian Sambungan Komposit Pengujian yang dilakukan adalah pengujian geser di Laboratorium Material Teknik Mesin UNS dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM). 1.
Beban rata-rata dengan kelajuan : 50 mm/menit
2.
Beban maksimum mesin uji tarik : 100 ton
3.
Skema pengujian sesuai ASTM 5868-95
commit to user
26
P
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
P
Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95
Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit
Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM
commit to user
27
E. Hasil Pengujian Spesimen Sambungan 1. Kekasaran permukaan
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id (a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi (a) 12,54 µm (b) 8, 43 µm (c) 5,08 µm (d) 1,36 µm 1.
Tebal adhesive
(a)
(b)
(c)
(d)w
Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive (a) 0,25 mm (b) 0,75 mm (c) 1,25 mm (d) 1,75 mm
commit to user
28
2.
Jenis adhesive
perpustakaan.uns.ac.id(a)
(b)
digilib.uns.ac.id
(c) Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm (a) Adhesive epoksi (b) Adhesive polyester (c) Chloroprene F.. Foto SEM Foto SEM ini digunakan untuk mengetahui tentang ikatan adhesive yang terjadi pada permukaan sambungan komposit.
G. Analisis Data dan Pembahasan Analisa dilakukan dengan cara memproses data yang diperoleh dari hasil pengujian. Dari data tersebut diperoleh nilai kekuatan sambungan. Pengamatan foto SEM dilakukan untuk mendukung analisis dari sifat mekanis yang diperoleh.
commit to user
29
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Kekasaran Permukaan Tabel 6. Hasil perhitungan terhadap kekasaran No Kekasaran permukaan (µm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa) perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 1 1.36 4.26 2 5.08 3.49 3 8.43 3.22 4 12.54 2.93
Tegangan Geser (MPa)
5 4.5 4 3.5 3 2.5 2
Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan 1.5 1 0.5 0 0
2
4
6
8
10
12
14
Kekasaran (µm)
(a)
(b)
Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm 1 2 3 (a)
29
(b)
Keterangan : 1. Kerusakan di komposit 2. Kerusakan di adhesive + polyester 3. Kerusakan di adhesive Gambar 20. Ilustrasi alur luasan penampang kerusakan (a) Alur pendek (b) Alur lebar
commit to user
30
Epoksi
Matriks
Serat Gelas perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm Matriks
Epoksi
Serat gelas
Gambar 22. Foto SEM dengan kekasaran 12,54 µm Semakin kasar permukaan sambungan, semakin tinggi kekuatan gesernya (Gambar 18). Kekuatan geser terendah disebabkan oleh ikatan adhesive epoksi di komposit lemah. Hal ini dibuktikan dengan adanya sebagian serat gelas yang lepas dari komposit. Sementara itu pada permukaan komposit yang lebih kasar memiliki kekuatan ikatan pada permukaan komposit yang kuat sehingga kekuatan gesernya juga lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh permukaan kontak dengan adhesive yang lebih besar pada permukaan yang lebih kasar.menjadikan semakin tinggi pula kekuatan adhesive dalam mengikat komposit. Kekuatan geser yang tinggi juga dibuktikan adanya serat gelas yang terlepas dari komposit cukup banyak (Gambar 19).
commit to user
31
Pengujian geser dengan alur yang pendek menyebabkan mengikatnya adhesive ke permukaan komposit rendah, sementara itu dengan luasan alur yang lebar mengikatnya adhesive semakin kuat (Gambar 20). Sifat mengikat antara campuran matrik polyester dengan adhesive epoksi cukup baik sehingga kerusakan perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id terjadi pada komposit. Konsentrasi tegangan Komposit Gambar 23. Konsentrasi tegangan Kerusakan diawali dari ujung sambungan, sehingga mempengaruhi perubahan bentuk dan akan terjadi konsentrasi tegangan (Gambar 23). Dalam pengujian sambungan komposit alat bantu tidak mampu menjamin terjadinya geser murni, mengakibatkan terjadinya geser desak pada spesimen uji geser. Kemungkinan kerusakan spesimen akan terjadi pada 3 area yaitu komposit, campuran+adhesive, adhesive.Gaya desak arah taransversal akan mengakibatkan gaya desak luaran lateral. Bagian spesimen dari 3 area tersebut diatas akan menyebabkan kerusakan akibat gaya desak. Kerusakan spesimen terjadi pada area komposit. Gambar 21. memperlihatkan kerusakan yang terjadi di daerah komposit, hal ini menunjukkan bahwa campuran antara polyester dan adhesive mempunyai ikatan yang cukup baik. Spesimen sambungan komposit terjadi perubahan bentuk, dimana serat gelas yang lepas dari komposit dari matriks polyester tidak terlalu banyak. Komposit dengan alur kasar adhesive epoksi mengikat di permukaan sambungan akan kuat. Permukaan komposit yang kasar ternyata kerusakan juga terjadi pada kompositnya, hal ini disebabkan komposit serat gelas dengan matriks polyester lebih lemah dibandingkan dengan adhesive epoksi (Gambar 23).
commit to user
32
B. Tebal Adhesive Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive
Tegangan Geser (MPa)
No Tebal adhesive (mm) 1 0.25 perpustakaan.uns.ac.id 2 0.5 3 1.25 4 1.75
Tegangan geser yang dihasilkan (MPa) 4.26 digilib.uns.ac.id 3.49 3.22 2.93
6 5 4 3 2 1
0 Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser 0
0.5
1
1.5
2
Tebal Adhesive mm
Gambar 25. Kerusakan di area komposit
Epoksi
Matriks
Serat Gelas
Gambar 26. Foto SEM dengan tebal 0,25 mm
commit to user
33
Polyester
Epoksi digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id Serat Gelas
Gambar 27. Foto SEM dengan tebal 1,75 mm
Gambar 24. menunjukkan semakin tebal adhesive, kekuatan gesernya semakin turun. Hal ini disebabkan mengikatnya adhesive di permukaan komposit tidak kuat. Gaya geser yang terjadi pada adhesive akan menyebabkan tegangan geser, gaya geser yang diberikan akan menyebabkan regangan geser (γ) yaitu adanya perubahan atau pergeseran adhesive. Perubahan atau pergeseran akibat tebal adhesive berbeda, maka regangan geser akan dipengaruhi oleh tebal tipisnya adhesive pada daerah komposit. Regangan geser akan semakin kecil jika tebal bertambah, sehingga tegangan geser yang bekerja menjadi turun. Hal ini menunjukkan kekuatan komposit serat gelas dengan matriks polyester lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan adhesive epoksi, sehingga kerusakan di 3 area terjadi pada komposit (Gambar 25). Tebal adhesive 0,25 mm memiliki kekuatan geser paling tinggi, tetapi kerusakan terjadi pada kompositnya (Gambar 26). Tebal adhesive 1,75 mm terjadi kerusakan di komposit, hal ini disebabkan permukaan sambungan komposit memiliki kekuatan yang lebih rendah/lemah dibandingkan dengan adhesive yang digunakan,
commit to user
34
hal ini terlihat kemampuan mengikat adhesive di komposit kurang sehingg serat gelas terlepas dari kompositnya (Gambar 27).
C. Jenis Adhesive perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id Tabel 8. Hasil perhitungan jenis adhesive
Jenis adhesive Epoksi Polyester Chloroprene
Tegangan Geser (Mpa)
No 1 2 3
Tegangan geser yang dihasilkan (MPa) 4.48 2.86 0.15
Hubungan antara Variasi Adhesive dengan Tegangan Geser 6 5 4 3 2 1 0 Epoksi
Polyester
Chloroprene
Variasi Adhesive
Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan yang dihasilkan
(a)
(b)
Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive
commit to user
35
Serat gelas Matriks perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Adhesive polyester Gambar 30. Foto SEM pada adhesive polyester
Lem Kuning
Gambar 31. Foto SEM pada adhesive chloroprene
Gambar 28. memperlihatkan sambungan komposit dengan adhesive epoksi memiliki kekuatan geser tertinggi diantara dibandingkan adhesive lain (polyester dan chloroprene. Adhesive epoksi memiliki kekuatan ikatan yang tinggi dengan polyester, karena epoksi dan polyester mempunyai kemiripan unsur kimia yang sama, seperti C, H dan O. Hal yang sama juga terjadi pada adhesive polyester mempunyai kekuatan geser lebih tinggi dibandingkan dengan lem kuning. Hal ini disebabkan adhesive polyester mempunyai sifat mengikat kuat dengan komposit yang terbuat dari matrik polyester. Sambungan dengan adhesive polyester saat pengujian pada 3 area tersebut, terjadi kerusakan di komposit dengan adhesive
commit to user
36
polyester. Namun kekuatan ikatan adhesive chloroprene terhadap polyester jauh lebih rendah, karena unsur-unsur yang terkandung didalalm chloroprene sangat berbeda dengan unsur-unsur yang ada pada polyester (Gambar 29). (Gambar 30). memperlihatkan adhesive polyester dengan matriks polyester terjadi suatu ikatan perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id yang kuat yang ditunjukkan dengan adanya serat gelas yang terlepas dari kompositnya. (Gambar 31). memperlihatkan lem kuning hanya menempel di permukaan komposit, sehingga kerusakan terjadi pada adhesive dan alur pada komposit tampak tanpa adanya lem kuning tersisa.
D. Pembahasan Proses Pengujian 1. Sebelum pengujian, dilakukan mengukur dimensi spesimen sesuai dengan ASTM 5868-95. Hasil pengukuran spesimen sambungan mayoritas tepat ukurannnya sesuai dengan ASTM 5868-95, namun ada ukuran yang lebih atau kurang dengan selisih 0,01 mm. Kemudian dilakukan penjepitan di alat bantu. 2. Proses pengujian, tahap awal pembebanan sampai batas tertentu spesimen akan mengalami pergeseran, jika pada saat itu spesimen dilepas dari tegangan tanpa meninggalkan bentuk. Regangan tetap hanya boleh sampai 0,01%. Jika beban dinaikkan akan perubahan bentuk atau deformasi elastis. Pembebanan terus dinaikkan, maka tegangan akan mencapai titik puncak sehingga spesimen akan sobek. Hal ini akan terlihat bahwa spesimen menahan beban geser maksimum sebesar kN dalam bentuk grafik serta angka pembebanan pada komputer. Hasil beban geser maksimum (P kN) dalam bentuk grafik serta didapatkan data ratarata setiap spesimen yang mempunyai beban yang tertinggi. Hasil pembebanan
commit to user
37
digunakan untuk menghitung tegangan geser dengan beban
dibagi luas
penampang area geser. Tegangan geser hasil perhitungan akan didapatkan nilai tegangan geser yang optimum. 3. Hasil pengujian didapat bahwa ukuran spesimen sambungan digilib.uns.ac.id yang berbeda, perpustakaan.uns.ac.id mempengaruhi besarnya beban yang diterima oleh komposit. Begitu juga alat bantu yang digunakan perlu adanya perbaikan untuk penelitian lebih lanjut (Gambar 32).
Gambar 32. Alat bantu yang dikembangkan
commit to user
38
BAB V PENUTUP
A. KESIMPULAN perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa : 1. Kekasaran suatu permukaan sangat berpengaruh terhadap kekuatan sambungan, tetapi kerusakan sambungan banyak terjadi pada kompositnya. 2. Ketebalan adhesive mempunyai pengaruh terhadap kekuatan sambungan, tetapi kerusakan sambungan juga terjadi pada komposit. 3. Sifat mampu ikat terjadi pada epoksi dan polyéster, sedangkan chloroprene tidak mengikat hanya menempel dipermukaan komposit. 4. Hasil foto SEM untuk mengetahui perbedaan kegagalan ikatan adhesive pada komposit.
B. SARAN Untuk lebih mengembangkan di bidang sambungan komposit, maka penulis memberikan saran : 1. Penelitian lanjutan tentang beberapa jenis sambungan, material yang digunakan, dan jenis adhesive yang lain. 2. Penggunaan alat bantu harus diperhatikan, hal ini sangat berguna apabila untuk menguji tebal adhesive yang tipis.
commit to user
