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

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

KARASTERISTIK CURING 80oC, 100oC dan 120oC KOMPOSIT SERABUT KELAPA

SKRIPSI Untuk memenuhi salah satu syarat Mencapai derajat sarjana S-1

Disusun oleh : HERWIN SIHOTANG NIM: 125214091

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


CURING CHARACTERISTICS OF 80oC, 100oC and 120oC COCONUT FIBER COMPOSITES

FINAL PROJECT As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By: HERWIN SIHOTANG Student Number: 125214091

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






INTISARI Komposit adalah penggabungan dua macam material atau lebih yaitu serat dan matriks. Untuk dapat mengetahui sifat dan karateristik yang baik dari komposit, Beberapa faktor yang perlu diperhatikan, salah satunya adalah curing. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui nilai kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas dari komposit serabut kelapa yang mendapat curing dengan variasi suhu 80oC, 100oC dan 120oC. Penelitian ini menggunakan serat serabut kelapa dengan susunan serat searah. Resin yang digunakan ialah resin polyester, katalis dan hand body sebagai release agent. Dalam pembuatan komposit dengan serat alam ini, perbandingan yang digunakan yaitu 69,7% resin polyester, 0,3% katalis, dan 30% serat. Jumlah resin yang diperlukan untuk satu kali mencetak komposit dengan ukuran cetakan 30 x 20 x 0,5 cm adalah 209,1 ml. Untuk satu kali mencetak diperlukan 129,6 gr serat serabut kelapa, sedangkan setiap satu lapisan diperlukan 64,8 gr serat. Pembuatan komposit ini hanya menggunakan dua lapisan serat. Cara pengambilan data adalah dengan melakukan pengujian tarik pada setiap benda uji komposit yang sudah diberi perlakuan curing dengan variasi suhu 80oC,100oC dan 120oC selama 3 jam. Komposit yang tidak diberi perlakuan curing akan memperoleh hasil dengan kekuatan tarik rata-rata sebesar 21,17 MPa, regangan sebesar 0,84%, dan modulus elastisitas sebesar 1027,67 MPa. Komposit yang diberi perlakuan curing dengan variasi suhu akan memperoleh hasil dengan kekuatan tarik rata-rata sebagai berikut: Pada komposit curing dengan suhu 80oC sebesar 17,88 MPa, regangan sebesar 1,01%, dan modulus elastisitas sebesar 1770,3 MPa. Kekuatan tarik rata-rata pada komposit curing dengan suhu 100oC sebesar 22,92 MPa, regangan sebesar 0,84%, dan modulus elastisitas sebesar 2728,57 MPa. Kekuatan tarik rata-rata pada komposit curing dengan suhu 120oC sebesar 18,24 MPa, regangan 1% dan modulus elastisitasnya 1824 MPa. Kekuatan tarik dan modulus elastisitas rata-rata yang terbaik pada komposit adalah dengan perlakuan curing 100oC, dan regangan ratarata yang terbaik pada komposit adalah dengan yang tidak diberi perlakuan curing. Kata kunci: elastisitas.

Komposit, serat kelapa, curing, kekuatan tarik, regangan, modulus

viii


ABSTRACT Composite is the merger of two or more kinds of material that is fiber and the matrix. To be able to know the nature and characteristics of the good of the composite, several factors need to be, one of which is curing. The purpose of this study was to determine the value of tensile strength, strain and modulus of elasticity of composite coconut fiber gets cured by variations in temperature 80oC, 100oC, and 120oC. This study uses coir fiber with unidirectional fiber arrangement. Resins which is used are polyester resin, catalyst, and hand body as a release agent. In the manufacture of composites with natural fibers, the ratio used is 69,7% polyester resin, 0,3% of the catalyst, and 30% fiber. The amount of resin needed for one print composite with the print size of 30 x 20 x 0,5 cm was 209.1 ml. For one print is required 129,6 grams of fiber coconut fiber, whereas each of the layers required 64,8 grams of fiber. This composite manufacture just use two layers of fibers. How to take data retrieval is to perform tensile tests on each composite test specimens that have been treated with a curing temperature variations 80oC, 100oC, and 120oC for 3 hours. The untreated composites by curing will get results with an average tensile strength of 21,17 MPa, the strain of 0,84%, and a modulus of elasticity of 1027,67 MPa. Composite treated by curing with temperature variation will get results with an average tensile strength as follows: In the composite curing temperature of 80°C at 17,88 MPa, the strain of 1,01%, and a modulus of elasticity of 1770,3 MPa. Average tensile strength to the composite curing at 100°C amounted to 22,92 MPa, the strain of 0,84%, and a modulus of elasticity of 2728,57 MPa. Average tensile strength to the composite curing at 120oC temperature of 18,24 MPa, the strain of 1% and a modulus of elasticity 1824 MPa. The tensile strength and modulus of elasticity of the average of the best in the composite is at 100oC curing treatment, and the average strain of the best in the composite is with untreated curing. Keywords: composite, coconut fiber, curing, tensile strength, strain, modulus of elasticity.

ix


KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus yang oleh tuntunan dan penghiburanNya dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi merupakan salah satu syarat wajib untuk setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma sebelum menulis skripsi. Skripsi ini merupakan salah satu syarat bagi setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma untuk memperoleh ijazah maupun gelar S-1. Dalam penulisan karya tulis ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih atas bantuan dari orang-orang yang sangat berarti, yaitu kepada: 1. Sudi Mungkasi, Ph.D. M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Budi Setyahandana, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi. 4. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. 5. Seluruh staf pengajar dan karyawan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini. 6. Deliana Tumanggor, orang tua saya yang telah mendukung dan membimbing saya hingga dapat selesai. 7. Teman-teman Teknik Mesin Sanata Dharma yang telah membantu dan telah memberi dukungan sehigga skripsi ini dapat selesai. 8. Komunitas Soldier Of Sadar, yang telah banyak memberi semangat saya dalam menyelesaikan skripsi ini.

x


9. Pipin Erixson Sintumorang S.Pd., yang telah membantu dalam pengerjaan skripsi ini. Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah sempurna,karena kesempurnaan adalah milik yang Mahakuasa. Penulis berharap agar melalui skripsi ini memberi pengetahuan dan bermanfaat bagi pembaca karya tulis ini.

Yogyakarta, 30 Agustus 2016

Penyusun

xi


DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.....................................................................................

i

TITLE PAGE................................................................................................

ii

HALAMAN PERSETUJUAN......................................................................

iii

HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................

iv

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

v

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

vi

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

viii

ABSTRACK.................................................................................................

ix

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

x

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

xii

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

xvi

DAFTAR GAMBAR.................................................................................... BAB I PENDAHULUAN.............................................................................

xii 1

1.1

Latar Belakang........................................................................

1

1.2

Rumusan Masalah...................................................................

2

1.3

Tujuan Penelitian....................................................................

2

1.4

Batasan Masalah.....................................................................

3

1.5

Manfaat Penelitian..................................................................

3

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

4

2.1

Komposit ...............................................................................

4

2.1.1

Bahan penyusun Komposit ……......................…….............

5

2.1.2

Phase pertama (Matrik) ....………........................................

6

2.1.3

Polimer .................................................................................

7

2.1.4

Phase kedua (Reiforcing agent) .............................................

9

xii


2.2

Komposit Serat ......................................................................

9

2.2.1

Serat ......................................................................................

10

2.2.2

Partikel ..................................................................................

12

2.2.3

Flake ......................................................................................

12

2.2.4

Bahan-bahan tambahan .........................................................

12

2.2.5

Komposit matrik polimer ......................................................

14

2.2.6

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan FRP ................

15

2.2.6.1

Orientasi serat ........................................................................

15

2.2.6.2

Jenis Komposit serat ..............................................................

17

2.2.6.3

Komposisi dan bentuk serat ..................................................

18

2.2.6.4

Faktor matrik ..........................................................................

18

2.2.6.5

Fase ikatan .............................................................................

19

2.2.6.6

Suhu curing ............................................................................

19

2.2.7

Mekanika komposit ...............................................................

19

2.2.8

Kaidah pencampuran komposit .............................................

20

2.2.9

Rumus perhitungan tegangan dan regangan .........................

22

2.2.10

Kecacatan pada komposit .....................................................

23

2.2.10.1

Kecacatan pada komposit .....................................................

23

2.2.10.2

kecacatan akibat beban tarik transversal ...............................

24

2.2.11

Proses curing .........................................................................

25

2.2.11.1

Oven ......................................................................................

25

2.2.11.2

Minyak panas ........................................................................

26

xiii


2.2.11.3

Lampu ...................................................................................

26

2.2.11.4

Proses curing yang lain .........................................................

26

2.2.12

Tinjauan pustaka ...................................................................

26

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

28

3.1

Skema penelitian ....................................................................

28

3.2

Persiapan benda uji ................................................................

29

3.3.1

Alat ........................................................................................

29

3.3.2

Bahan......................................................................................

31

3.3

Perlakuan alkalisasi pada serat dengan NaOH 5% ................

33

3.4

Perhitungan komposisi komposit ..........................................

34

3.5

Pembuatan benda uji ..............................................................

35

3.6

Standar ukuran benda uji .......................................................

36

3.7

Curing ....................................................................................

36

3.8

Metode penelitian ..................................................................

37

3.8.1

Uji tarik ................................................................................

37

BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN ......................................................

38

4.1

Hasil Penelitian.......................................................................

38

4.1.1

Hasil Pengujian benda uji ......................................................

38

4.3

Pembahasan............................................................................

57

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

60

5.1

Kesimpulan.............................................................................

60

5.2

Saran.......................................................................................

60

xiv


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

61

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

62

xv


DAFTAR TABEL Tabel

2.1

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

7

Tabel

2.2

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

8

Tabel

2.3

Sifat-sifat serat yang digunakan dalam FRP ..................

10

Tabel

2.4

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

11

Tabel

4.1

Dimensi benda uji serat tanpa alkalisasi ......................

39

Tabel

4.2

Kekuatan tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi ............

39

Tabel

4.3

Regangan

dan

modulus

elastisitas

serat

tanpa

perlakuan alkalisasi .......................................................

39

Tabel

4.4

Dimensi benda uji serat dengan perlakuan alkalisasi.....

40

Tabel

4.5

Kekuatan tarik serat dengan perlakuan alkalisasi .........

40

Tabel

4.6

Regangan dan modulus elastisitas serat dengan perlakuan alkalisasi ......................................................

40

Tabel

4.7

Dimensi benda uji matrik .............................................

40

Tabel

4.8

Kekuatan tarik matrik ..................................................

41

Tabel

4.9

Regangan dan modulus elastisitas matrik .....................

41

Tabel

4.10

Dimensi benda uji komposit tanpa curing ....................

41

Tabel

4.11

Kekuatan tarik komposit tanpa curing ..........................

41

Tabel

4.12

Regangan dan modulus elastisitas komposit tanpa Curing ...........................................................................

42

Tabel

4.13

Dimensi benda uji dengan curing 80oC .........................

42

Tabel

4.14

kekuatan tarik komposit dengan curing 80oC ................

42

Tabel

4.15

Regangan dan modulus elastisitas curing 80oC .............

42

Tabel

4.16

Dimensi benda uji dengan curing 100oC .......................

43

Tabel

4.17

kekuatan tarik komposit dengan curing 100oC ..............

43

Tabel

4.18

Regangan dan modulus elastisitas curing 100oC ...........

43

Tabel

4.19

Dimensi benda uji dengan curing 120oC .......................

43

Tabel

4.20

kekuatan tarik komposit dengan curing 120oC ..............

44

Tabel

4.21

Regangan dan modulus elastisitas curing 120oC ...........

44

xvi


Tabel

4.22

Hasil pengujian .............................................................

55

Tabel

4.13

Rata-rata Kekuatan Tarik dan Regangan .......................

56

xvii


DAFTAR GAMBAR Gambar

2.1

Klasifikasi Komposit Berdasarkan Fase Matrik ...........

5

Gambar

2.2

Bentuk-bentuk Reinforcing Sgent ................................

9

Gambar

2.3

Partikel Sebagai Penguat Komposit .............................

12

Gambar

2.4

Flake .............................................................................

13

Gambar

2.5

Orientasi serat ...............................................................

16

Gambar

2.6

Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan Serat .........................................................

17

Gambar

2.7

Interface dan Interphase dalam komposit .....................

21

Gambar

2.8

crack dan Interface .......................................................

21

Gambar

2.9

Kecacatan

pada komposit akibat

beban

tarik

longitudinal ..................................................................

24

Gambar

2.10

kecacatan pada komposit akibat beban tarik transversal

25

Gambar

3.1

skema penelitian ...........................................................

28

Gambar

3.2

Resin yukalac 235 .........................................................

31

Gambar

3.3

Serat Serabut Kelapa ....................................................

32

Gambar

3.4

Aseton ..........................................................................

32

Gambar

3.5

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

33

Gambar

3.6

NaOH kristal ................................................................

33

Gambar

3.7

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

36

Gambar

4.1

Diagram kekuatan tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi

44 45

Gambar

4.2

Diagram regangan serat tanpa perlakuan alkalisasi ....

Gambar

4.3

Diagram modulus elastisitas serat tanpa perlakuan alkalisasi .....................................................................

xviii

45


Gambar

4.4

Diagram kekuatan tarik serat dengan perlakuan alkalisasi ......................................................................

46 46

Gambar

4.5

Diagram regangan serat dengan perlakuan alkalisasi ..

Gambar

4.6

Diagram modulus elastisitas serat dengan perlakuan alkalisasi ......................................................................

47

Gambar

4.7

Diagram kekuatan tarik matrik ....................................

47

Gambar

4.8

Diagram regangan matrik ............................................

48

Gambar

4.9

Diagram modulus elastisitas matrik .............................

48

Gambar

4.10

Diagram kekuatan tarik kompsit serabut kelapa tanpa Curing ..........................................................................

49 49

Gambar

4.11

Diagram regangan tanpa curing ....................................

Gambar

4.12

Diagram modulus elastisitas kompsit serabut kelapa tanpa curing .................................................................

Gambar

4.13

Diagram kekuatan tarik komposit serabut kelapa dengan curing 80oC ......................................................

Gambar

4.14

4.15

4.16

4.17

4.18

4.19

52

Diagram modulus elastisitas serabut kelapa curing 100oC ............................................................................

Gambar

52

Diagram regangan komposit serabut kelapa curing 100oC ............................................................................

Gambar

51

Diagram kekuatan tarik komposit serabut kelapa Curing 100oC ...............................................................

Gambar

51

Diagram modulus elastisitas komposit serabut kelapa curing 80oC ..................................................................

Gambar

50

Diagram regangan komposit serabut kelapa curing 80oC ..............................................................................

Gambar

50

Diagram kekuatan tarik komposit serabut kelapa

xix

53


curing 120oC ................................................................ Gambar

4.20

Diagram regangan komposit serabut kelapa curing 120oC ............................................................................

Gambar

4.21

4.22

54

Diagram modulus elastisitas serabut kelapa curing 120oC ............................................................................

Gambar

53

54

Diagram rata-rata kekuatan tarik komposit serabut kelapa ...........................................................................

56 57

Gambar

4.23

Diagram rata-rata Regangan komposit serabut kelapa

Gambar

4.24

Diagram rata-rata

modulus

elastisitas

komposit

serabut kelapa ..............................................................

57

Gambar

4.25

Komposit serabut kelapa tanpa curing ........................

59

Gambar

4.26

Komposit serabut kelapa curing ..................................

59

Gambar

4.27

Komposit serabut kelapa sebelum uji tarik ...................

59

xx


BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Teknologi ramah lingkungan semakin serius dikembangkan oleh negaranegara di dunia saat ini dan menjadikan suatu tantangan yang terus diteliti oleh para pakar untuk dapat mendukung kemajuan teknologi ini. Salah satunya adalah teknologi komposit dengan material serat alam (Natural Fiber). Tuntutan teknologi ini disesuaikan juga dengan keadaan alam yang mendukung untuk pemanfaatannya secara langsung. Keuntungan mendasar yang dimiliki oleh serat alam adalah jumlahnya berlimpah, memiliki specific cost yang rendah, dapat diperbarui, serta tidak mencemari lingkungan. Kelapa merupakan tanaman perkebunan/industri berupa pohon batang lurus dari family Palmae. Tanaman kelapa (Cocos Nucifera) merupakan tanaman serbaguna atau tanaman yang mempunyai nilai ekonomi tinggi. Seluruh bagian pohon kelapa dapat dimanfaatkan untuk kepentingan manusia, sehingga pohon ini sering disebut pohon kehidupan (tree of life) karena hampir seluruh bagian dari pohon, akar, batang, daun dan buahnya dapat dipergunakan untuk kebutuhan kehidupan manusia sehari-hari. Komposit didefinisikan sebagai penggabungan dua macam material atau lebih dengan fase yang berbeda. Penggabungan di dalam komposit ini adalah penggabungan antara bahan matriks atau pengikat dan reinforcement atau bahan penguat. Dari dua bahan atau lebih yang digabungkan dalam satu bahan komposit ini akan menghasilkan sifat-sifat dari bahan baru yang lebih baik dari atau tidak dimiliki oleh bahan penyusunnya. Komposit serat merupakan perpaduan antara serat sebagai komponen penguat dan matriks sebagai komponen penguat serat. Serat biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih besar daripada matriks dan pada umumnya bersifat ortotropik. Pada saat serat dan matriks dipadukan untuk menghasilkan komposit, kedua komponen tersebut tetap mempertahankan sifat-sifat yang dimilikinya dan secara langsung akan berpengaruh terhadap sifat komposit yang 1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

dihasilkan. Secara khusus dapat dikatakan bahwa harga kekuatan maupun kekakuan komposit terletak diantara kekakuan dan kekuatan serat serta matriks yang digunakan. Dalam artian bahwa kemampuan komposit terdapat antara kemampuan serat dan matriks pengikatnya serta memiliki sifat-sifat dari bahan yang menjadi penyusunnya. Keunggulan komposit dibandingkan dengan bahan logam: 1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam. 2. Sifat fatigue dan toughness yang baik. 3. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi. 4. Daya redam bunyi yang baik. 5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan lebih baik. 6. Dapat dirancang dengan bobot yang ringan. 7. Dapat dirancang dengan keelastisan yang tinggi. 1.2 Rumusan Masalah Komposit merupakan material yang kemampuannya sangat dipengaruhi oleh sifat dan jenis dari bahan yang menjadi penyusun. Untuk mendapat sifat dan karasteristk yang baik dari komposit, maka perlu memperhatikan beberapa faktor, salah satunya adalah curing. Oleh karena itu masalah yang akan diteliti dalam tugas akhir ini adalah bagaimana pengaruh beberapa variasi suhu curing terhadap komposit. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian dalam Skripsi ini mempunyai tujuan yaitu: 1. Untuk mengetahui kekuatan tarik rata-rata, regangan dan modulus elastisitas rata-rata yang diperoleh pada komposit serat alam yang tidak diberi perlakuan curing.


2. Untuk mengetahui kekuatan tarik rata-rata, regangan dan modulus elastisitas rata-rata yang diperoleh pada komposit serat alam yang diberi perlakuan curing dengan variasi suhu 80oC, 100oC dan 120oC. 3. Untuk mengetahui kekuatan tarik, regangan dan modulus elastisitas ratarata yang terbaik dari masing-masing variasi benda uji. 1.4 Batasan Masalah Batasan masalah yang diambil dalam penelitian tugas akhir ini adalah: 1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah uji tarik. 2. Bahan pengikat seratnya adalah komposit. 3. Pengeras yang digunakan adalah katalis. 4. Serat yang digunakan adalah serat serabut kelapa. 5. Cetakan yang dipakai adalah cetakan kaca berukuran 30 cm x 20 cm x 0,5 cm. 6. Proses curing menggunakan oven dengan variasi suhu 80oC, 100oC dan 120oC dengan lama curing selama 3 jam. 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian tentang komposit ini adalah: 1. Hasil penelitian dapat menjadi referensi bagi pembuat dan peneliti yang menggunakan komposit serat alam. 2. Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk penelitian lanjut.


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 komposit Komposit dalam pengertian bahan komposit berarti suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur. Pada umumnya bahan komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) dan bahan pengikat serat tersebut yang disebut matrik. Unsur utama bahan komposit adalah serat. Serat inilah yang terutama menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik yang lain. Seratlah yang menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada komposit sedang matrik bertugas melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat dan getas, seperti: karbon, glass dan boron. Sedang bahan matrik dipilih bahan yang lunak, seperti: plastik dan logam-logam lunak. Bahan

material

yang

digabungkan

atau

dicampur,

biasanya

materialmaterial tersebut memiliki sifat yang lebih baik dari sifat asal pembentuknya, tetapi pada bahan komposit yang menggabungkan dua atau lebih material yang memiliki fase yang berbeda sifat asli dari bahan pembentuk masih terlihat nyata. Pengelompokkan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik atau dapat juga dilihat dari bahan yang menjadi matrik pengikat. Untuk komposit yang dilihat dari bahan penguat dibagi menjadi komposit dengan bahan penguat serat atau penguat non serat. Komposit dengan penguat serat masih dibagi lagi menjadi 2 bagian: 1. Komposit tradisional (komposit alam) yang biasa berupa serat kayu, jerami, kapas, wol, sutera, serat enceng gondok, serat pisang, dll. 2. Komposit sintesis, yaitu komposit yang mempunyai bahan penguat serat yang diproduksi dengan industri manufaktur, dimana komponen-

4


komponennya diproduksi secara terpisah, kemudian digabungkan dengan teknik tertentu agar diperoleh struktur, sifat dan geometri yang diinginkan. Serat sintesis ini dapat berupa serat gelas karbon, nilon dan polyester. Sedangkan untuk penggolongan komposit berdasar fase matriknya dapat dilihat pada Gambar 2.1 beserta penjelasannya:

Gambar 2.1 Klasifikasi Komposit Berdasarkan Fase Matrik 1. Metal Matrix Composite (MMC) adalah komposit dengan fase matriknya berupa logam, komposit ini terbentuk dari campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram. 2.

Ceramic Matrix Composite (CMC) adalah komposit dengan fase matriknya berupa keramik, pada komposit jenis ini untuk reinforce agent digunakan oksida aluminium, karbida silikon, dan serat dengan tujuan untuk meningkatkan sifat tahan terhadap suhu tinggi.

3. Polymer Matrix Composite (PMC) adalah komposit dengan fase matrik polimer, polimer yang digunakan biasa berupa resin thermosetting epoxy, dan polyester dengan reinforce agent berupa fiber. 2.1.1

Bahan Penyusun Komposit Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa komposit merupakan

penggabungan dua macam material atau lebih dengan phase (fase) yang berbeda. Digunakannya istilah phase dalam hal ini untuk menunjukkan bahan tersebut adalah homogen, seperti logam atau keramik yang semua butiranbutirannya mempunyai struktur kristal yang sama.


Penggabungan beberapa fase yang berbeda akan tercipta suatu bahan dengan unjuk kerja (performance) yang dapat lebih baik dari fase-fase awal sebagai penyusunnya. Efek ini dapat disebut dengan synergistic. Ada beberapa bahan yang berfungsi sebagai bahan penyusun suatu komposit. Bahan-bahan tersebut antara lain: phase pertama (matrik), phase kedua (reinforcing), katalis dan bahan tambahan lain. 2.1.1.1 Phase Pertama (Matrik) Matrik adalah suatu bahan utama dalam penyusunan komposit yang berfungsi sebagai pengikat secara bersama-sama, selain itu matrik berfungsi sebagai pelindung serat dari kerusakan eksternal, pelindung filamen terhadap keausan, goresan dan zat kimia ganas, penerus gaya (principal load-carying agent) dari satu serat ke serat lain, mengikat phase reinforcing (khusunya seratserat) dalam sebuah unit struktur, menjaganya pada jarak yang sama, menyumbang beberapa sifat yang diperlukan seperti keuletan dan ketangguhan. Jika dalam pembebanan aksial ada fiber yang putus (patah), maka beban dari sisi fiber yang putus pertama kali akan diteruskan ke matrik selanjutnya baru ke fiber yang lain. Tidak terdapat reaksi kimia yang signifikan antara kedua bahan (matrik dan serat) kecuali untuk menguatkan ikatan pada permukaannya. Juga tidak benar bahwa reaksi antara kedua bahan dapat menimbulkan efek negatif terhadap komposit. Matrik dan phase reinforcing (penguat) saling melengkapi sifatnya satu sama lain. Matrik bahan komposit dapat berupa logam, keramik dan polimer. Logamlogam yang biasa digunakan sebagai bahan pengikat adalah Nikel dan Cobalt. Keramik yang digunakan sebagai matrik antara lain: Alumina (Al2O3), Karbida Boron (B4C), Nitride Boron (BN), Karbida Silikon (SiC), Nitride Silicone (Si3N4), Karbida Titanium (TiC). Polimer yang digunakan sebagai matrik dapat berupa plastik thermosetting (tidak dapat didaur ulang) dengan salah satu contohnya adalah unsaturated polyester atau epoxy dan polimer


thermoplastic (dapat didaur ulang) dengan contohnya antara lain: nilon, polycarbonate, polystyrene, polyvinyl chloride. 2.1.1.1.1

Polimer Polimer merupakan nama lain dari plastik, yaitu molekul yang besar

atau makro molekul yang terdiri dari satuan yang berulang-ulang atau mer. Polimer telah mengambil peran penting dalam teknologi. Hal ini dikarenakan polimer memiliki sifat-sifat seperti ringan, mudah dibentuk. Polimer yang sering dipakai adalah polimer yang sering disebut dengan plastik. Plastik dibagi dalam dua kategori menurut sifat-sifatnya terhadap suhu, yaitu: 1. Thermosetting Polimer kategori termoset ini adalah polimer yang dapat menerima suhu tinggi dan tidak berubah karena panas, contohnya: poliamid, polidifenileter, unsaturated polyester, melamines, silicon, epoksi. 2. Thermoplastik Polimer termoplastik adalah polimer yang tidak dapat menerima suhu tinggi dan dapat dikatakan berubah karena panas, contohnya: polyehterimide, polyphenylene, ethenic, polycarbonates, polystyere, polivinil klorida.

Tabel 2.1 Polymeric Matrix Materials For Fiberglass Polymer

Characteristic and Applications

Thermosetting Epoxies

High strength (for filament-wound vessels)

Polyester

For general structures (usually fabric-reinforced)

Phenolic

High-temperature applications

Silicones

Electrical applications (printed-circuit panels)

Thermoplastic Nylon Polycarbonate Less common, especially good ductility Polystyrene


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

Tabel 2.2 Sifat Epoksi dan Resin Poliester Sifat

Poliester

Epoksi

Kekuatan tarik (MPa)

40-90

55-130

Modulus elastis (GPa)

2,0-4,4

2,8-4,2

Kekuatan impak (J/m)

10,6-21,2

5,3-53

Kerapatan (g/cm3)

1,10-1,46

1,2-1,3


2.1.2.2 Phase Kedua (Reinforcing Agent) Phase penting kedua dalam penyusunan bahan komposit adalah phase penguat (reinforcing agent), phase ini dapat berupa: fiber, partikel, dan flake, berikut akan dijelaskan lebih lanjut mengenai phase penguat.

(a)

(b)

(c)

Gambar 2.2. Bentuk-bentuk Reinforcing Sgent (a) Fiber (b) Partikel (c) Flake 2.2 Komposit Serat Komposit serat merupakan salah satu jenis dari komposit matrik polimer atau Polymer Matrix Composites (PMC). Dimana serat berfungsi sebagai penguat atau reinforcement agents, dan polymer atau plastik berfungsi sebagai matrik atau pengikatnya. Untuk mendapatkan komposit yang lebih baik, dimungkinkan mengkombinasikan dua jenis serat atau lebih. Komposit hybrid. Komposit jenis ini memiliki kekuatan dan kekauan yang lebih baik, tangguh dan lebih tahan terhadap beban kejut, serta lebih ringan. Berikut ini adalah beberapa kenggulan komposit matrik polimer: 1. Tegangan spesifik cukup tinggi. 2. Modulus spesisfik cukup tinggi. 3. Kerapatan rendah. 4. Memiliki tegangan fatik yang baik. 5. Ketahanan korosi yang baik. 6. Stabilitas ukuran yang baik karena koefisien dilatasinya rendah. 7. Sifat-sifat anisotropnya signifikan.


2.2.1 Serat Serat merupakan filamen dari bahan reinforcing. Penampangnya dapat berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal. Diameter dari serat bervariasi tergantung dari bahannya. Jenis fiber ada yang alami (hewan, tumbuhan, dan mineral) dan ada yang sintesis (buatan manusia dari bahan polimer atau keramik) dan logam. Prosentase jenis serat, bentuk serat, jumlah serat, dan orientasi serat yang dipakai dalam membuat komposit menentukan karakteristik komposit yang terbentuk. Beberapa jenis bahan serat yang sering digunakan ialah sebagai berikut: 1. Glass: Digunakan sebagai serat pada matrik polimer. Fiberglass adalah glass-fiber-reinforced plastic (GFRP). Ada dua jenis glass fiber yang umum di pasaran yaitu: serat E-glass dan S-glass. E-glass cukup kuat dan harganya relatif murah, tetapi modulus elastisnya lebih rendah dibandingkan S-glass, S-glass cukup kaku dan memiliki tegangan tarik terbesar diantara bahan serat, hal ini menyebabkan bahan ini menjadi lebih mahal.

Tabel 2.3 Sifat-sifat serat yang digunakan dalam FRP

Material

Tensile

Modulus

Density

strength

(N/cm2 x 106)

(g/cm3)

(N/cm2 x 103) E-glass

345

7,2

2,55

S-glass

450

8,6

2,5

PRD 49-III

275

13

1,45

Boron

275-310

38-41

2,4

Carbon

103-310

69-72

1,4-1,9

Steel wire

206-512

20

7,7-7,8

(Sumber: Rafaat M. Husein, Composite Panel/Panels, halaman 7)


2. Carbon: Karbon dapat menjadi serat dengan modulus elastis tinggi. Di samping kekakuan yang tinggi, karbon memiliki kerapatan dilatasi yang rendah. Serat C (C-fiber) merupakan perpaduan antara grafit dengan karbon amorphous. 3. Boron: Boron memiliki modulus elastis sangat tinggi, tetapi bahan ini mahal sehingga pemakaiannya dibatasi pada komponen peralatan aerospace. 4. Kevlar 49: bahan ini terutama digunakan sebagai serat untuk polimer. Kerapantannya rendah dan memberi kekuatan spesifik (strenght to weight) terbesar untuk semua fiber yang ada. 5. Keramik: Karbide silicon (SiC) dan oksida aluminium (Al2O3) merupakan serat utama yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan ini mempunyai modulus elastis tinggi dan dapat digunakan untuk menguatkan logam-logam dengan kerapatan dan modulus elastisitas rendah seperti aluminium dan magnesium. 6. Logam: Filamen baja (kontinyu atau tidak kontinyu) sering digunakan sebagai serat dalam plastik. Tabel 2.4 Sifat Mekanis Beberapa Serat Alam

Sumber: Building Material and Technology Promotion Council


2.2.2 Partikel Partikel digunakan sebagai phase reinforcing pada logam dan keramik. Penyebaran partikel di dalam komposit tersusun secara random. Mekanisme penguatan partikel ini dipengaruhi oleh ukuran partikelnya. Dalam skala mikroskopis, partikel yang digunakan berupa serbuk sangat halus (kurang dari 1 µm) yang tersebar dalam matrik dengan konsentrasi maksimum 15 %. Serbuk ini akan membuat matrik mengeras dan menghambat gerakan dislokasi yang timbul. Dalam hal ini, sebagian besar beban luar yang diberikan bekerja pada matrik. Peningkatan ukuran partikel sampai ukuran makroskopis, penggunaan partikel dapat mencapai konsentrasi lebih besar dari 25 %. Dalam hal ini beban luar yang diberikan didukung bersama-sama oleh matrik dan partikelnya.

Gambar 2.3 Partikel Sebagai Penguat Komposit 2.2.3 Flake Flake umumnya berbentuk partikel dua dimensi. Misalnya adalah mika mineral (silika K dan Al) dan tale (Mg3Si4O10(OH)2), digunakan sebagai fase reinforcing pada plastik. Bahan ini dengan harga yang relatif murah dan ukurannya bervariasi dengan panjang antara 0,001-1,0 mm dan tebal antara 0,001-0,005 mm.


Gambar 2.4 Flake 2.2.4 Bahan-bahan Tambahan Bahan-bahan tambahan yang digunakan dalam penelitian ini. Ada beberapa bahan tambahan yang memiliki tujuan untuk menghasilkan kualitas komposit yang baik. Bahan-bahannya adalah sebagai berikut: 1. Katalis Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Prosentase katalis dalam suatu bahan komposit relatif kecil (0,01-0,5%). Komposisi katalis pada komposit harus selalu diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama, dan apabila kelebihan katalis maka akan menimbulkan panas yang berlebihan saat proses curing sehingga akan merusak produk komposit yang dibuat. Katalis yang digunakan berasal dari organic peroxide seperti methyl ethyl ketone peroxide dan acetyl acetone peroxide. 2.

Akselerator Akselerator adalah suatu bahan yang biasa digunakan dengan tujuan untuk mempercepat proses curing. Akselerator yang bereaksi dengan katalis di dalam resin polyester akan memberikan reaksi eksoterm antara suhu 80o – 120o. Akselerator yang biasa digunakan adalah cobalt, amine, dan vanadium. Pada


proses curing, perbandingan akselerator sekitar 1% volume resin, sedangkan untuk katalis menggunakan perbandingan volume 0,5% dari volume resin. 3.

Pigmen atau pasta berwarna Pigmen atau pasta pewarna hanya dipergunakan pada akhir proses dari pembuatan FRP, hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya penurunan kemampuan FRP. Apabila pigmen dan pasta pewarna ini digunakan saat produksi, maka harus dipilih bahan yang sesuai sehingga tidak mempengaruhi proses curing. Pada pelapisan akhir (gel coating), perbandingan pigmen atau pasta pewarna adalah 10 - 15% dari berat resin. Beberapa pilihan warna dari pigmen antara lain: zinc yellow, chrome orange, dan red iron oxide.

4.

Release agent Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain: waxes (semir), mirror glass, polyvynil alcohol, film forming, dan oli.

5.

Filer Penggunaan bahan ini dimaksudkan untuk mengurangi biaya dalam produksi. Selain itu filer juga dipergunakan untuk meningkatkan viskositas resin. Penggunaan filer sebagai bahan campuran tidak boleh memiliki 30% dari perbandingan terhadap berat resin. Alumina, calcium carbonate, serbuk silika adalah filer yang sering digunakan sebagai penyusun komposit FRP.

Selain bahan-bahan tesebut diatas, masih ada bahan tambahan lain yang dapat memberi tampilan lebih pada produk FRP. Adiktif sebagai penambah kemampuan elektrik adalah melamine synaturate dan masih banyak bahan tambahan lain yang dapat diaplikasikan pada komposit FRP dengan tujuan meningkatkan mutu dan kualitas produk. 2.2.5 Komposit Matrik Polimer (Fiber Reinforced Polymer) Saat ini, bahan komposit yang sering dimanfaatkan adalah Fiber Reinforced Polymer (FRP), dengan serat yang digunakan dapat berupa serat serabut kelapa, sedangkan matrik yang digunakan dapat berupa resin polyester dan resin epoksi.


Komposit jenis ini mempunyai kandungan serat yang cukup besar (lebih dari 50% volume). Beberapa keunggulan yang dimiliki oleh FRP adalah : 1.

Kerapatan yang rendah

2.

Memiliki tegangan fatik yang baik

3.

Ketahanan terhadap korosi yang baik

4.

Tegangan spesifik tinggi

5.

Modulus spesifik tinggi

6.

Mempunyai stabilitas ukuran yang baik, karena koefisien dilatasi rendah Saat ini bahan berpenguat serat telah mengalami banyak inovasi, peningkatan

mutu, ringan dan relatif murah, serta penggunaanya semakin meluas. Dengan keuntungan yang didapat dari bahan tersebut, maka pengguna terbesar FRP adalah indrustri aerospace, industri pesawat terbang, industri otomotif dan industri alatalat olahraga. 2.2.6 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan FRP Fiber Reinforced Polymer atau FRP adalah suatu bahan komposit yang diperkuat oleh serat yang diikat dalam matrik. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan FRP adalah orientasi serat, panjang, bentuk, komposisi serat, dan sifat mekanik dari matrik serta ikatan yang ada dalam komposit tersebut. 2.2.6.1 Orientasi Serat Dalam komposit, orientasi serat sangat mempengaruhi dan dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit. Secara umum penyusunan dari arah serat tersebut adalah sebagai berikut: 1. Unidirectional, yaitu serat disusun paralel satu sama yang lainnya. Disini kekuatan tarik terbesar terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat. Sedangkan kekuatan yang terkecil pada bahan yang tegak lurus arah serat.


2. Pseudoisotropic, yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada satu titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama. 3. Bidirectional, yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainnya (orthogonal) contohnya pada woven roving. Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah serat 0o dan 90o dan kekuatan terendah terdapat pada arah serat 45o. Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling proporsional, karena pada pemasangan satu arah serat ini dapat memberi kontribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena pemasangan serat yang semakin acak maka konstribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume kecil) sehingga menyebabkan kekuatan komposit semakin menurun.

(a)

(b)

(c) Gambar 2.5 orientasi serat Jumlah serat pada bahan komposit serat dapat dinyatakan dalam fraksi volume serat (Vf) yaitu perbandingan volume serat (Vf) terhadap volume bahan komposit (Vc). Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.


K e k u a t a n

Unidireksional Bidireksional

Pseuidootropic

Fraksi Volume Serat Gambar 2.6 Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan Serat 2.2.6.2 Jenis Komposit Serat Berdasarkan ukuran panjang, serat terbagi menjadi serat kontinyu (continuous) dan tidak kontinyu (discontinuous). Kemampuan serat sangat dipengaruhi oleh ukuran panjang serat pada bahan komposit dalam menahan gaya dari luar. Ukuran serat yang semakin panjang, maka akan semakin efisien menahan gaya dalam arah serat, dan juga secera teori lebih efektif dalam hal transmisi beban dibandingkan serat pendek. Namun dalam hal praktek cukup sulit untuk dibuktikan, karena faktor manufaktur yang tidak memungkinkan untuk menghasilkan kekuatan optimum pada seluruh panjang serat, dan pada serat yang panjang terjadi penerimaan beban yang tidak merata antara serat dan beban. Sebagian serat mengalami ketegangan sedangkan yang lain dalam posisi bebas dari tegangan, sehingga jika komposit tersebut dibebani sampai kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah terlebih dahulu dibanding yang lainnya. Serat yang panjang juga menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara serat dan matrik. Oleh sebab itu bahan komposit serat kontinyu


sangat kuat dan liat jika dibandingkan dengan komposit serat tidak kontinyu. Tetapi adakalanya komposit yang diperkuat dengan serat pendek akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar daripada yang diperkuat dengan serat panjang, yaitu dengan cara pemasangan orientasi pada arah optimum yang dapat ditahan serat. 2.2.6.3 Komposisi dan Bentuk Serat Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai bentuk penampang lingkaran, segitiga, heksagonal atau bentuk yang lain, misalnya bujur sangkar. Diameter suatu serat tergantung pada bahannya, dan bervariasi. Kekuatan serat juga dapat dilihat dari diameter serat itu sendiri. Diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan semakin cepat, namun sebaliknya pertambahan diameter akan mengakibatkan kekuatan semakin berkurang. Perbandingan antara panjang dan diameter serat harus cukup besar, hal ini agar tegangan geser yang terjadi pada permukaan antar serat dan matrik kecil. Berdasarkan komposisi serat, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibagi menjadi: 1. Serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat jerami, serat pisang, serat kapas, serat serabut kelapa dll 2. Serat anorganik, yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan tinggi dan tahan panas (hybrid fiber). 2.2.6.4 Faktor Matrik Sebagai bahan pengikat dalam pembuatan komposit, matrik dibedakan menjadi bermacam-macam jenis. Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik tersebut mempunyai fungsi yang sama yaitu: 1. Sebagai transfer beban, yaitu dengan mendistribusikan beban ke serat yang memiliki modulus kekuatan yang lebih tinggi.


2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya. Pada proses pembuatan komposit, matrik harus mempunyai sifat adhesi yang baik untuk menghasilkan struktur komposit yang baik. Jika sifat adhesinya kurang baik, maka transfer beban tidak sempurna dan menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan serat (debounding failure). 3. Melindungi permukaan serat, permukaan serat cenderung mengalami abrasi yang diakibatkan oleh perlakuan secara mekanik, misalnya gesekan antar serat. 2.2.6.5 Fase Ikatan Kemampuan ikatan antara serat dan matrik dapat ditingkatkan dengan memberikan aplikasi permukaan yang disebut coupling agent. Tujuannya adalah meningkatkan sifat adhesi antara serat dan matrik. Coupling agent diperlakukan pada serat sebagai perlakuan secara kimiawi dalam bentuk sizing (perlakuan permukaan ketika serat pada proses pembentukan) dan finishing (perlakuan yang diterapkan setelah serat dalam bentuk benang). Proses ini juga dapat melindungi dan mencegah terjadinya kerusakan akibat gesekan antar serat sebelum dibuat menjadi struktur komposit. 2.2.5.6 Suhu Curing Pengaruh suhu pada polimer pada proses curing sangat besar. Apabila semakin tinggi suhu pada komposit maka akan mempengaruhi pada kekuatan tariknya yang akan meningkat pula. Tetapi pada regangan akan mengalami penurunan. Suhu curing pada polimer perlu dilakukan untuk meningkatkan kekuatan pada komposit. Kekuatan pada komposit dapat meningkat karena reaksi yang terjadi pada komposit akan lebih sempurna. Suhu curing maksimum dapat terjadi tergantung pada jenis polimer yang digunakan. 2.2.7 Mekanika Komposit Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan sifat bahan teknik konvensional lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya memiliki sifat homogen dan isotropik. Komposit memiliki sifat yang heterogen dan


anisotropik, sifat heterogen komposit terjadi karena komposit tersusun atas dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda sedangkan sifat anisotropik yaitu sifat bahan antara satu lokasi dengan lokasi lainnya mempunyai sifat yang berbeda tergantung pada pengukuran yang dilakukan. Sifat- sifat komposit ditentukan oleh tiga faktor, yaitu: 1. Phase reinforcing sebagai penyusun komposit. 2. Bentuk geometri dari penyusun komposit. 3. Interaksi antar phase penyusun komposit. Mekanika komposit dapat dianalisa dari dua sudut pandang, yaitu dengan analisa mikromekanik bahan komposit dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya, hubungan antara komponen penyusun tersebut dan sifat-sifat akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisa makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa memperhatikan sifat maupun hubungan antara komponen penyusunnya (Robert. J. M., 1975: 11). Jika komposit lamina diambil sebagai komponen dasar analisa bahan komposit, analisa makromekanik dari lamina dapat diambil dari tegangan rata-rata, maupun sifat mekanik rata-rata dari bahan homogen yang ekuivalen. 2.2.8 Kaidah Pencampuran Komposit Dalam pemilihan bahan komposit, haruslah dipilih kombinasi yang optimum dari sifat masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran dengan kombinasi yang optimum akan menghasilkan komposit dengan unjuk kerja yang baik pula. Sifat-sifat komposit ditentukan oleh phase matrik dan phase reinforcing sebagai bahan penyusunnya, bentuk geometri bahan penyusunnya serta interaksi antar phase penyusun komposit. Rongga udara (void), tidak merekatnya phase reinforcing pada phase matrik (interface), rusak atau retaknya serat (crack) dan adanya rongga antara phase reinforcing dan phase matrik (interphase) harus dihindari.


Gambar 2.7 Interface dan Interphase dalam komposit

Gambar 2.8 crack dan Interface Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan meningkatkan regangan serat. Serat yang memiliki sifat getas tetapi memiliki kekuatan tarik tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik yang rendah dan kekuatan regangan yang besar, akan menjadi suatu bahan yang memiliki


sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat inilah yang membuat bahan dari komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan dalam bidang teknik dan industri. Beberapa perhitungan bahan komposit antara lain : 1. Massa komposit (mc) mc = mm+mr

(2.1)

Dengan : mm = massa matrik mr = massa renforce 2. Volume komposit (Vc) Vc = Vm+Vr+Vv

(2.2)

Dengan : Vm = volume matrik Vr = volume reinforce Vv = volume voids (rongga,cacat) 3. Kerapatan komposit (ρc) Ρc =

mc m m  m r (  m   Vc Vc

x V m )  ( r Vc

x Vr )

(2.3)

Dengan : ρm = kerapatan matrik ρr = kerapatan reinforce atau: ρc = (fm x ρm)+(fr x ρr) Dengan: fm =

2.2.9

vm vr dan fr = vc vc

(2.4) (2.5)

Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan Pada pengujian tarik yang dilakukan, hasilnya berupa print-out grafik

hubungan beban dan pertambahan panjang. Untuk menghitung besarnya kekuatan tarik dari pengujian tersebut, maka rumus yang digunakan adalah rumus tegangan, yaitu:


 

p A

(2.6) Dimana:

 = kekuatan tarik (kg/mm2) P = beban (kg) A = luas penampang (mm2) = lebar x tebal

Hasil dari pengujian tarik juga dapat digunakan untuk mencari regangan dari benda uji, yaitu dengan menggunakan rumus: 𝜀=

L × 100% Lo

(2.7)

Dimana: ε = regangan (%) ΔL = pertambahan panjang (mm) Lo = panjang mula-mula (mm) 2.2.10

Kecacatan Pada Komposit Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan

kerusakan suatu bahan komposit, yaitu pembebanan tarik tekan baik dalam arah longitudinal maupun transversal, serta geser. 2.2.10.1 Kecacatan pada Komposit Pada bahan komposit yang diberi beban searah dengan serat. Kecacatan berawal dari serat-serat yang patah pada penampang yang paling lemah. Apabila beban yang diberikan semakin besar, maka semakin banyak serat yang akan patah. Kebanyakan komposit serat tidak sekaligus patah pada waktu yang bersamaan. Variasi kerusakan serat yang patah relatif kecil kurang dari 50% beban maksimum. Jika serat yang patah dalam jumlah yang banyak, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi:


1

Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar, maka serat yang patah akan semakin banyak. Hal ini akan menimbulkan yang disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas (brittle failure).

2

Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul di ujung, serat dapat terlepas dari matrik (debounding) dan komposit akan rusak tegak lurus arah serat.

3

Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang tempat disertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa patahan seperti sikat (brush type).

Gambar 2.9 Kecacatan pada komposit akibat beban tarik longitudinal 2.2.10.2 kecacatan akibat beban tarik transversal Serat pada komposit yang mengalami pembebanan tegak lurus arah serat (transversal), akan mengalami konsentrasi tegangan pada interface antar serat dan matrik itu sendiri. Oleh karena itu, bahan komposit yang mengalami beban transversal akan mengalami kerusakan pada interface. Kerusakan transversal ini juga dapat terjadi pada komposit dengan jenis serat acak dan lemah dalam arah transversal. dengan demikian, kerusakan akibat beban tarik transversal terjadi karena: 1. Kegagalan tarik matrik 2. Debounding pada interface antara serat dan matrik


Gambar 2.10 kecacatan pada komposit akibat beban tarik transversal

2.2.11 Proses Curing Proses curing adalah proses pengeringan bahan-bahan penyusun komposit yang sedang dibuat. Kecepatan dari proses curing ini berbeda-beda tergantung dari katalis dan temperatur lingkungan sekitar dicetaknya bahan komposit tersebut. Diharapkan pada proses curing tersebut dapat mengurangi rongga yang ada di dalam komposit dan merata pada seluruh bagian dari bahan komposit sehingga komposit yang dihasilkan berkualitas baik. Terdapat beberapa macam proses curing, antara lain: oven, minyak panas, lampu, uap panas, autoclave, microwave, dan beberapa proses curing yang lain. 2.2.11.1 Oven Oven dengan gas dan oven dengan listrik bersikulasi udara adalah model umum yang umum digunakan. Model ini tergolong mahal dan dapat digunakan dalam skala besar. Beberapa tekanan sering ditambahkan dalam proses ini dengan shrink tape atau dengan sebuah kantong vakum. Energi yang digunakan jelas lebih besar dibanding proses curing yang lain. Hal ini disebabkan karena energi dipakai untuk memanaskan seluruh ruang termasuk udara, cashing, penyangga oven bahkan lantai juga ikut terkena panas.


2.2.11.2 Minyak Panas Metode dengan minyak panas ini sering dipakai pada komposit atau matrik dengan waktu sangat cepat, biasanya membutuhkan waktu kurang dari 15 menit. Minyak panas digunakan untuk mendapatkan pemanasan yang sangat cepat pada lapisan dan mengurangi kebutuhan akan proses curing dengan metode oven. Suhu curing pada metode ini berkisar antara 150-240°C. 2.2.11.3 Lampu Pada metode ini, panas lampu digunakan pada komposit yang permukaannya dapat memantulkan cahaya. Panas yang dicapai sekitar 171oC. selain mudah dipergunakan, penanganan yang tepat juga diperlukan agar proses curing bisa merata pada seluruh bahan komposit. Metode lain dari proses ini adalah pulsed xenon lamp yang digunakan pada komposit dengan katalis yang peka cahaya. Dapat juga digunakan lampu infra merah, meskipun metode ini jarang digunakan. 2.2.11.4 Proses Curing Yang Lain Proses curing yang lain biasanya menggunakan electron beam, laser, radio frequency (FR) energy, ultrasonic, dan induction curing. Proses-proses ini mempunyai tingkat keefektifan dan keberhasilan yang berbeda-beda dalam pelaksanaan proses curing untuk komposit. 2.2.12

Tinjauan Pustaka Maryanti (2011), telah meneliti tentang Pengaruh Alkalisasi Komposit

Serat serabut kelapa Poliester Terhadap Kekuatan Tarik bahwa: variasi persentase konsentrasi NaOH 0 %, 2%, 5% dan 8% memberikan pengaruh pada permukaan serat dimana konsentrasi NaOH 5% menghasilkan komposit dengan nilai optimum untuk kekuatan tariknya sebesar 97.356 N/mm2, sedangkan tanpa alkalisasi atau alkalisasi 0% menghasilkan komposit dengan kekuatan tarik terendah sebesar 90.144 N/mm2. Perlakuan awal juga sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis suatu serat.


Vinna Marcelia Tamaela (2016), telah meneliti komposit yang diberi perlakuan curing 100oC bila dibandingkan dengan komposit yang diberi perlakuan curing 80oC dan komposit yang tidak diberi perlakuan curing. Nilai regangan ratarata terbaik terdapat pada komposit yang tidak diberi perlakuan curing bila dibandingkan dengan komposit yang diberi perlakuan curing 80oC dan komposit yang diberi perlakuan curing 100oC. Kekuatan tarik rata-rata tertinggi pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 100oC yaitu 5,73 kg/mm2 atau 56,11 MPa, lalu pada yang tidak mengalami proses curing nilai kekuatan tarik rata-rata tertingginya adalah 5,24 kg/mm2 atau 51,34 MPa dan pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 80oC nilai kekuatan tarik rata-rata tertingginya 4,89 kg/mm2 atau 47,89 MPa. Regangan rata-rata terbesar pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 100oC yaitu 1,11%, lalu pada pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 80oC nilai regangan rata-rata terbesarnya adalah 1% dan komposit yang tidak mengalami proses curing nilai regangan rata-rata terbesarnya adalah 1,31%. Nilai modulus elastisitas dari komposit yang tidak mengalami proses curing yang tertinggi adalah 5,64 GPa, dan yang terendah 3,11 GPa. lalu pada komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 80oC nilai modulus elastisitas yang tertinggi adalah 5,42 GPa dan yang terendah 4,67 GPa. dan komposit yang mengalami proses curing dengan suhu 100oC nilai modulus elastisitas yang tertinggi adalah 6,02 GPa dan yang terendah adalah 4,04 GPa. Maka kesimpulan yang dapat diambil dari kedua penelitian tersebut adalah pada komposit serat serabut kelapa harus diberi perlakuan alkalisasi agar kekuatan tarik komposit lebih optimum dan proses curing yang 100oC kekuatan tariknya lebih baik dibanding dengan 80OC dan tidak diberi perlakuan curing.


BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Penelitian Mulai

Pembelian dan peminjaman bahan Serat Alam (serabut kelapa)

Perendaman dengan NaOH 5%

Katalis Mekpo

Pembuatan Benda Uji

Curing

Pengujian : 1. Pengujian tarik

Hasil penelitian

Analisis Kesimpulan

Gambar 3.1 Skema penelitian

28

Resin Yukalac 235


3.2

Persiapan Benda Uji Sebelum pengujian dimulai, alat dan bahan dalam menengerjakan benda uji

perlu dipersiapkan terlebih dahulu. Proses persiapan ini dimulai dengan membeli dan meminjam alat-alat dan bahan yang akan digunakan pada penelitian ini. 3.2.1 Alat Alat alat yang digunakan untuk membuat komposit serat alam ini, yaitu:

a. Cetakan kaca 30 x 20 x 0,5

c. Gerinda

e. Masker

b. Gunting

d. Gelas Ukur 1000cc

f. Spatula Kecil


g. Timbangan digital

i. Kuas

k. Jangka sorong

h. Gelas Beker

j. Sisir

l. Suntikan 5 ml


m. Mesin uji tarik 3.2.2

n. Mesin miling

Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah

sebagai berikut: 1. Resin Resin yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah resin jenis poliester dengan merk Yukalac 235.

Gambar 3.2 Resin yukalac 235


2. Serat Pada penelitian ini serat yang digunakan adalah serat alam (serat serabut kelapa).

Gambar 3.3 Serat Serabut Kelapa

3. Aseton Aseton digunakan untuk membersihkan alat-alat yang terkena sisa-sisa campuran resin dan katalis.

Gambar 3.4 Aseton


4. Katalis Katalis digunakan untuk campuran resin agar proses pengeringan menjadi lebih cepat. Katalis yang digunakan adalah katalis MEKPO ( Methyl Ethyl Ketone Peroxide ).

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

Gambar 3.6 NaOH kristal 3.3 Perlakuan Alkalisasi pada Serat dengan NaOH 5% Perendaman serat dilakukan dengan NaOH 5% selama 2 jam, tujuan dari proses perendaman ini untuk menghilangkan unsur-unsur yang terdapat pada serat tersebut seperti kotoran, minyak, unsur warna dan lain-lain. Setelah itu serat dikeringkan di udara terbuka.


3.4 Perhitungan komposisi komposit Komposisi dalam pembuatan komposit yang dibuat adalah 30% serat, 69,7% resin, dan 0,3% katalis. Perhitungan komposit ini berdasarkan perhitungan volume total pada cetakan. Ukuran cetakan yang dipergunakan adalah 20x30x0,5cm. Berikut ini merupakan perhitungan yang dilakukan : 1) Menghitung volume cetakan Dengan asumsi yang dipakai volume cetakan = volume komposit, sehingga perhitungannya adalah : Volume cetakan = volume komposit Vcet = Vkomp Sehingga volume komposit : Vkomposit = 30cmx20cmx0,5cm = 300 cm3 2) Menghitung volume serat Volume serat (Vserat) = 30% x Vkomposit 30

= 100 x 300 cm3 = 90 cm3 3) Masa serat dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan volume serat : ρ=

M V

, dengan masa jenis serat =1,44

gr⁄ cm3

Sehingga masa seratnya : Mserat = ρserat x Vserat gr =1,44 ⁄cm3 x 90 cm3 Mserat = 129,6 gr 4) Untuk menghitung jumlah resin dapat dihitumng sebagai berikut: Volume resin = 69,7% x Vkomposit =

69,7 100

x 300 cm3

= 209,1cm3


= 209,1 ml 5) Menghitung jumlah katalis yang dipakai : Volume katalis = 0,3% x Vkomposit 0,3

= 100 x 300 cm3 = 0,9 cm3 = 0,9 ml 3.5 Pembuatan benda uji proses pembuatan benda uji tarik ini adalah proses hand lay-up dengan standar ASTM D3039. Dibutuhkan 4 spesimen benda uji untuk suhu Curing. Ada 3 macam variasi suhu Curing yang dipergunakan. sehingga total spesimen yang dibutuhkan ada 12 spesimen. Orientasi serat yang dipergunakan sama, yaitu serat searah dengan jumlah resin dan katalis sama pada tiap jumlah lapisan. Hal ini bertujuan semua lapisan serat memiliki perbandingan resin dan katalis yang sama. Berikut adalah langkah-langkah pembuatan benda uji: 1.

Cetakan disiapkan dan dilapisi dengan hand body terlebih dahulu.

2.

Serat dipotong dengan ukuran 20 x 30 cm sebanyak ± 13 gram. Karena dalam pembuatan benda uji terdiri dari satu sampai 4 lapisan serat.

3.

Campuran resin dan katalis dituang dalam cetakan, dengan urutan resin, kemudian serat, setelah serat dilapisi lagi dengan resin.

4.

Setelah resin diratakan pada dasar cetakan, serat pertama diletakkan di atas resin yang sudah merata pada dasar cetakan. Kemudian dituang kembali dengan resin dan diratakan menggunakan spatula kecil agar resin dapat meresap dalam serat yang telah disusun.

5.

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

6.

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

7.

Setelah kering komposit dapat dikeluarkan dari cetakan.


8.

Setelah kering komposit dapat dipotong dan dibentuk sesuai ukuran yang sudah ditentukan.

9.

Komposit siap dicuring.

3.6

Standar Ukuran Benda Uji Berikut adalah standar ASTM yang digunakan pada penelitian ini:

100

12,5 20

200

Gambar 3.7 Standar Uji 3.7 Curing Setelah pemotongan benda uji, proses selanjutnya adalah proses curing dengan menggunakan oven. Selain untuk meningkatkan kemampuan komposit, proses ini juga bertujuan untuk memperkuat ikatan-ikatan permukaan. Proses curing ini dilakukan dengan 3 variasi suhu suhu yaitu 80oC, 100oC dan 120oC. Lama proses curing dilakukan selama 3 jam. Proses curing ini menggunakan oven yang memiliki skala pengaturan suhu yang dapat diatur, untuk memantau kestabilan suhu di dalam ruang oven, digunakan alat termokopel. Langkah-langkah curing pada benda uji adalah sebagai berikut: 1. Benda uji yang akan dicuring disiapkan, dan ditandai urutan untuk suhu curing. 2. Oven dan termokopel disiapkan, lalu suhu pada oven diatur. 3. Oven dihidupkan selama kurang lebih 30 menit dan dipantau suhunya selama 30 menit dengan termokopel hingga suhu yang dikehendaki sesuai dan stabil.


4. Benda uji dimasukkan ke dalam oven, timer diatur dan suhu terus dipantau dari termokopel. 5. Setelah selesai, benda uji dikeluarkan dari oven. 6. Langkah 3 sampai 5 kembali diulang sampai suhu yang dikehendaki selesai. 7. Komposit yang sudah dicuring siap untuk diuji tarik. 3.8 Metode Penelitian Komposit yang diuji menggunakan metode pengujian tarik dan struktur mikro. Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dari komposit. Struktur mikro dilakukan untuk mengetahui perubahan dari sifat-sifat komposit yang diakibatkan dari beban tarik dan variasi suhu curing. 3.8.1 Uji Tarik Langkah - langkah untuk pengujian tarik dari benda uji komposit adalah sebagai berikut : 1. Benda uji yang sudah dicuring disiapkan. 2. Kertas millimeter blok diletakkan pada printer. 3. Mesin kemudian dinyalakan, lalu benda uji dipasang pada grip. 4. Grip dikencangkan, dan jangan terlalu keras agar tidak merusak benda uji. 5. Pemasangan extensometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur menjadi nol. 6. Nilai beban diatur juga menjadi nol. 7. Kecepatan uji diatur, area start ditekan sebanyak dua kali kemudian tombol down ditekan. 8. Setelah data dari pengujian tarik didapatkan, proses pengujian tarik diulang untuk benda uji komposit selanjutnya sampai selesai.


BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian Dari hasil penelitian pengujian tarik benda uji komposit didapat grafik hubungan beban dan pertambahan panjang. Data-data beban dan pertambahan panjang selanjutnya dapat diolah dan dibuat grafik tegangan dan regangan. 4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Pengujian tarik pada benda uji komposit dilakukan pada spesimen komposit dengan variasi suhu curing 80oC, 100oC dan 120oC dengan lama curing 3 jam. Dari hasil pengujian, didapat print out grafik hubungan beban dengan pertambahan panjang. Dari data tersebut dapat dihitung nilai tegangan dan regangan dari benda uji komposit dari setiap variasi suhu. Berikut adalah langkahlangkah dalam pengujian tarik komposit: 1. Benda uji komposit dibentuk sesuai dengan standar ASTM D 3039 2. Benda uji dipasang pada grip mesin uji tarik. 3. Sesudah mendapatkan nilai beban dan pertambahan panjang, maka kekuatan tarik dari setiap spesimen dapat dihitung dengan menggunakan rumus: A = Luas penampang curing 100OC = Lebar x Tebal = 13,2 x 5.5 = 72,6 mm2 Kekuatan Tarik ( ) =

𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝐴

=

199,4 72,6

= 2,75 kg/mm2 = 26,24 MPa

Dari pertambahan panjang yang sudah diperoleh, regangan dapat dicari sebagai berikut: ∆L = pertambahan panjang = 0,6 mm L0 = panjang mula-mula = 70mm

38


Regangan (  )=

0,6 70

Modulus Elastisitas (E) =

x 100% = 0,86%  = 

26,24 = 3051.16 MPa 0,86

Data hasil pengujian benda uji komposit tanpa curing dan benda uji komposit yang diberi perlakuan curing untuk tiap variasi suhu 80oC, 100oC, 120oC dan tanpa curing dalam Tabel 4.1 – 4.15 Tabel 4.1 Dimensi benda uji serat tanpa perlakuan alkalisasi Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12

3

36

70

2

12

3

36

70

Tabel 4.2 Kekuatan tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi

Spesimen

Kekuatan

Kekuatan

A

Beban

Tarik

Tarik

(mm2)

(kg)

(kg/mm2)

(Mpa)

1

36

43,6

1,21

11,88

2

36

39,3

1,09

10,71

Tabel 4.3 Regangan dan modulus elastisitas serat tanpa perlakuan alkalisasi Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

31,25

70

44,64

26,61

2

31,7

70

45,29

23,65


Tabel 4.4 Dimensi benda uji serat dengan perlakuan alkalisasi Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12

3

36

70

2

12

3

36

70

Tabel 4.5 Kekuatan tarik serat dengan perlakuan alkalisasi

Spesimen

Kekuatan

Kekuatan

A

Beban

Tarik

Tarik

(mm2)

(kg)

(kg/mm2)

(Mpa)

1

36

56,7

1,58

15,45

2

36

46,1

1,28

12,56

Tabel 4.6 Regangan dan modulus elastisitas serat dengan perlakuan alkalisasi Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

25,05

70

35,79

43,18

2

17,9

70

25,57

49,13

Tabel 4.7 Dimensi benda uji matrik Spesimen

Lebar

Tebal

A

Lo

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

1

12,5

4

50

70

2

12,5

4,2

52,5

70

3

13

4,2

54,6

70


Tabel 4.8 Kekuatan tarik matrik

Spesimen

Kekuatan

Kekuatan

A

Beban

Tarik

Tarik

(mm2)

(kg)

(kg/mm2)

(Mpa)

1

50

135,2

2,7

26,49

2

52,5

151,9

2,87

28,18

3

54,6

178,9

3,27

32,04

Tabel 4.9 Regangan dan modulus elastisitas matrik Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

1,5

70

2,14

1237,85

2

1,35

70

1,92

1467,71

3

1,45

70

2,07

1547,83

Tabel 4.10 Dimensi benda uji komposit tanpa curing Spesimen

Lebar (mm)

Tebal (mm)

A (mm)

Lo (mm)

1

13,8

5,25

72,45

70

2

13,8

5,25

72,45

70

3

12,75

5,25

66,93

70

Tabel 4.11 Kekuatan tarik komposit tanpa curing Kekuatan Tarik

Kekuatan

Spesimen

A (mm2)

Beban (kg)

(kg/mm2)

Tarik (MPa)

1

72,45

149,1

2,05

20,16

2

72,45

144,5

1,99

19,54

3

66,93

162,6

2,42

23,81


Tabel 4.12 Regangan dan modulus elastisitas komposit tanpa curing Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

1,95

70

2,78

725,18

2

1,24

70

1,77

1103,95

3

1,15

70

1,64

1451,83

Tabel 4.13 Dimensi benda uji dengan curing 80oC Spesimen

Lebar (mm)

Tebal (mm)

A (mm)

Lo (mm)

1

13,65

5,3

72,345

70

2

12,9

5,5

70,95

70

3

12,55

5,3

66,515

70

4

13,6

5,6

76,16

70

Tabel 4.14 Kekuatan tarik komposit dengan curing 80oC Kekuatan Tarik

Kekuatan

Spesimen

A (mm2)

Beban (kg)

(kg/mm2)

Tarik (MPa)

1

72,345

160,8

2,22

21,80

2

70,95

137,6

1,94

19,03

3

66,515

94,9

1,43

14,00

4

76,16

129,7

3,02

16,71

Tabel 4.15 Regangan dan modulus elastisitas curing 80oC Spesimen

ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

0,61

70

0,87

2502,16

2

1,008

70

1,44

1321,21

3

0,85

70

1,21

1152,64

4

0,35

70

0,50

3341,27



Lebar (mm)

Tebal (mm)

A (mm)

Lo (mm)

1

12,8

5,2

66,56

70

2

12,9

5,35

69,015

70

3

13,2

5,5

72,6

70

Tabel 4.17 Kekuatan tarik komposit dengan curing 100oC Kekuatan Tarik

Kekuatan

Spesimen

A (mm2)

Beban (kg)

(kg/mm2)

Tarik (MPa)

1

66,56

175,3

2,63

25,84

2

69,015

160,2

2,32

22,77

3

72,6

199,4

2,75

26,94


ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

0,6

70

0,86

3014,28

2

0,4

70

0,57

3984,98

3

0,6

70

0,86

3143,43


Lebar (mm)

Tebal (mm)

A (mm)

Lo (mm)

1

12,6

5,25

66,15

70

2

12,8

5,8

74,24

70

3

12,1

5,25

63,53

70


Tabel 4.20 kekuatan tarik komposit dengan curing 120oC Kekuatan Tarik

Kekuatan

Spesimen

A (mm2)

Beban (kg)

(kg/mm2)

Tarik (MPa)

1

66,15

121

1,83

17,94

2

74,24

123,9

1,67

16,37

3

63,53

105,7

1,66

16,32


ΔL (mm)

Lo (mm)

Ԑ (%)

E (MPa)

1

0,7

70

1,00

1794,42

2

0,8

70

1,14

1432,55

3

0,3

70

0,43

3808,39

Dari hasil pengujian tarik berbagai variasi, maka didapatkan diagram kekuatan tarik dan regangan sebagai berikut:


Kekuatan Tarik 12.00 11.80 11.60 11.40 11.20 11.00 10.80 10.60 10.40 10.20 10.00

11.88

10.71

1

2

Spesimen

Gambar 4.1 Diagram kekuatan tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi


Regangan 40.00

35.79

35.00

Regangan (%)

30.00

25.57

25.00

20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 1

2

Spesimen

Gambar 4.2 Diagram regangan serat tanpa perlakuan alkalisasi

Modulus elastisitas (MPa)

Modulus Elastisitas 27.00 26.50 26.00 25.50 25.00 24.50 24.00 23.50 23.00 22.50 22.00

26.61

23.65

1

2

Spesimen

Gambar 4.3 Diagram modulus elastisitas serat tanpa perlakuan alkalisasi


Kekuatan Tarik 18.00


16.00

15.45

14.00

12.56

12.00 10.00 8.00 6.00

4.00 2.00 0.00 1

2

Spesimen

Gambar 4.4 Diagram kekuatan tarik serat dengan perlakuan alkalisasi

Regangan 45.40

45.29

Regangan (%)

45.20 45.00 44.80

44.64

44.60 44.40

44.20 1

2

Spesimen

Gambar 4.5 Diagram regangan serat dengan perlakuan alkalisasi


Modulus elastisitas (MPa)

Modulus Elastisitas 50.00 49.00 48.00 47.00 46.00 45.00 44.00 43.00 42.00 41.00 40.00

43.18

1

2

Spesimen

Gambar 4.6 Diagram modulus elastisitas serat dengan perlakuan alkalisasi

Kekuatan Tarik

Kekuatan Tarik (MPa)

35 30

32.04 26.49

28.18

25

20 15 10 5

0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.7 Diagram kekuatan tarik matrik


Regangan 2.2 2.15

2.14

Regangan (%)

2.1

2.07

2.05 2 1.95

1.92

1.9 1.85 1.8 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.8 Diagram regangan matrik

Modulus Elastisitas Modulus elastisitas (Mpa)

1800.00 1600.00 1400.00

1467.71

1547.83

1237.85

1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00

0.00 1

2

Spesimen

Gambar 4.9 Diagram modulus elastisitas matrik

3


Kekuatan Tarik 30 23.81

Kekuatan Tarik (MPa)

25 20.16 20

19.54

15 10 5

0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.10 Diagram kekuatan tarik komposit serabut kelapa tanpa curing

Regangan 3

2.78

Regangan (%)

2.5 2

1.77

1.64

1.5 1 0.5 0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.11 Diagram regangan komposit serabut kelapa tanpa curing


Modulus Elastisitas 3

2.78

Regangan (%)

2.5 2

1.77

1.64

1.5 1 0.5 0 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.12 Diagram modulus elastisitas komposit serabut kelapa tanpa curing

Kekuatan Tarik


25.00

21.80 19.03

20.00

16.71 14.00

15.00 10.00 5.00 0.00 1

2

3

4

Spesimen

Gambar 4.13 Diagram kekuatan tarik komposit serabut kelapa curing 80oC


Regangan 1.60

1.44

1.40

1.21

Regangan (%)

1.20 1.00

0.87

0.80 0.50

0.60 0.40 0.20 0.00 1

2

3

4

Spesimen

Gambar 4.14 Diagram regangan komposit serabut kelapa curing 80oC

Modulus Elastisitas Modulus Elastisitas (MPa)

4000.00 3341.27

3500.00 3000.00

2502.16

2500.00 2000.00 1321.21

1500.00

1152.64

1000.00

500.00 0.00 1

2

3

4

Spesimen

Gambar 4.15 Diagram modulus elastisitas serabut kelapa curing 80oC


Kekuatan Tarik


28.00 27.00 26.94

26.00 25.00

25.84

24.00 23.00 22.77

22.00 21.00 20.00 1

2

3

Spesimen


Regangan 0.90 0.80

0.86

0.86

Regangan (%)

0.70 0.60 0.57

0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 1

2

3

Spesimen



Modulus Elastisitas (Mpa)

Modulus Elastisitas 4500.00

3984.98

4000.00 3500.00

3143.43

3014.29

3000.00 2500.00 2000.00 1500.00 1000.00 500.00 0.00 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.18 Diagram modulus elastisitas serabut kelapa curing 100oC

Kekuatan Tarik


18.50 18.00 17.94 17.50 17.00 16.50 16.00

16.37

16.32

2

3

15.50 1

Spesimen



Regangan 1.20 1.14

Regangan (%)

1.00 1.00 0.80 0.60 0.40

0.43

0.20 0.00 1

2

3

Spesimen




4000.00 3500.00 3000.00 2500.00 2000.00

1794.42 1432.55

1500.00 1000.00 500.00 0.00 1

2

3

Spesimen

Gambar 4.21 Diagram modulus elastisitas komposit serabut kelapa curing 120oC


Tabel 4.16 Hasil pengujian Kekuatan

Regangan

Modulus

Tarik

(%)

Elastisitas (MPa)

Variasi

Spesimen

(MPa)

Serat Tanpa

1

11,88

44,64

26,61

perlakuan alkali

2

10,71

45,29

23,65

Serat dengan

1

15,45

35,79

43,18

perlakuan alkali

2

12,56

25,57

49,13

1

26,49

2,14

1237,85

2

28,18

1,92

1467,71

3

32,04

2,07

1547,83

1

20,16

2,78

725,18

2

19,54

1,77

1103,95

3

23,81

1,64

1451,83

1

21,80

0,87

2502,16

2

19,03

1,44

1321,21

3

14,00

1,21

1152,64

4

16,71

0,50

3341,27

1

25,84

0,86

3014,28

2

22,77

0,57

3984,98

3

26,94

0,86

3143,43

1

17,94

1,00

1794,42

2

16,37

1,14

1432,55

3

16,32

0,43

3808,39

Matrik

Tanpa curing

Curing 80oC

Curing 100oC

Curing 120oC

Setelah didapatkan hasil dari pengujian dengan ketebalan spesimen yang berbeda, maka hasil kekuatan tarik tertinggi ada komposit curing dengan suhu 100OC yaitu sebesar 26,94 MPa dan Regangan sebesar 0,86%. Dari masing-masing variasi suhu curing dapat diambil nilai rata-rata dari kekuatan tarik dan regangan. Nilai rata-rata yang diperoleh sebagai berikut:


Tabel 4.17 Kekuatan tarik, regangan dan modulus rata-rata Kekuatan Variasi

Modulus

Tarik Rata-rata

Regangan

Elastisitas rata-

(MPa)

Rata-rata (%)

rata (MPa)

11.30

44.96

25.13

alkali

14.01

30.68

46.15

Komposit Matrik

28,90

2,04

1414,52

Komposit Tanpa Curing

21,17

2,06

1027,67

Komposit Curing 80 C

17,88

1,01

1770,30


25,18

0,84

2997,62


16,88

1

1688,00

Serat tanpa perlakuan alkali Serat dengan perlakuan

Kekuatan Tarik Rata-rata Kekuatan Tarik (Mpa)

35.00

28.90

30.00

25.18

25.00

21.17 17.88

20.00 15.00

11.30

14.01

16.88

10.00 5.00 0.00 Serat tanpa Serat alkali dengan alkali

Komposit Komposit Komposit Komposit Komposit Matrik Tanpa Curing 80 C Curing 100 Curing 120 curing C C

Spesimen

Gambar 4.22 Diagram rata-rata kekuatan tarik komposit serabut kelapa


Regangan (%)

Regangan Rata-rata 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00

44.96

30.68

2.04 Serat tanpa alkali

Serat dengan alkali

2.06

1.01

0.76

0.86

Komposit Komposit Komposit Komposit Komposit Matrik Tanpa Curing 80 C Curing 100 Curing 120 curing C C

Spesimen

Gambar 4.23 Diagram rata-rata Regangan komposit serabut kelapa



3500.00 3000.00 2500.00 1770.30

2000.00

1962.79

1416.83

1500.00

1027.67

1000.00 500.00

25.13

46.15

0.00 Serat tanpa alkali

Serat Komposit Komposit Komposit Komposit Komposit dengan Matrik Tanpa Curing 80 Curing 100 Curing 120 alkali curing C C C

Spesimen

Gambar 4.24 Diagram rata-rata modulus elastisitas komposit serabut kelapa 4.2 Pembahasan Dalam pembuatan komposit dengan serat alam ini, perbandingan yang digunakan yaitu 69,7% resin, 0,3% katalis, dan 30% serat. Jumlah resin yang diperlukan untuk satu kali mencetak dengan ukuran cetakan 30 x 20 x 0,5 cm adalah 209,1 ml. Untuk satu kali mencetak diperlukan 129,6 gr serat serabut kelapa, setiap satu lapisan diperlukan 64,8 gr serat. Pembuatan komposit ini hanya menggunakan


dua lapisan serat. Cara pembuatannya yaitu dengan menuangkan 100 ml matrik, kemudian masukkan serat pada cetakan lalu disusun dengan rapi dan merata. Begitu juga dengan lapisan serat yang kedua, setelah dua lapisan serat dimasukkan tutup kembali lapisan yang kedua dengan matrik atau campuran resin dan katalis, kemudian tutup dan tekan dengan perlahan menggunakan penutup cetakan, taruh juga beban diatas penutup cetakan agar tertutup dengan rapat sehingga ukuran yang dihasilkan sesuai dengan ketebalan benda uji. Pengujian tarik komposit yang telah didapatkan menunjukkan bahwa, komposit dengan curing pada suhu 100oC yang memiliki nilai tarik rata-rata tertinggi dari semua variasi yaitu sebesar 22,92 MPa dengan regangan sebesar 0,84% dan modulus elastisitasnya sebesar 2728,57 MPa. Sedangkan komposit tanpa curing tidak jauh berbeda, yaitu memiliki nilai tarik rata-rata 21,17 MPa, regangan sebesar 2,06% dan modulus elastisitasnya sebesar 1027,67 MPa. Perlakuan curing selama 3 jam, pada serat alam ini tidak memiliki pengaruh yang besar, bahkan pada suhu 80oC dan 120oC perlakuan curing membuat penurunan kekuatan tarik. Pada komposit jenis ini sering terjadi kecacatan seperti void (kekosongan) dan permukaan bekas mesin miling dalam pembuatan radius komposit. Voids (kekosongan) yang terjadi pada matrik sangatlah berbahaya, karena pada komposit tersebut fiber tidak didukung oleh matrik, sedangkan fiber selalu akan mentransfer tegangan ke matrik. Hal seperti ini menjadi penyebab munculnya crack, sehingga komposit akan gagal lebih awal. Kekuatan komposit terkait dengan void adalah berbanding terbalik yaitu semakin banyak void maka komposit semakin rapuh dan apabila sedikit void komposit semakin kuat. Pembuatan radius juga mempengaruhi karena bekas mata bor yang tidak rata yang akan membuat celah yang berakibat kecacatan benda uji.


Berikut adalah gambar patahan dan gambar sebelum uji tarik komposit dari hasil pengujian uji tarik:

Gambar 4.19 komposit serabut kelapa tanpa curing

Gambar 4.20 komposit serabut kelapa curing

Gambar 4.21 komposit serabut kelapa sebelum uji tarik


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Setelah penelitian yang telah dilakukan maka hasil kesimpulan penulis yaitu sebagai berikut: 1. Pada komposit yang tidak diberi perlakuan curing diperoleh hasil yaitu kekuatan tarik rata-rata sebesar 21,17 MPa, regangan sebesar 0,84% dan modulus elastisitas sebesar 1027,67 MPa. 2. Komposit yang diberi perlakuan curing dengan variasi suhu memperoleh hasil dengan kekuatan tarik rata-rata sebagai berikut: Pada komposit curing dengan suhu 80oC sebesar 17,88 MPa, regangan sebesar 1,01%, dan modulus elastisitas sebesar 1770,3 MPa. Kekuatan tarik rata-rata pada komposit curing dengan suhu 100oC sebesar 22,92 MPa, regangan sebesar 0,84%, dan modulus elastisitas sebesar 2728,57 MPa. Kekuatan tarik ratarata pada komposit curing dengan suhu 120oC sebesar 18,24 MPa, regangan 1% dan modulus elastisitasnya 1824 MPa. 3. Kekuatan tarik dan modulus elastisitas rata-rata yang terbaik pada komposit adalah dengan perlakuan curing 100oC, dan regangan rata-rata yang terbaik pada komposit adalah dengan yang tidak diberi perlakuan curing. 5.2 Saran 1. Proses hand lay-out cukup sulit untuk mendapat ketelitian yang akurat dan hasil yang bagus, lebih baik menggunakan mesin CNC pada saat pemotongan komposit. 2. Pada saat mencetak komposit untuk menghindari void (kekosongan) gunakan tutup cetakkan yang sesuai ukuran dalam cetakkan dan tekan tutup tersebut dengan perlahan, sehingga semua udara yang bisa menghasilkan void bisa keluar.

60


DAFTAR PUSTAKA Surdia, Tata, dan Saito, S. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramitha. Spiegel, M.R, dan Stephens, L.J. Standar Deviasi by: Schaum’s Outlines Teori dan Soal-soal Statistik, Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga. Annual book of ASTM. 1985. America Society for Testing Material. Philadelphia, PA. Budinski, K. G. Engineering Materials, Properties and Selection. Prentince Hall International, Inc. Jones, R. M. 1975. Mechanics of Composite Materials. New York: Mc Graw Hill. Husein R. M., Composite Panels/Plates Analysis and Design, Technomic Publishing Company, Inc, Pennsylvania, 1986. Shackelford, J. F. Introduction to Materials Science for Engineers. Prentince Hall International, Inc.


LAMPIRAN

M

M

M

S-1

S-2

S-3

Keterangan : M = matrik S = spesimen T = tanpa C = curing A = alkalisasi


T C.

T C.

S-1

S-2

T C. S-3


80o C S-1

80o C S-3

80o C S-2

80o C S-4


100o C

100o C

S-1

S-2

100o C S-3


120o C

120o C

S-1

S-2

120o C S-3


s.T.A. S-1

s.T.A. S-2

s.T.A. S-3


s.A. S-1

s.A. S-2

s.A. S-3

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

Recommend Documents