“SIFAT MEKANIS KOMPOSIT RESIN EPOKSI BERPENGUAT SERBUK KAYU SENGON (PARASERIANTHES FALCATARIA)” Oleh : Isnan Priyadi,Lagiyono,Rusnoto Jurusan Teknik Mesin Universitas Pancasaki Tegal
[email protected]
ABSTRAK Serbuk kayu merupakan limbah yang sering dihasilkan di beberapa pengrajin di berbagai daerah, namun serbuk kayu kurang begitu diperhatikan pemanfaatannya. Oleh karena itu ada pemanfaatan yang perlu dilakukan yaitu dengan menggabungkan dengan resin untuk menciptakan komposit yang lebih baik lagi. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan analisa teknis berupa kekuatan tarik dan kekuatan bendingnya. Serbuk kayu yang akan digunakan akan dilakukan pengayakan dengan diameter 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm sebagai matrik penguatnya. Dari hasil pengujian spesimen dilakukan analisa kekuatan mekanis dengan membandingkan spesimen tanpa matrik penguat. Matrik penguat adalah serbuk kayu yang yang berdiameter 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm yang akan dicampurkan dengan resin epoksi dengan perbandingan 25% serbuk kayu dan 75 % resin epoksi. Dengan perbandingan epoksi dengan hardener adalah 80 % : 20 %. Hasil pengujian didapat harga kekuatan tarik tertinggi yaitu sebesar 2,1703 kgf/mm2. Sedangkan kekuatan tarik terendah adalah pada serbuk kayu dengan diameter 0,5 mm yaitu sebesar 1,7123 kgf/mm2. Kekuatan bending tertinggi yaitu sebesar 16,11 kgf/mm2 pada komposit dengan diameter serbuk 1,5 mm. Kata kunci : Resin Epoksi, Sengon, Serbuk Kayu
ABSTRACT Sawdust is a waste that is often generated in several craftsmen in various areas, but less so cared sawdust utilization. There is therefore a need to use is to combine it with resin to create a better composite. Of this composite will be made to study for technical analysis in the form of tensile strength and strength bending. Sawdust to be used will be sifting with diameter 0,5mm,1mm,1,5mmasamatrixamplifier. From the results of testing specimens analyzed by comparing the mechanical strength of specimens without reinforcing matrix. Matrix amplifier is sawdust diameter 0.5 mm, 1 mm, 1.5 mm to be mixed with an epoxy resin with a ratio of 25% sawdust and 75% epoxy resin. By comparison with the epoxy hardener is 80%: 20%. The test results obtained the highest tensile strength of the price that is equal to 2.1703 kgf/mm2. While the lowest tensile strength is the sawdust with a diameter of 0.5 mm is equal to 1,7123 kgf/mm2. Highest bending strength of 16.11 kgf/mm2 the composite powders with a diameter of 1.5 mm Keywords: Epoxy Resin, Sengon, Wood Powder 1
1. PENDAHULUAN Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap material komposit. Teknologi komposit yang terus berkembang saat ini ternyata mampu mengatasi permasalahan yang timbul pada saat mencampurkan dua jenis atau lebih material dengan karakter berbeda dan tidak mungkin dilakukan secara ilmiah. Dengan teknologi ini, material logam akan dapat dicampurkan dengan material non logam secara baik, demikian juga dengan material sintesis dan meterial alami. Walaupun hasil kedua material ini tidak terpadu secara sempurna, tetapi sering kali hasil perpaduan komposit jauh lebih baik daripada sifat material awal. Komposit adalah kombinasi dari bahan material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui pencampuran yang tak homogen, dimana sifat mekanik dari pembentukannya berbeda. Penelitian tentang komposit telah banyak dilakukan. Ukuran butir dan fraksi volume materil komposit akan mempengaruhi sifat mekanik dari material komposit, fraksi volume dan aspek rasio merupakan faktor penting untuk menentukan kekuatan dari matrik. Resin dalam suatu komposit bisa dipakai sebagai matrik. Resin berfungsi merekatkan komponenkomponen yang ada dan melekatkan keseluruhan bahan pada permukaan suatu bahan (membentuk film). Resin pada dasarnya adalah polymer dimana pada temperatur ruang (atau
temperatur applikasi) bentuknya cair, bersifat lengket dan kental. Ada banyak jenis resin, seperti: natural oil, alkyd, nitro cellulose, polyester, melamine, acrylic, epoxy, polyurethane, silicone, fluorocarbon, venyl, cellolosic, dll. Landasan Teori Kata komposit (composite) yang merupakan kata sifat yng berarti susunan atau gabungan. Komposit berasal dari kata kerja “ to compose “ yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi berlainan secara sederhana bahan komposit adalah bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang. Material komposit terdiri dari dua buah penyusun yaitu filler (bahan pengisi) dan matriks. Adapun definisi dari keduanya adalah sebagai berikut: 1.
2. 3. 4. 5.
6.
7.
Metode Penelitian Bahan Dan Alat Bahan yang digunakan adalah Resin Epoksi produksi PT. INDO CIPTA RASESA dan dengan material penguat dari serbuk kayu sengon. Alat yang diperlukan adalah : Ayakan digunakan untuk mengayak serbukkayu Cetakan spesimen yang terbuat dari bahan aluminium. Pengaduk (mixer) yang digunakan untuk mengaduk semua material yang akan dicampurkan. Timbangan digital untuk mengukur fraksi berat serbuk kayu. Oven digunakan untuk mengeringkan spesimen.
2
8. Kompor listrik digunakan untuk memanaskan campuran material. 9. Dan alat-alat pendukung lainnyaseperti gelas ukur, cuter, ayakan halus dan lain-lain. 10. Grease digunakan umtuk melumasi cetakanspecimen. 11. Mesin uji tarik,Mesin uji bending,Foto mikro Metodologi Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan cara ekperimen yaitu dengan membuat spesimen dari campuran resin epoksi dengan penguat serbuk kayu sengon. Hal yang pertama dilakukan adalah menyaring serbuk kayu sesuai diameter yang diperlukan menimbang serbuk kayu dengan timbangan digital,dengan menghitung fraksi berat dari serbuk kayu sebesar 25 % dari volume spesimen.kemudian 75 % adalah fraksi volume resin dan hardener. Kedua material dicampurkan kedalam gelas ukur dan dipanaskan diatas kompor listrik dengan suhu 800 c selama 1 jam sambil diaduk dengan mixer dengan putaran 1200 rpm selama 1 jam. Setelah itu campuran dituangkan kedalam cetakan spesimen selanjutnya dikeringkan menggunakan oven dengan suhu 800 c selama 1 jam.hal ini dilakukan bertujuan untuk mempercepat proses penngeringan. Proses ini dinamakan curing, selanjutnya spesimen dilepaskan dari cetakan kemudian spesimen dipanaskan kembali di dalam oven selama 1 jam dengan suhu 1200 c. proses ini dinamakan post curing. Spesimen komposit selanjutnya akan di uji sifat mekanisnya, yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan
bending dan foto mikro untuk mengetahui karakteristik dari patahan spesimen komposit tersebut. 2. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pengujian Tarik (Tensile Test) volume cetakan uji tarik adalah : V = PxLxT V = 177 x 19.5 x 4.5 = 15.930 mm3 Tabel 1.1 Perbandingan dan perhitungan komposisi spesimen uji tarik No
Frak si volu me (ml)
Volum e resin( ml)
Volum e serbuk (ml)
Densitas resin (gr/ml)
Densit as serbuk (gr/ml )
Massa resin (gr)
1.
0%
15.9
0
1.2
0.63
19
2.
75%
11.9
3.9
1.2
0.63
14.28
Perbandingan resin epoksi dengan hardener adalah 80 % :20 % Perbandingan sresin dengan srbuk kayu adalah 75 %: 25 %, Volume resin: =15.930 x75 % =11.947 mm3 Jadi, volume epoksi : = 11.947 x 80% = 9.557 mm3, Volume Hardener : =11.947 x 20% = 2.4 mm3 Volume serbuk kayu : =15.930 x 25 % = 3.9 mm3 Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan alat uji tarik, data hasil uji tarik yang diambil merupakan kekuatan tarik rata-rata dari tiga spesimen. Data-data dari hasil pengamatan kemudian dimasukan kedalam persamaan –persamaan sehingga diperoleh besarnya kekuatan tarik. Mesin yang 3
digunakan edalah mesin uji SHIMADZU UH 10000 KNI dengan metode uji JIS Z 2248:1996 sd 2006 ukuran specimenmengacu pada ASTM D 638 M. kemudian dilakukan proses pengujian,
Gamba 2.1. Spesimen uji tarik
Persamaan yang dipakai adalah :
σc= Dimana :
Perbandingan resin dengan hardener adalah 80 % :20 % Perbandingan resin dengan serbuk kayu adalah 75 %: 25 % Volume resin : = 7.429 x 25 % = 5.55 mm3 Jadi, volume epoksi : = 5.55 x 80% = 4.44 mm3 volume hardener : = 5.55 x 20% = 1.11mm3 Volume serbuk kayu : = 7.429 x 25 % = 1.85 mm3
σc = Kekuatan tarik (kgf/mm ) 2
P = Beban maksimal (kgf) A = Luas penampang (mm) Gambar 2.3 Spesimen uji bending
Persamaan yang dipakai adalah :
Gambar 2.2 Grafik hasil kekuatan tarik
Dimana :
σb = kekuatan bending( kgf/mm ) 2
b. Pengujian Bending (Bending Test)
Volume cetakan uji bending adalah : V = PxLxT V = 127 x 12.5 x 4.5 = 7.429 mm3
P = beban maksimum( Kgf) L = jarak tumpuan (mm) b = lebar penampang (mm) h = tebal penampag (mm)
Tabel 1.2 Perbandingan dan perhitungan komposisi spesimen uji bending N o
Frak si volu me (ml)
Volu me resin (ml)
Vol ume serb uk (ml)
Den sitas resi n
Den sitas serb uk(
1.
0%
2.
75%
Mas sa resi n(gr )
Mas sa serb uk (gr)
(gr/ ml)
gr/ ml)
7.4
0
1.2
0.63
8.88
0
5.55
1.85
1.2
0.63
6.66
1.16
Gambar 2.4 Grafik hasil kekuatan bending
4
Foto mikro
Gambar 2.5 Serbuk kayu 0.5 mm
Gambar 2.6 Serbuk kayu 1 mm
Gambar 2.7 Serbuk kayu 1.5mm
Berdasarkan penelitian pada komposit serbuk kayu tersebut yang terdiri dari pengujian tarik dan pengujian bending yang menggunakan fraksi volume resin 75 % dan serbuk kayu 25 % dengan variasi diameter serbuk kayu 0.5 mm. 1mm ,1.5 mm. Pengujian tarik yang menggunakan standar ASTM D638 M dan untuk pengujian lengkung menggunakan standar ASTM 790. Cetakan menggunakan bahan material yang terbuat dari alumunium. Proses pengeringan specimen menggunakan oven dengan temperatur 1200c selama 1 jam. Pada penelitian ini telah dilakukan pengujian tarik dan pengujian lengkung sehingga menghasilkan data kekuatan tarik dan kekuatan bending.yaitu :
1. Pada pengujian tarik specimen tanpa serbuk pada specimen I dengan hasil beban maksimum 119.62 kgf, luas penampang 66 mm2 dan kuat tarik 1.8125 kgf/mm2.Sedangkan pada specimen II dengan hasil beban maksimum 151,75 kgf, luas 2 penampang 68,79 mm dan kuat tarik 2,2036 kgf/mm2 . pada specimen III dengan hasil beban maksimum 92,41 kgf, luas 2 penampang 67.65mm dan kuat tarik 1.3432 kgf/mm2 . sehingga rata-rata kuat tariknya adalah 1.7871 kgf/mm2 2. Pada pengujian tarik specimen dengan diameter serbuk kayu 0.5 mm pada specimen I dengan hasil beban maksimum 108.09 kgf, luas penampang 62.16 mm2 dan kuat tarik 1.7389 kgf/mm2.Sedangkan pada specimen II dengan hasil beban maksimum 140.02 kgf, luas penampang 70.5 mm2 dan kuat tarik 1.980 kgf/mm2 . pada specimen III dengan hasil beban maksimum 94.83 kgf, luas penampang 67.17 mm2 dan kuat tarik 1.4118 kgf/mm2 . sehingga rata-rata kuat tariknya adalah 1.7123 kgf/mm2. 3. Pada pengujian tarik specimen dengan diameter serbuk kayu 1 mm pada specimen I dengan hasil beban maksimum 117.08 kgf, luas penampang 63.58 mm2 dan kuat tarik 1.84 kgf/mm2.Sedangkan pada specimen II dengan hasil beban maksimum 159.27 kgf, luas penampang 66.42 mm2 dan kuat tarik 2.39 kgf/mm2 . pada specimen III dengan hasil beban maksimum 142.12 kgf, luas penampang 62.56 mm2 dan kuat tarik 2.2719 kgf/mm2 . sehingga rata-rata kuat tariknya adalah 2.1703 kgf/mm2 4. Pada pengujian tarik specimen dengan diameter serbuk kayu 1,5
5
mm pada specimen I dengan hasil beban maksimum 99.87 kgf, luas penampang 63.58 mm2 dan kuat tarik 1.57 kgf/mm2.Sedangkan pada specimen II dengan hasil beban maksimum 128.74 kgf, luas penampang 62.54 mm2 dan kuat tarik 2.0584 kgf/mm2 . pada specimen III dengan hasil beban maksimum 13.046 kgf, luas penampang 62.28 mm2 dan kuat tarik 2.0947 kgf/mm2 . sehingga ratarata kuat tariknya adalah 1.9079 kgf/mm2 5. Pada pengujian bending specimen tanpa serbuk kayu pada specimen I mengahasilkan kekuatan bending sebesar 15.24 kgf/mm2, pada specimen II mengahasilkan kekuatan bending sebesar 9.98 kgf/mm2, pada specimen III mengahasilkan kekuatan bending sebesar 15.77 kgf/mm2,Sehingga rata-rata kekuatan bendingnya adalah 13.6 kgf/mm2. Dan rata –rata sudut lengkung yang dahasilkan adalah 18.60. 6. Pada pengujian bending specimen dengan diameter 0,5 mm pada specimen I mengahasilkan kekuatan bending sebesar 17.92 kgf/mm2, pada specimen II mengahasilkan kekuatan bending sebesar 13.8 kgf/mm2, pada specimen III mengahasilkan kekuatan bending sebesar 14.8 kgf/mm2,Sehingga ratarata kekuatan bendingnya adalah 15,50 kgf/mm2. Dan rata –rata sudut lengkung yang dahasilkan adalah 190. 7. Pada pengujian bending specimen dengan diameter 1 mm pada specimen I mengahasilkan kekuatan bending sebesar 13.8 kgf/mm2, pada specimen II mengahasilkan kekuatan bending sebesar 13.01 kgf/mm2, pada specimen III mengahasilkan
kekuatan bending sebesar 15.6 kgf/mm2,Sehingga rata-rata kekuatan bendingnya adalah 14.13 kgf/mm2. Dan rata –rata sudut lengkung yang dahasilkan adalah 16.60. 8. Pada pengujian bending specimen dengan diameter 1,5 mm pada specimen I mengahasilkan kekuatan bending sebesar 16.7 kgf/mm2, pada specimen II mengahasilkan kekuatan bending sebesar 16.01 kgf/mm2, pada specimen III mengahasilkan kekuatan bending sebesar 15.62 kgf/mm2,Sehingga rata-rata kekuatan bendingnya adalah 16.11 kgf/mm2. Dan rata –rata sudut lengkung yang dahasilkan adalah 18.30. 3. KESIMPULAN 1. Hasil pengujian tarik menunjukan bahwa serbuk kayu dengan diameter 1 mm menghasilkan kekuatan tarik yang tertinggi yaitu sebesar 2,1703 kgf/mm2. Diameter serbuk 1,5 mm menghasilkan kekuatan tarik sebesar 1,9079 kgf/mm2. Sedangkan kekuatan tarik terendah adalah pada serbuk kayu dengan diameter 0,5 mm yaitu sebesar 1,7.23 kgf/mm2.Hasil pengujian bending menunjukan bahwa komposit resin berpenguat serbuk kayu dengan diameter 1.5 mm menghasilkan kekuatan bending yang tertinggi yaitu sebesar 16,11 kgf/mm2. Diameter 0,5 menghasilkan kekuatan sebesar 15,5 kgf/mm2. Diameter 1 mm menghasilkan kekuatan sebesar14,13 kgf/mm2. Lebih kuat daripada komposit tanpa matrik penguat. 2. Dari data dan grafik pengujian bending menunjukan bahwa fraksi berat 0% mengahasilkan kekuatan bending terendah yaitu menghasilkan
6
kekuatan bending sebesar 15,5 kgf/mm2, sedangkan untuk fraksi berat serbuk 25 % menghasilkan kekuatan bending tertinggi pada serbuk kayu yang berdiameter 1,5 mm yaitu sebesar 16,11 kgf/mm2. Dari data dan grafik pengujian tarik menunjukan bahwa fraksi berat 0% mengahasilkan kekuatan tarik 2 sebesar 1,7871 kgf/mm , sedangkan untuk fraksi berat serbuk 25 % menghasilkan kekuatan tarik tertinggi pada serbuk kayu yang berdiameter 0,5 mm yaitu sebesar 1,7123 kgf/mm2.
3. Dari data foto mikro hasil patahan menunjukan bahwa diameter serbuk 0,5mm pendistribusian serbuk yang tidak merata dan porositas yang terjadi lebih banyak. Serbuk kayu yang berdiameter 1mm pendistribusian serbuk terjadi secara merata sehingga menghasilkan sifat mekanis yang paling baik. Pada serbuk kayu yang berdiameter 1,5 serbuk yang terdistribusi kurang merata dan porositas yang terjadi lebih sedikit.
DAFTAR PUSTAKA
Agus Sunyata. 2010. “pengaruh kerapatan dan suhu pirolisa terhadap kekuatan kualitas briket arang serbuk kayu sengon”. Semarang Aryo Satito. 2006. “Pengujian sifat mekanis serbuk kayu dan plastic high density (HDPE) “. Semarang Bodja Suwanto.2007. “Pengaruh temperature post curing terhadap kekuatan tarik resin epoksi yang diperkuat serbuk kayu”. Semarang. Emmy Dyah. 2012. “ Pengaruh panjang serat dan fraksi volume terhadap kekuatan impak dan bending material komposit polyester_fiber glass dan polyester pandan wangi”. Jurusan teknik mesinMataram. Ervan Fauzi. 2012. “Analisa sifat mekanik terhadap pengaruh variasi campuran polyester serabut kelapa dan sekam padi pada bahan kampas rem “.Tegal Femiana Gapsari.2010. “Pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarikl dan lentur komposit resin berpenguat serbuk kayu “. Malang. Henis Andi Prasetyo. 2012. “Analisa kelayakan teknis kampas rem berbahan dasar serbuk kayu dan resin polyester pada kendaraan roda dua “. Tegal James M. Gere, 2000.”Mekanika bahan jilid 1edisi keempat”. Jakarta : Erlangga Mujtahid. 2010. “Pengaruh ukuran serbuk aren terhadap kekuatan bending,densitas dan hambatan panas komposit serbuk aren”. Surakarta Nasmi Herlina Sari. 2012”ketahanan bending komposit hybryd serat batang kalapa /serat gelas dengan matrik urea formaldihyde “. Mataram
7
1
