SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT BAMBU AKIBAT PENGARUH MUSIM HUJAN DENGAN/TANPA PELAPISAN Buyung Hirmawan 1, Lizda J M, ST.MT. 2, Dr-Ing Doty D R, ST. MT2 1) 2)
Mahasiswa Jurusan Teknik Fisika FTI ITS Dosen Jurusan Teknik Fisika FTI ITS
email : mawan_k_raito @yahoo.com B BSTRAK ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai komposit serat bambu berpenguat serat kontinyu bambu apus (20% fraksi volum) dengan matriks poliester 157 BQTN. Komposit serat bambu yang dibuat menjadi 3 jenis spesimen yakni tanpa pelapisan, pelapisan dengan cat hitam, dan putih diberi perlakuan musim hujan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh musim hujan terhadap sifat mekanik dari masing-masing spesimen tersebut. Perlakuan musim hujan diberikan selama 1680 jam, dengan dilakukan uji tarik setiap selang waktu 336 jam. Hasil uji tarik menunjukkan bahwa setelah mengalami pengaruh musim hujan selama 1680 jam, sifat mekanik komposit mengalami penurunan ~5 MPa untuk kekuatan luluh dan kekuatan tarik, serta ~0,15 GPa untuk modulus elastisitas. Penurunan ini terjadi terus menerus selama 1680 jam pada nilai kekuatan luluh 36,26 MPa, kekuatan tarik 115,64 MPa dan modulus elastisitas 1,26 GPa. Penambahan pelapisan pada komposit serat bambu memberikan pengurangan penurunan ~0,6 MPa dari komposit tanpa pelapisan dengan perlindungan terbaik pada komposit serat bambu dengan pelapisan cat hitam. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa musim hujan memberi pengaruh pada penurunan sifat mekanik komposit, meskipun penurunan yang terjadi sedikit, mengingat waktu perlakuan relatif singkat. Kata kunci : komposit serat bambu, sifat mekanik, musim hujan I. PENDAHULUAN Komposit merupakan suatu struktur material yang merupakan perpaduan antara dua konstituen atau lebih yang dikombinasikan secara makroskopis (tidak homogen) dengan tujuan memperoleh suatu material baru dengan sifat yang merupakan perpaduan dari sifat konstituen penyusunnya[1]. ah satu serat alam yang dapat digunakan adalah Salah bambu. Bambu dapat tumbuh tanpa harus ditanam dan dapat tumbuh dimana pun karena memiliki sifat-sifat mekanik yang sangat baik. Harga bambu lebih murah dibandingkan dengan harga bahan alam lainnya yang dapat digunakan sebagai bahan dasar komposit. Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki dua musim yaitu musim hujan dan kemarau. Pada musim hujan, bahan yang berada di lingkungan terbuka akan mengalami kontak langsung dengan air hujan. Komposit polimer berpengaruh besar pada sifat penyerapan air. Komposit polimer yang basah akibat air hujan dimungkinkan mengalami degradasi bahan. Fenomena ini bisa memberikan pengaruh terhadap sifat mekanik yang dimiliki oleh komposit polimer. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh musim hujan yang diakibatkan pada sifat mekanik komposit serat bambu dan seberapa besar tingkat perlindungan yang dapat dilakukan untuk memberikan kondisi yang baik pada sifat mekanik komposit Dalam penelitian ini dibuat komposit polimer dengan fasa penguat berupa serat panjang bambu apus. Komposit polimer adalah bahan komposit yang menggunakan bahan polimer sebagai matriksnya. Bahan polimer yang digunakan dalam penelitian ini adalah poliester 157 BQTN. Komposit serat adalah komposit yang terdiri dari fiber dalam matriks. Dalam Penelitian penguat dari komposit serat bambu ini menggunakan jenis serat kontinyu (serat panjang). Secara alami serat yang panjang mempunyai kekuatan yang lebih dibanding serat pendek. Pada serat panjang, serat dalam matriks tersusun sepanjang komposit. Hal ini membuat distribusi beban tidak akan terputus sehingga cacat internal pada serat lebih sedikit dari pada serat pendek
II. DASAR TEORI 2.1 Bambu Apus Kolom bambu terdiri atas sekitar 50% parenkim, 40% serat dan 10% sel penghubung (pembuluh dan sieve tubes) Dransfield dan Widjaja (1995). Parenkim dan sel penghubung lebih banyak ditemukan pada bagian dalam dari kolom, sedangkan serat lebih banyak ditemukan pada bagian luar. Sedangkan susunan serat pada ruas penghubung antar buku memiliki kecenderungan bertambah besar dari bawah ke atas sementara parenkimnya berkurang.
Gambar 2.1. Bambu apus Tabel 2.1 Sifat mekanik bambu apus (Ginoga, 1977) Sifat Mekanik MPa Kekuatan tarik 53.53 Kekuatan luluh 32.06 Modulus elastisitas 9901.96 Kekuatan tekan 49.41 Kekuatan geser 3.872 Kekuatan tarik tegak lurus serat 2.77 Sifat fisis dan mekanik merupakan informasi penting guna memberi petunjuk tentang cara pengerjaan maupun sifat barang yang dihasilkan. Beberapa hal yang mempengaruhi sifat mekanis bambu adalah umur, posisi ketinggian, diameter, tebal daging bambu, posisi beban (pada buku atau ruas), posisi radial dari luas sampai ke bagian dalam dan kadar air bambu. Hasil pengujian sifat fisis mekanik bambu apus terdapat pada tabel 2.1 dan tabel 2.2.
1
Tabel 2.2 Sifat fisis bambu apus Kondisi Sifat Fisis KA (%) ρ (gr/cm3) Biasa 19.11 0.69 Kering tanur 16.42 0.58 2.2 Uji Tarik Uji tarik adalah pemberian gaya atau tegangan tarik kepada material dengan maksud untuk mengetahui atau mendeteksi kekuatan dari suatu material. Tegangan tarik yang digunakan adalah tegangan aktual eksternal atau perpanjangan sumbu benda uji. Uji tarik dilakuan dengan cara penarikan uji dengan gaya tarik secara terus menerus, sehingga bahan (perpajangannya) terus menerus meningkat dan teratur sampai putus, dengan tujuan menetukan nilai tarik. Hasil uji tarik mencatat fenomena hubungan antara tegangan-regangan yang terjadi selama proses uji tarik dilakukan.
menunjukkan kekuatan luluh, kekuatan tarik, modulus elastisitas, persentase perpanjangan, dan pengurangan luas. Dalam penelitian ini parameter yang digunakan adalah kekuatan luluh, kekuatan tarik, dan modulus elastisitas. a. Kekuatan Luluh Kekuatan luluh menyatakan besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk berdeformasi plastis material. Kekuatan luluh dinyatakan sebagai kekuatan luluh offset, yaitu besarnya tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan (regangan offset). Kekuatan luluh offset ditentukan tegangan pada perpotongan antara kurva tegangan-regangan dengan garis sejajar dengan kemiringan kurva pada regangan tertentu.
σy =
AO
(2.3) = Kekuatan luluh, Nm-2 σy Fε=0,002 = Beban luluh, N = Luas penampang mula-mula spesimen AO sebelum diberikan pembebanan, m2 b. Kekuatan Tarik Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum (Ultimate Tensile Strength) adalah beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal benda uji. Kekuatan tarik menunjukkan kemampuan untuk menerima beban atau tegangan tanpa menyebabkan komposit menjadi rusak atau putus. F σ UTS = max AO (2.4)
Gambar 2.2. Kurva stress-strain (tegangan-regangan)[5] Tegangan yang dipergunakan pada kurva tersebut diperoleh dengan cara membagi beban dengan luas awal penampang lintang benda uji. • Engineering Stress (σ) F σ= AO (2.1) dimana : σ = Engineering stress (tegangan), Nm-2 F = beban, N = luas penampang mula-mula spesimen sebelum AO diberikan pembebanan, m2 gangan yang dipergunakan untuk kurva tegangan-regangan Regangan teknik diperoleh dengan cara membagi perpanjangan panjang gage length) dengan panjang awalnya. ukur (gage • Engineering Strain (ε) l −l ∆l (2.2) ε= t o = lo lo dimana : ε = Engineering Strain (regangan) = Panjang spesimen mula-mula, mm lt = Panjng spesimen setelah mengalami uji tarik, mm lo ∆l = Pertambahan panjang, mm Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan teknik suatu bahan tergantung pada komposisi, deformasi plastik yang pernah dialami, laju regangan, suhu, dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameterparamter yang didapat dalam kurva tegangan-regangan
F(ε =0,002)
c.
dimana : σUTS = Kekuatan tarik maksimum, Nm-2 Fmax = Beban terbesar sebelum gagal, N Luas penampang mula-mula spesimen AO = sebelum diberikan pembebanan, m2 Modulus Elastisitas Gradien bagian linier awal kurva tegangan-regangan young adalah modulus elastisitas (E), atau modulus young. Modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan suatu bahan. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan. Dengan menggunakan metode offset 0,2% dari regangan offset maka diperoleh nilai kekuatan luluh. Dengan persamaan berikut ini digunakan untuk mengetahui nilai modulus elastisitas σy (2.5) E= ε dimana : young E = Modulus elastisitas atau modulus young, Nm-2 = Engineering stress, Nm-2 σy ε = Engineering Strain (regangan)
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Langkah-langkah Penelitian Dalam penelitian tugas akhir komposit serat bambu diperlukan tahapan – tahapan perkerjaan yang urut dan sistematis, serta dilakukan pengambilan data secara periode agar dapat diketahui sifat mekanik pada komposit akibat pengaruh musim hujan. Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan agar tugas akhir ini mencapai hasil yang diinginkan
2
dapat dilihat pada diagram alir langkah-langkah penelitian tugas akhir ini.
Gambar 3.1 Digram alir proses penelitian 1 Perancangan Spesimen Komposit Serat Bambu 3.1 Untuk mengetahui sifat mekanik yang dimiliki komposit serat bambu, dilakukan pengujian tarik pada komposit tersebut. Dalam pengujian tarik bahan, spesimen yanag digunakan harus berdasarkan standar yang telah ditetapkan. Dalam tugas akhir ini, standar spesimen uji tarik yang digunakan adalah ASTM D638-84 M-II Test Method For Tensile Properties of Plastics. R W
3.2 Penentuan Fraksi Volum Serat Bambu sebagai Penguat Penentuan fraksi volum akan berpengaruh terhadap sifat mekanik yang dimiliki komposit dengan serat bambu sebagai penguatnya. Pada penelitian ini, tidak ada variasi fraksi volum penguat pada komposit serat bambu. Dalam proses pembuatan komposit yang telah dilakukan, nilai fraksi volum penguat terbaik berada pada nilai 20%. 3.3 Penentuan Variabel pada Komposit Serat Bambu Selanjutnya adalah penentuan variabel yang akan diberikan pada komposit serat bambu. Dalam penelitian ini terdapat empat variabel dengan tiga variabel utama dan satu variabel pendukung. Untuk tiga variabel utama disini adalah spesimen komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan tanpa pelapisan, komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dengan pelapisan cat hitam, dan komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dengan pelapisan cat putih. Sedangkan variabel pendukung disini adalah komposit serat bambu akibat rendaman air. Variabel pendukung ini bertujuan untuk membandingkan sifat mekanik yang dimiliki spesimen komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dengan komposit serat bambu akibat rendaman air dilihat dari segi sifat penyerapan air yang terjadi pada tiap spesimen. Selain komposit serat bambu, dibuat juga lima spesimen matriks poliester sebagai komposit serat bambu dengan fraksi volum penguat 0%. Spesimen ini bertujuan untuk membandingkan sifat mekanik yang didapat pada komposit serat bambu 20% fraksi volum penguat dengan komposit serat bambu 0% fraksi volum penguat. Sehingga jumlah spesimen yang difabrikasi dalam penelitian ini adalah 30 spesimen.
T
W G
(a)
(b)
L D L Gambar 3.2 Spesifikasi cetakan ASTM D 638-84 M-II Tabel 3.1. Spesifikasi cetakan ASTM D 638-84 M-II Dimensi Panjang Toleransi (mm) (mm) W = width of narrow 6 ± 0.5 section L = length of narrow 57 ± 0.5 section Wo = width of overall 19 ± 0.5 Lo = length of overall 183 no max. G = gage length 50 ± 0.25 D = distance between 135 ±5 grips R = radius of fillet 76 ±1
(c) (d) Gambar 3.1 Spesimen uji tarik komposit serat bambu (a) tanpa pelapisan akibat pengaruh musim hujan dan (d) rendaman air serta komposit dengan pelapisan (b) cat hitam dan (c) putih 3.4 Pengaruh Musim Hujan Dalam penelitian ini, perlakuan utama yang diberikan adalah pengaruh hujan. Kondisi hujan mengakibatkan komposit yang berada di luar menjadi basah akibat air hujan. Pengaruh hujan dalam penelitian berhubungan dengan sifat penyerapan air pada komposit. Polimer komposit yang basah akibat air hujan dapat menyerap air melalui proses difusi [11]. Untuk mengetahui
3
sifat penyerapan air yang terjadi dilakukan pengambilan data untuk sifat penyerapan air pada komposit. Adapun sifat penyerapan air ini diekspresikan dalam persentase penambahan berat[11]: M − M0 (3.1) x100 ∆M = t M0 dengan M0 dan Mt adalah berat spesimen sebelum dan dah pengaruh hujan dan rendaman air. sesudah 3.5 Metode Analisa Data Data-data yang diperoleh dalam tugas akhir ini selanjutnya diolah dan dianalisa. Adapun langkah-langkah dalam pengolahan analisa data yaitu sebagai berikut : • Data yang diperoleh setelah pengujian tarik berupa kurva tegangan-regangan nantinya akan digunakan dalam perhitungan untuk mencari nilai kekuatan tarik, kekuatan luluh, dan modulus elastisitas komposit serat bambu. • Data sifat penyerapan air pada komposit serat bambu akan digunakan untuk membantu menganalisis sifat mekanik komposit serat bambu akibat pengaruh hujan dengan/tanpa pelapisan. • Sifat mekanik komposit yang didapat, akan dianalisa berdasarkan tiap jenis spesimen sesuai dengan selang waktu yang telah ditentukan. Terdapat tiga jenis spesimen yang dianalisa, yaitu komposit serat bambu akibat pengaruh hujan tanpa pelapisan, komposit serat bambu akibat pengaruh hujan dengan pelapisan cat hitam, dan komposit serat bambu akibat pengaruh hujan dengan pelapisan cat putih. • Dilakukan analisa untuk perbandingan sifat mekanik komposit serat bambu akibat pengaruh hujan dengan sifat mekanik komposit serat bambu akibat rendaman air. Hal ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh sifat penyerapan air pada sifat mekanik komposit serat bambu dimana dalam kasus ini pengaruh hujan hanya mengalami penyerapan air dalam keadaan cuaca hujan. Sedangkan pada rendaman air, komposit serat bambu murni hanya mengalami proses penyerapan air terus menerus. • Menyimpulkan hasil eksperimen yang didapat. IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Data Dari hasil pengolahan data yang diperoleh dapat dijelaskan yang pertama untuk kekuatan luluh komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan. Gambar 4.5 menunjukkan grafik kekuatan luluh pada seluruh jenis spesimen komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dengan/tanpa pelapisan. Selain itu kekuatan luluh polyester 157 BQTN juga ditunjukkan dalam gambar untuk membandingkan nilai kekuatan luluh yang dimiliki pada komposit yang memiliki fasa penguat (fraksi volum pengaut 20%) dengan tanpa fasa penguat (fraksi volum penguat 0%). Grafik tersebut menunjukkan bahwa adanya penambahan kekuatan pada komposit yang memiliki fasa penguat. Hal ini menunjukkan bahwa fasa penguat memang menentukan kekuatan dan kekakuan suatu bahan komposit. Data pertama disini merupakan nilai kekuatan luluh sebelum akibat pengaruh musim hujan (0 jam) sebesar 115,09 MPa. Pada waktu 336 jam (~18√h) semua jenis spesimen komposit tidak mengalami banyak penurunan. Akan tetapi kekuatan luluh mulai menurun pada waktu 672 jam (~26√h).
Penurunan ini lebih drastis dibandingkan dengan kondisi waktu yang lain. Setelah itu dari waktu 1008 (~32√h) jam (~32√h) hingga 1680 jam (~41√h) perubahan nilai kekuatan luluh hampir tidak berubah. Kekuatan luluh mulai mengalami penurunan terjadi dari waktu 336 jam (~18√h) hingga 1008 jam (~32√h). Penyebab penurunan ini disebabkan faktor cuaca pada musim hujan tersebut. Dalam gambar 4.5 terdapat warna latar belakang yang menunjukkan kondisi cuaca selama 1680 jam (~41√h). Kondisi saat itu menunjukkan spesimen mengalami cuaca hujan yang terus menerus. Berdasarkan data yang telah diolah, diketahui kekuatan luluh yang mengalami penurunan terendah dialami oleh komposit serat bambu dengan pelapisan cat hitam sebesar 110,82 MPa. Sedangkan untuk penurunan tertinggi dialami oleh komposit serat bambu tanpa pelapisan sebesar 110,23 MPa. Penurunan kekuatan luluh yang terjadi dari kondisi pertama (0 jam) hingga terakhir (1680 jam (~41√h)) untuk semua jenis komposit serat bambu adalah sebesar 4,4 hingga 4,7 MPa. Dari waktu yang telah ditetapkan untuk pengaruh musim hujan pada komposit serat bambu ini, penurunan yang terjadi tidaklah banyak. Hal ini dikarenakan pada penurunan dari setiap selang waktu pengujian, perubahan drastis yang terjadi hanya pada selang waktu ke 336 jam (~18√h) menuju 672 jam (~26√h) saja. Sedangkan untuk selang waktu kelipatan 336 jam (~18√h), penurunan yang terjadi hanya kurang dari 0,65 MPa.
Gambar 4.1
Variasi kekuatan luluh terhadap waktu perlakuan di udara luar antara komposit serat bambu dengan polyester 157BQTN
Kekuatan tarik pada komposit serat bambu juga mengalami kondisi perubahan nilai yang sama dengan kekuatan luluh. Gambar 4.6 menunjukkan adanya penurunan yang drastis dari waktu ke 336 jam (~18√h) menuju 672 jam (~26√h). Kondisi ini juga disebabkan faktor cuaca hujan yang membuat adanya penurunan nilai kekuatan tarik. Untuk kekuatan tarik spesimen komposit serat bambu yang mengalami penurunan terendah terjadi pada komposit serat bambu dengan pelapisan cat hitam sebesar 31,69 MPa. Sedangkan penurunan tertinggi terjadi pada komposit serat bambu tanpa pelapisan sebesar 31,46 MPa. Penurunan yang terjadi pada kekuatan tarik untuk semua jenis spesimen komposit serat bambu ini dari kondisi awal (0 jam) hingga terakhir (1680 jam (~41√h)) adalah sebesar 4,3 hingga 4,9 MPa. Sedangkan dalam penurunan di selang waktu kelipatan 336 jam (~18√h) hanya mengalami penurunan ~1 MPa.
4
Gambar bar 4.2
Variasi kekuatan tarik terhadap waktu perlakuan di udara luar antara komposit serat bambu dengan polyester 157BQTN
Untuk modulus elastisitas pada semua jenis spesimen komposit serat bambu juga terjadi peristiwa penurunan dalam selang waktu pengaruh musim hujan yang telah ditentukan. Penurunan yang drastis juga terjadi dari selang waktu 336 jam (~18√h) menuju 672 jam (~26√h). Dalam grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.7 terlihat penurunan pada komposit serat bambu tanpa pelapisan mengalami proses penurunan yang berbeda dengan komposit serat bambu dengan pelapisan. Akan tetapi nilai akhir yang didapat pada modulus elastisitas ini memiliki nilai yang hampir sama. Jika dilihat dari data yang telah diolah, nilai penurunan terendah terjadi pada komposit serat bambu dengan pelapisan cat hitam sebesar 1,12426 GPa. Sedangkan penurunan tertinggi terjadi pada komposit serat bambu tanpa pelapisan sebesar 1,11804 GPa.
Gambar 4.3
Variasi modulus elastisitas terhadap waktu perlakuan di udara luar antara komposit serat bambu dengan polyester 157BQTN
4.2 Interpretasi Data Dari uraian yang telah dijelaskan, fenomana perubahan sifat mekanik yang dimiliki oleh komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan ini lebih berpengaruh pada sifat penyerapan air komposit serat bambu tersebut. Dalam penelitian ini dilakukan juga perlakuan rendaman air pada spesimen komposit serat bambu. Rendaman air dilakukan dalam selang waktu yang sama dengan komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan yaitu 1680 jam (~41√h). Hanya saja pengujian dilakukan pada waktu ke 1200 jam sesuai dengan referensi yang didapat dan 1680 jam
(~41√h) sesuai lama waktu pengaruh musim hujan pada komposit serat bambu. Jika dilihat dari nilai kekuatan luluh pada kondisi awal dengan kekuatan luluh akibat rendaman air mengalami penurunan nilai sebanyak 8,42 MPa. Hal yang sama juga terjadi pada kekuatan tarik komposit serat bambu ini. Nilai kekuatan tarik pada kondisi awal dengan kekuatan tarik akibat rendaman air mengalami penurunan nilai sebanyak 21,06 MPa. Penurunan yang terjadi pada komposit serat bambu akibat rendaman air jauh lebih tinggi dibandingkan dengan komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan. Sehingga sifat penyerapan air yang terjadi memberikan dampak negatif terhadap sifat mekanik komposit.
Gambar 4.4
Variasi tegangan luluh dan tarik (UTS) terhadap waktu perlakuan pengaruh musim hujan dengan komposit yang direndam air selama 1200 jam (~35√h) dan 1680 jam (~41√h)
Untuk memperkuat adanya pengaruh serapan air terhadap sifat mekanik dilakukan pengukuran penambahan massa yang terjadi pada komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dan rendaman air. Selain komposit, matriks poliester juga diikut sertakan sebagai komposit dengan 0% penguat agar dapat dibandingkan dengan komposit yang memiliki penguat dimana dalam penelitian ini fraksi penguat komposit sebesar 20%. Pada spesimen ini penambahan massa yang terlihat terjadi pada komposit serat bambu akibat rendaman air. Grafik yang dimiliki mengalami peningkatan terus menerus sampai dalam kondisi jenuh dimana tidak ada lagi penambahan massa. Sedangkan pada komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan, sifat penyerapan air yang terjadi hampir tidak mengalami perubahan yang tinggi. Justru pada grafik spesimen komposit akibat pengaruh musim hujan mengalami gejala penurunan pada selang waktu ke 1056 jam. Penurunan ini disebabkan karena cuaca cerah yang panas di musim hujan spesimen tersebut terus menerus terjadi. Penambahan massa yang terjadi pada komposit serat bambu akibat rendaman air adalah sebesar 2,27 %. Berbeda dengan komposit serat bambu akibat rendaman air, seluruh spesimen komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan hanya mengalami penambahan massa dari 0 hingga 0,36 % saja.
5
tanpa pelapisan tanpa pelapisan (direndam air) cat hitam cat putih polyester 157BQTN bambu apus
4,5 4,0
3,0 2,5
10000
2,0
9667
1,5
Target yang diinginkan
Bambu apus
9333
1,0 0,5 0,0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1/2
Waktu (h )
bar 4.5 Gambar
Pengaruh serapan air spesimen komposit serat bambu
Modulus Elastisitas, E (MPa)
Water Sorption, ∆ mass (%)
3,5
dan kekuatan yang dihasilkan dari pembuatan komposit ini akan menunjukkan seberapa layak komposit dapat digunakan sebagai bahan alternatif baling-baling turbin angin. Selain data komposit, sifat mekanik poliester dan bambu apus juga diikutsertakan dalam grafik agar dapat dibandingkan harga sifat mekanik yang dimiliki pada fasa penguat dan matriks terhadap harga sifat mekanik komposit.
9000 8667 8333 8000 2667 2333 2000 1667 1333 1000 667 333 IPA 0
Moe Moe Thwe, 2001 Daniel A P, 2011 polyester 157 BQTN Rickhi B W, 2004 Heryastika, 2006 Arfan W, 2006 0
[11]
Berdasarkan referensi sebelumnya , serapan air ng terjadi pada komposit serat bambu akan mengakibatkan yang pelepasan antarmuka antara matriks dengan penguat. Peristiwa tersebut dapat mengakibatkan penurunan sifat mekanik komposit yang dimiliki. Semakin lama waktu rendaman yang dilakukan akan memberikan pengaruh yang besar terhadap penurunan kualitas pada sifat mekanik komposit tersebut. Dalam grafik yang ditunjukkan pada gambar 4.9 terlihat jelas komposit serat bambu akibat rendaman air mengalami peningkatan penambahan massa pada komposit. Hal ini menunjukkan bahwa air yang berada diluar telah masuk ke dalam komposit dengan cara difusi. Jika grafik pengaruh serapan air spesimen komposit serat bambu dihubungkan dengan sifat mekanik pada komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dan rendaman air maka komposit serat bambu akibat rendaman air akan mengalami penurunan sifat mekanik jauh lebih rendah dibandingkan dengan komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan. Jika dilihat dalam grafik sifat mekanik komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan yang telah diolah memang terjadi penurunan. Namun jika dilihat dari data yang telah diolah dari hasil pengujian, penurunan komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan tidak mengalami penurunan lebih dari 5 MPa. Dalam pengujian ini penurunan terendah terjadi pada komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dengan pelapisan cat hitam. Walaupun dari spesimen yang telah diuji komposit serat bambu akibat pengaruh musim hujan dengan pelapisan cat hitam mengalami penurunan terendah dibandingkan dengan spesimen yang lain, kenyataannya perbedaan nilai yang terjadi tidak mencapai 1 MPa. Sehingga dalam penelitian ini dapat diperoleh kesimpulan bahwa pengaruh musim hujan pada sifat mekanik komposit serat bambu dengan/tanpa pelapisan tidak memberikan pengaruh besar terhadap kualitas sifat mekanik yang dimiliki. Gambar 4.10 menunjukkan kompilasi hasil penelitian dari sebelumnya. Grafik pada gambar menunjukkan hubungan kekuatan tarik terhadap modulus elastisitas komposit. Berdasarkan manfaat penelitian, komposit serat bambu ini diharapkan dapat diaplikasikan pada baling-baling pembangkit listrik tenaga angin. Kekakuan
B. Hirmawan, 2011
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Kekuatan tarik, σUTS (MPa)
Gambar 4.6
Kompilasi data modulus elastisitas (E) dan kekuatan tarik σUTS komposit bambu berbasis poliester 157 BQTN dibandingkan dengan poliester 157 BQTN, bambu apus, serta data penelitian komposit lainnya(Daniel[7], Moe-moe[11], Rickhi[12], Arfan[15], Heryastika[16])
Meskipun sifat mekanik dalam hasil ini lebih baik dibandingkan dengan penelitian sebelumnya menggunakan matriks poliester yang sama, namun sifat mekanik yang diperoleh tidak memadai untuk digunakan sebagai bahan alternatif baling-baling turbin angin. Kekuatan yang didapat memang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lain, tetapi kekakuan yang dimiliki terlalu rendah jika dibandingkan kekakuan pada bambu apus. Kondisi ini disebabkan karena sifat mekanik yang dimiliki fasa matriks menggunakan poliester 157 BQTN ini tidak bisa mengangkat harga modulus elastisitas komposit menjadi lebih baik. Modulus elastisitas ini sendiri menunjukkan kekakuan suatu bahan. Harga kekakuan juga dibutuhkan sebagai parameter memadai atau tidak komposit serat bambu ini dapat digunakan sebagai bahan alternatif baling-baling turbin angin. BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Telah berhasil dilakukan pengujian tarik sifat mekanik komposit serat bambu dengan 20% fraksi penguat akibat pengaruh musim hujan dengan/tanpa pelapisan dengan hasil-hasil sebagai berikut : • Pengaruh musim hujan pada komposit serat bambu mengakibatkan terjadinya penururan sifat mekanik komposit. Sifat mekanik komposit mengalami penurunan sebesar ~5 MPa untuk kekuatan luluh dan kekuatan tarik. Sedangkan pada modulus elastisitas mengalami penurunan sebesar ~0,15 GPa akibat pengaruh musim hujan selama 1680 jam (~41√h). • Upaya coating (pelapisan) tidak memberikan perlindungan yang baik terhadap sifat mekanik komposit serat bambu pada pengaruh musim hujan.
6
Hal ini disebabkan nilai sifat mekanik komposit dengan pelapisan terhadap komposit tanpa pelapisan hanya dapat mengurangi penurunan sebesar ~0,6 MPa. DAFTAR PUSTAKA 1. Jones, Robert M. 1995. “Mechanics of Composites”. Material Scripta Book Company: New York. 2. Sawitri, Mawarani. 2007. “Analisis Jenis dan Fraksi Filler Terhadap Karakteristik Komposit Polimer untuk Baling-Baling Wind Generator Turbine”. Institut Teknologi Sepuluh Nopember : Surabaya. 3. William D, Callister. 2007. “Material Science and Engineering”. John Wiley & Sons, Inc: New York. 4. Nurdin, Hendri. “Pengaruh Penggunaan Jenis Serat Pada Komposit Polimer Terhadap Kekuatan Tarik”. Universitas Negeri Padang: Padang. 5. Gibson. 1994. “Principle of Composite Material Mechanics”. Mc Graw Hill,Inc: New York. 6. Jones, M. R. 1975. “Mechanics of Composite Material”. Mc Graww Hill Kogakusha: Ltd. 7. Porwanto, Daniel Andri. 2011.”Karakterisasi Bahan Komposit Berpenguat Serat Bambu dan Serat Gelas sebagai Alternatif Bahan Baku Industri”. Institut Teknologi Sepuluh November: Surabaya. 8. Krisdianto, et al. 2007. “Sari Hasil Penelitian Bambu”,http://www.dephut.go.id/INFORMASI/litban g/teliti/bambu.htm. (tanggal akses 24 Januari 2011) 9. Dieter, Goerge E. 1996. “Metalurgi Mekanik”. Penerbit Erlangga: Jakarta. 10. ASTM, D 638-02. “ Standart test method for tensile properties of plastics”. American Society for Testing and Materials: Philadelphia. 11. Thwe, Moe Moe. Maret 2001. “Effect of environmental aging on the mechanical properties of bamboo-glass fiber reinforced polymer matrix hybrid composites”. Elsevier 43-52. 12. Komposit Berpenguat Serat Bambu dan Serat Gelas sebagai Alternatif Bahan Baku Industri”. Institut Teknologi Sepuluh November: Surabaya. 13. Widiyawati, Rickhi B. 2009. “Pengaruh Ukuran Serat Terhadap Kekuatan Komposit Polimer/Bambu Untuk Baling-baling Wind Turbine yang Sesuai dengan Daerah Tropis”. Institut Teknologi Sepuluh November: Surabaya. 14. Okubo, Kazuya, et a/l. September 2003. “Development of bamboo-based polymer composites and their mechanical properties”. Elsevier 377-383. Wong, K.J. 2010. “Fracture characterisation of short bamboo fibre reinforced polyester composites”. Universiti Teknologi Malaysia: Johor. 15. Wijaya, Arfan. 2006. “Penentuan Fraksi Filler Serbuk Aluminium Dalam Pembuatan Komposit Epoksi Sebagai bahan alternatif Baling-baling Kincir Angin”. Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya. 16. Heryastika, I P A. 2006. “Sintesis dan Karakterisasi Komposit epoksi/karbon sebagai bahan baling-baling kincir angin”. Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya.
Nama : Buyung Hirmawan Nrp : 2407100037 TTL : Surabaya, 14-03-89 Alamat : Griya Wage, Jl Taruna 7 AA-2, Sidoarjo Riwayat Pendidikan : • SDS Hangtuah 10 • SMP Negeri 1 Sidoarjo • SMA Negeri 3 Sidoarjo • Teknik Fisika ITS Email :
[email protected]
7
8
