TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (30ᴼ,35ᴼ,40ᴼ)

TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (30ᴼ,35ᴼ,40ᴼ) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS

Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh: DWI SISWANTO NIM : D 200.10.0092

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016

i

ii

iii

iv

v

HALAMAN MOTTO

Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita ditimpa kesusahan (QS Al-insyiroh ayat 5-6) Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya akan mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya tanpa mengurangi pahala mereka sedikitpun (HR. Bukhori) Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar (Khalifa Umar)

vi

KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (300,350,400) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS Dwisiswanto, BibitSugito, Ngafwan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email :[email protected] ABSTRAKSI Penelitian komposit serat batang kulit waru ini bertujuan untuk mendiskripsikan sifat fisis dan mekanis komposit serat batang kulit waru akibat variasi sudut dan mendiskripsikan foto makro komposit serat batang kulit waru setelah dilakukan pengujian tarik dan pengujian impki zod akibat variasi sudut. Proses awal pemotongan kulit batang pohon waru dilanjutkan perendaman batang kulit waru selama 1 bulan.Selanjutnya proses pengelupasan serat dari batangnya diambil 2 lapis dari kulit. Pembilasan menggunakan bantuan air bersih. Penjemuran dibawah sinar matahari sampai kering selanjutnya proses perendaman KMnO4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam.Penjemuran dibawah sinar matahari sampai kering dilanjutkan proses oven hingga kadar air 10 PPM. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode Hand Lay-up,perbandingan serat 30%,orientasi serat [-300 /300];[-350 / 350];[-400 / 400]. menggunakan resin polyester seri BQTN 157. Adapun proses pengujian yaitu pengujian tarik menggunakan standart ASTM D3039-07 dan pengujian impak menggunakan standart ASTM D256-03 dengan variasi sudut 300, 350, 400, serta mendriskripsikan kekuatan tarik, harga impak dan foto makro komposit polyester serat batang . Pengujian tarik Hasil pada komposit yang disusun simetri [-300/300],[-350/350],[550/550] kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposit dengan sudut uji 300, dimana kekuatan tariknya meningkat yaitu sebesar 54.645N/mm2 lebih besar dari pada komposit dengan sudut uji 350,yaitu sebesar 37,105 N/mm2 dan 400,yaitu sebesar 20,395 N/mm2. Sedangkan pada pengujian impak izod komposit yang disusun simetri [-300/300 ],[-350350],[-400/400] komposit dengan sudut uji 300,dimana energi yang diserap dan harga impak meningkat sebesar 2,534 J dan 0,00434 J/mm2 lebih besar dari komposit dengan sudut uji 35 0 yaitu sebesar 2,346 J dan 0,00402 J/mm2,pada sudut uji 400 yaitu sebesar 2,275 J dan 0,00390 J/mm2. Pada foto makro pengujian tarik struktur patahan spesimen komposit bergelombang dan tidak beraturan.Pada sudut uji 400 terjadi proses pembesaran void dan pull-out fiber sangat mendominasi.Sedangkan pada foto makro pengujian impak izod hasil struktur patahan komposit pada uji 300 terlihat bahwa specimen mengalami pull out fiber.

Kata kunci : Serat Batang Kulit Waru, Resin polyester, Komposit Laminasi,Variasi Sudut

vii

HIBISCUS BARK FIBER CHARACTERISTICS COMPILED BERMATRIK POLYESTER LAMINATE ORIENTASI FIBER (300,350,400) TO THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES Dwisiswanto, BibitSugito, Ngafwan Mechanical Engineering Universty Of Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura Email :[email protected] ABSTRACTION Research hibiscus bark fiber composite rod is intended to describe the physical and mechanical properties of skin stem hibiscus fiber composites due to variation of the angle and macro photographs describe fiber composite skin stem hibiscus after testing tensile and izod impact testing due to variations in the angle. Beginning the process of cutting the bark of the hibiscus tree trunk immersion was continued for 1 month.Next hibiscus bark peeling process and sistem fibers taken 2 layers of skin.Clean water rinse aid.The drying under the sun to dry subsequent immersion process KMnO4 5% per 1 liter of distilled water for 2 hours.The drying in the sun until dry and continue the process of oven until the moisture content of 10 PPM. Composite manufacturing is done by hand lay – up method,fiber ratio 30%,fiber orientation [-300 /300];[-350 / 350];[-400 / 400]. Using polyester resin series BQTN 157. As for the process of testing is test ASTM D303907 stadart tensile and impact testing using standrd ASTM D256-03 with the variation of the angle 300, 350, 400,and describe the tensile strenght,impact prices and the macro image composite polyester fiber trunk . Tensile test results on a composite prepared symmetry [-300/300],[-350/350],[0 55 /550] the maxsimum tensile strenght contained in the composite with a test corner 300 , where the strenght of its increase in the amount of 54.645N/mm2 is large than the composite with a test corner 350,amounting 37,105 N/mm2 and 400,amounting 20,395 N/mm2. Whereas the izod impact testing of composites prepared symmetry [300/300 ],[-350350],[-400/400] composites with a test corner 300,which energy is absorbed and impact prices increased by 2,534 J and 0,00434 J/mm2 greter than the composite with a test corner 350 is equal 2,346 J and 0,00402 J/mm2,the test angle 400 is equal to 2,275 J and 0,00390 J/mm2. The macro image tensile test specimens fault structure composite bumpy and irregular.At an angle of 40 0 trials going on the enlargement process void and pull out the fiber is dominating .Whereas the macro image izod impact testing results of composite fault structure on 300 test specimens seen that the pull – out of fiber .

Keywords

: Hibiscus Bark Fiber Trunk, Polyester Resin, Composite Laminates, Angle Variation.

viii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya, bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang, saya persembahkan tugas akhir ini kepada : 1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu sampai mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin. 2. Semua sahabat - sahabatku, Ervan Effendi, Novan, Agus, Dedhi, Bayu, Afif, Fariz,

Shodiqin

yang

selalu

membantu

dan

memberi

solusi

dalam

menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai. 3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan semangatnya yang selalu saya dengar setiap waktu. 4. Semua teman – temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk menyelesaikan tugas akhir saya.

ix

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas segala rahmat dan nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul “KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (300,350,400) TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS” dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala hormat dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan sebesar – besarnya kepada : 1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik Mesin. 3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah membimbing serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan arahan dan penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir.Ngafwan, MT selaku Dosen pembimbing II yang telah bersedia memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini 5. Bapak Ir. Masyrukan, MT, selaku Dosen penguji yang telah memberikan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir. 6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir. 7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan sangat luar biasa.

x

8. Teman – teman angakatan 2010 yang banyak memberikan motivasi dan semangat bagi penulis. 9. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas dukungannya. Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran bersifat membangun dari pembaca akan penulis terima dengan senang hati dan penulis ucapkan banyak terima kasih. Semoga semua amal baik yang diberikan semua pihak kepada penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan sempurna dari Allah SWT.

Surakarta,

Maret 2016

DWI SISWANTO

xi

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ............................................................................... i PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR ........................................................... v HALAMAN MOTTO .............................................................................. vi ABSTRAKSI ...... .................................................................................. vii HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... ix KATA PENGANTAR............................................................................. x DAFTAR ISI ......................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xv DAFTAR TABEL .................................................................................. xviii DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ xix BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1 1.1. Latar Belakang .................................................................. 1 1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 3 1.3. Batasan Masalah .............................................................. 3 1.4. Manfaat Penelitian............................................................. 4 BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................... 6 2.1. Tinjauan Pustaka .............................................................. 6 2.2. Landasan Teori ................................................................. 9 2.2.1.

Komposit............................................................... 9

xii

2.2.2.

Klasifikasi Komposit .............................................. 12

2.2.3.

Faktor Ikatan Fiber – Matrik .................................. 16

2.2.4.

Matrik .................................................................... 17

2.2.5.

Serat ..................................................................... 21

2.2.6.

Perlakuan Alkali (KMnO4) ..................................... 23

2.2.7.

Uji Density ............................................................ 24

2.2.8.

Fraksi Volume Komposit ....................................... 26

2.2.9.

Pengujian Kekuatan Tarik................. …………….. 27

2.2.10. Kurva Tegangan Regangaan Komposit Berpenguat Serat ........................................................................

31

2.2.11. Patahan (Fracture) ............................................... 33 2.2.12. Pengujian Kekuatan Impak………………………… 37 BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 41 3.1. Diagram Aril Penelitian ...................................................... 41 3.2. Prosedur Penelitian ........................................................... 42 3.2.1.

Studi Pustaka ....................................................... 42

3.2.2.

Studi Lapangan .................................................... 42

3.2.3.

Persiapan Alat ...................................................... 42

3.2.4.

Persiapan Bahan .................................................. 43

3.2.5.

Pengambilan Serat Batang Kulit Waru ................. 44

3.2.6.

Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap Pertama ................................................................ 44

3.2.7.

Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia KMnO4 .................................................................. 45

3.2.8.

Pengeringan Serat Tahap Kedua ......................... 46

3.2.9.

Pemotongan Serat ................................................ 47

3.2.10. Pengovenan Serat ................................................ 47 3.2.11. Pengecekan Kadar Air Dalam Serat ..................... 48 3.2.12. Pembuatan Komposit ........................................... 49 3.2.13. Pengujian Tarik ..................................................... 53

xiii

3.2.14. Pengujian Impak Izod ........................................... 53 3.2.15. Foto Makro ........................................................... 55 3.3. Bahan dan Alat .................................................................. 56 3.3.1.

Bahan ................................................................... 56

3.3.2.

Peralatan pendukung ........................................... 58

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 63 4.1. Data Hasil Pengujian ......................................................... 63 4.1.1.

Pengujian Tarik ..................................................... 63

4.1.2.

Pembahasan Pengujian Tarik ............................... 70

4.1.3.

Pengamatan Foto Makro ...................................... 71

4.1.4.

Pembahasan Foto Makro ..................................... 73

4.1.5.

Pengujian Impak Izod ........................................... 74

4.1.6.

Pembahasan Pengujian Impak Izod ..................... 80

4.1.7.

Pengamatan Foto Makro ...................................... 80

4.1.8.

Pembahasan Foto Makro ..................................... 82

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 84 5.1. Kesimpulan ....................................................................... 84 5.2. Saran......... ....................................................................... 85 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Komposisi Komposit ........................................................ 9 Gambar 2.2. Skema Uji densty…. ........................................................ 26 Gambar 2.3. Geometri spesimen Uji Tarik (ASTM D 3039-07) ............ 27 Gambar 2.4. Kurva Tegangan Regangan ............................................ 28 Gambar 2.5. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik…………………….. 30 Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur Mode ............................................................................. 31 Gambar 2.7. Kurva Teganggan Reganggan Komposit Fiber Failur Mode………………………………………………………… 32 Gambar 2.8. Skematik Patah Liat ........................................................ 35 Gambar 2.9. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut ...................... 36 Gambar 2.10. Skematik Patah Getas ................................................... 37 Gambar 2.11. Spesimen Yang Digunakan Untuk Pengujian Impak ..... 39 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ................................................... 41 Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Kulit Waru ........................... 44 Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Kulit Waru Tahap Pertama ............................................................... 45 Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO4 ............. 46 Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Kulit Waru Tahap Kedua................................................................... 46 Gambar 3.6. Pemotongan Serat .......................................................... 47 Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat............................................... 47 Gambar 3.8. Proses Pengecekan Kadar Air Menguunakan TDS Meter (Hold) Water Quality Tester............................................. 48

xv

Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM D3039-07 ........................................................................ 49 Gambar 3.10. Geometri Spesimen Pengujian Imak izod Standart ASTM D256-03 .......................................................................... 49 Gambar 3.11. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik ............................ 50 Gambar 3.12. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Impak Izod ................... 51 Gambar 3.13. Alat Foto Makro Dino Lite .............................................. 55 Gambar 3.14. Serat Batang Kulit Waru ................................................ 56 Gambar 3.15. Resin dan Katalis MEKPO............................................. 57 Gambar 3.16. Kalium Permangate (KMnO4) ........................................ 58 Gambar 3.17. Timbangan Digital ......................................................... 59 Gambar 3.18. Cetakan Serat ............................................................... 59 Gambar 3.19. Kaca .............................................................................. 60 Gambar 3.20. Alat Suntik ..................................................................... 60 Gambar 3.21. Kantong Plastik ............................................................. 61 Gambar 3.22. Oven .............................................................................. 61 Gambar 3.23. Jangka Sorong .............................................................. 62 Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata Dengan Regangan Pada Sudut (300 ) ............................. 65 Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata Dengan Regangan Pada Sudut (350) ............................ 66 Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata Dengan Regangan Pada Sudut (400).............................. 67 Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata Dengan Regangan .......................................................... 68 Gambar 4.5. Histogram Rata – rata Tegangan Tarik……………………..68

xvi

Gambar 4.6. Histogram Rata – rata Regangan Tarik ........................... 69 Gambar 4.7. Histogram Modulus Elastisitas Dengan Sudut ................. 69 Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik Pada Sudut Uji 300 Dengan Pembesaran 50x ................ 71 Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik Pada Sudut Uji 350 Degan Pembesaran 50x .................. 72 Gambar 4.10. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik Pada Sudut 400 Pembesaran 50x………………………

72

Gambar 4.11. Histogram Rata – rata Energi Yang Diserap………..…

78

Gambar 4.12. Histogram Rata – rata Harga Impak................................ 79 Gambar 4.13. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod Pada Sudut Uji 300 Pembesaran 50x…………………… 81 Gambar 4.14. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod Pada Sudut Uji 350 Pembesaran 50x…………………….. 81 Gambar 4.15.Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak Izod Pada Sudut Uji 400 Pmbesaran 50x………………………. 82

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial .......... 10 Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157® BQTNEX ....................................................................................... 20 Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam ..................................... 23 Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber ..................................... 24 Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D3039-07 ........................ 63 Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Variasi Sudut (300,350,400)...... 64 Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (30 0).. 65 Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (350).. 66 Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut (40 0).. 67 Tabel 4.6. Geometri Pengujian Impak Izod ASTM D256-03................. 75 Tabel 4.7. Hasil Pengujian Impak Izod Variasi Sudut (30 0,350,400) ..... 76 Tabel 4.8. Hasil Pengolahan Data Rata-rata Energi Yang Diserap Pengujian Impak Izod Dengan Sudut Uji (300,350,400,)…… 77 Tabel 4.9. Hasil Pengolahan Data Rata-rata Harga Impak Izod Dengan Sudut Uji (300,350,400,)……………………………… 78

xviii

DAFTAR LAMPIRAN 1. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Tarik 2. Hasil Perhitungan Tarik 3. Uji density 4. Standart Pengujian tarik 5. Standart pengujian impak izod

xix