43
i PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI-EPOXY TERHADAP KEKUATAN BENDING DAN IMPACT Skripsi Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Oleh Yusuf Firdaus 5212414023 TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2019

PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

  • Upload
    others

  • View
    22

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

i

PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT

SERAT GONI-EPOXY TERHADAP KEKUATAN

BENDING DAN IMPACT

Skripsi

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar

Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

Oleh

Yusuf Firdaus

5212414023

TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2019

Page 2: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

ii

Page 3: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

iii

3

Page 4: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

iv

Page 5: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

Motto

Dan janganlah kamu iri hati terhadap apa

yang dikaruniakan Allah kepada sebahagian

kamu lebih banyak dari sebahagian yang

lain. (Surah An- Nisa : 32)

Persembahan

Skripsi ini saya persembahkan untuk kedua

orang tua, semata-mata membuat mereka

bahagia. Dengan ridhonya kelak semoga itu

yang akan mengantarkan ke surga.

Page 6: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

vi

SARI ATAU RINGKASAN

Yusuf Firdaus. 2019. Pengaruh Orientasi Serat Pada Komposit Serat Goni-Epoxy

Terhadap Kekuatan Bending dan Impact. Pembimbing: Dr. Rahmat Doni Widodo,

S.T., M.T. Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.

Penggunaan serat sintetis sebagai penguat komposit memiliki dampak

negatif pada lingkungan. Serat goni sebagai pengganti serat sintetis merupakan

hasil olahan dari serat alam yang pemanfaatannya sebatas untuk mengemas hasil

pertanian. Untuk meningkatkan fungsinya serat goni digunakan dalam penelitian

ini sebagai penguat material komposit. Penelitian ini bertujuan mengetahui

pengaruh variasi anyaman serat goni dengan matrik epoxy terhadap kekuatan

bending dan impact.

Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah eksperimen. Pembuatan

komposit menggunakan metode hand lay-up, satu lapisan sudut dengan orientasi

0º, 45º dan 90º. Pengujian bending dilakukan dengan metode pengujian three point

bending dan impact dengan metode charpy sesuai standar ASTM D790 dan ASTM

D6110.

Hasil penelitian menunjukkan rata-rata kekuatan bending dan modulus elastisitas

pada variasi orientasi tertinggi pada variasi orientasi 45º + 90º sebesar 48,23 MPa

dan variasi orientasi 45º + 90º sebesar 1,889 GPa. Nilai kekuatan bending diatas

penelitian terdahulu dengan nilai kekuatan bending sebesar 47,74 MPa. Hasil

menunjukkan semakin tinggi kekuatan bending maka semakin tinggi modulus

elastisitasnya. Nilai kekuatan impact pada variasi orientasi serat tertinggi pada

variasi orientasi 45º + 90º sebesar 0,00847 J/mm2. Nilai kekuatan bending dan

impact sangat dipengaruhi oleh variasi orientasi serat. Perlu adanya penelitian lebih

lanjut untuk mengetahui kekuatan bending dan impact komposit serat goni-epoxy

secara optimal.

Kata kunci : Komposit, Serat goni, orientasi serat, kekuatan bending, kekuatan

impact.

Page 7: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

vii

PRAKATA

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul

Pengaruh Orientasi Serat Pada Komposit Serat Goni-Epoxy Terhadap Kekuatan

Bending dan Impact. Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan meraih gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.

Shalawat dan Salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW, mudah-mudahan

kita semua mendapatkan safaat di yaumil akhir nanti, Aamiin.

Penyelesaian karya tulis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena

itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih serta penghargaan

kepada:

1. Bapak Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri

Semarang atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menempuh

studi di Universitas Negeri Semarang.

2. Bapak Dr. Nur Qudus, MT, Dekan Fakultas Teknik. Bapak Rusiyanto, S.Pd.,

M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin. Bapak Samsudin Anis S.Pd., M.T.Ph.D,

Koordinator Program Studi Teknik Mesin atas fasilitas yang disediakan bagi

mahasiswa.

3. Bapak Dr. Rahmat Doni W, S.T., M.T., yang penuh perhatian dan atas

perkenaan memberi bimbingan dan dapat dihubungi sewaktu-waktu disertai

kemudahan menunjukkan sumber-sumber yang relevan dengan penulisan

karya ini.

4. Bapak Rusiyanto, S.Pd., M.T. dan Bapak Ir. Agus Nugroho, S.Pd., M.T.,

IPP. selaku Penguji I dan Penguji II yang telah memberi masukan yang sangat

berharga berupa saran, ralat, perbaikan, pertanyaan, komentar, tanggapan,

menambah bobot dan kualitas karya tulis ini.

5. Semua dosen Jurusan Teknik Mesin FT. UNNES yang telah memberi bekal

pengetahuan yang berharga.

6. Ayah dan ibu saya serta keluarga yang tidak hentinya mendukung dan

mendoakan saya untuk segera menyelesaikan skripsi ini.

Page 8: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

viii

7. Semua teman-teman Teknik Mesin FT. UNNES angkatan 2014 yang selalu

memberi semangat.

8. Berbagai pihak yang telah memberi bantuan untuk karya tulis ini yang tidak

dapat disebutkan satu persatu.

Semoga segala bantuan dan kebaikan tersebut mendapat limpahan dan balasan

dari Allah SWT. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat dan memberikan

tambahan pengetahuan dan wawasan yang semakin luas bagi para pembaca.

Semarang, 23 Mei 2019

Penulis

Page 9: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

ix

DAFTAR ISI

PERSETUJUAN PEMBIMBING .......................... Error! Bookmark not defined.

PENGESAHAN ........................................................ Error! Bookmark not defined.

PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................................. iii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v

SARI ATAU RINGKASAN ................................................................................ vi

PRAKATA ........................................................................................................... vii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ................................................................................................... 1

1.2 Identifikasi Masalah ............................................................................................ 3

1.3 Pembatasan Masalah ........................................................................................... 3

1.4 Rumusan Masalah ............................................................................................... 4

1.5 Tujuan Penelitian ................................................................................................ 4

1.6 Manfaat Penelitian .............................................................................................. 4

BAB II KAJIAN PUASTAKA DAN LANDASAN TEORI .............................. 5

2.1. Kajian Pustaka .................................................................................................... 5

2.2. Landasan Teori .................................................................................................... 7

2.2.1. Definisi Komposit ....................................................................................... 7

2.2.2. Unsur Penyusun Komposit .......................................................................... 8

Page 10: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

x

2.2.3. Jenis-jenis Komposit ................................................................................. 11

2.2.4. Serat Rami ................................................................................................. 14

2.2.5. Resin Epoxy .............................................................................................. 15

2.2.6. Larutan NaOH ........................................................................................... 16

2.2.7. Fraksi Volume ........................................................................................... 16

2.2.8. Uji Mekanis ............................................................................................... 18

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 25

3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ....................................................................... 25

3.2. Desain Penelitian .............................................................................................. 25

3.2.1. Diagram Alir ............................................................................................. 25

3.2.2. Proses Penelitian ....................................................................................... 27

3.3. Alat dan Bahan .................................................................................................. 36

3.3.1. Alat ............................................................................................................ 36

3.3.2. Bahan ........................................................................................................ 40

3.4. Parameter Penelitian ......................................................................................... 42

3.4.1. Parameter Bebas ........................................................................................ 42

3.4.2. Parameter Terikat ...................................................................................... 42

3.4.3. Parameter Kontrol ..................................................................................... 42

3.5. Teknik Pengumpulan Data ................................................................................ 44

3.5.1. Dokumentasi ............................................................................................. 44

3.5.2. Uji Laboratorium....................................................................................... 44

3.6. Kalibrasi Instrumen ........................................................................................... 45

3.7. Teknik Analisis data ......................................................................................... 45

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 46

Page 11: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

xi

4.1. Deskripsi Data ................................................................................................... 46

4.1.1. Hasil Uji Bending ...................................................................................... 46

4.1.2. Hasil Uji Impact ........................................................................................ 47

4.2. Analisis Data ..................................................................................................... 48

4.2.1. Analisis Hasil Uji Bending ........................................................................ 48

4.3. Pembahasan ....................................................................................................... 56

4.3.1. Pengaruh Orientasi Sudut Serat Terhadap Kekuatan Bending dan Modulus

Elastisitas Bending. ................................................................................................... 56

4.3.2. Pengaruh Orientasi Sudut Serat Terhadap Kekuatan Impact. ................... 57

4.3.3. Perbandingan Hasil Penelitian terhadap Penelitian Terdahulu ................. 58

BAB V KESIMPULAN ...................................................................................... 60

5.1. Kesimpulan ....................................................................................................... 60

5.2. Saran ................................................................................................................. 60

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 62

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... 65

Page 12: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat Tarik Komposit Rami (Diharjo K, 2006) .................................................. 6

Tabel 2.2. Hasil Pengujian Bending Komposit Serat Rami (Hariyanto A, 2010) .............. 7

Tabel 2.3. Hasil Pengujian Impact Komposit Serat Rami (Hariyanto A, 2010) ................ 7

Tabel 2.4. Sifat mekanik dan fisik serat rami (Chandrashekar K M et al., 2016) ........... 14

Tabel 2.5. Komposisi kimia serat rami (Nugraha, 2015) .................................................. 15

Tabel 2.6. Sifat Mekanis Resin Epoxy (Callister, 2007: 602) .......................................... 16

Tabel 2.7 Kelebihan dan kekurangan pengujian three point bending dan four point

bending (Khamid, 2011) ................................................................................................... 19

Tabel 3.1. Kebutuhan material untuk spesimen uji Bending. ........................................... 30

Tabel 3.2. Kebutuhan material untuk spesimen uji Impact ............................................... 30

Tabel 3.3. Jumlah Kebutuhan Spesimen Uji Impact dan Bending .................................... 33

Tabel 3.4. Tabel hasil pengolahan data kekuatan bending ................................................ 43

Tabel 3.5. Tabel hasil pengolahan data modulus elastisitas bending ................................ 43

Tabel 3.6. Tabel hasil pengolahan data kekuatan impact .................................................. 44

Tabel 4.1. Data hasil uji bending komposit serat goni – epoxy. ........................................ 46

Tabel 4.2. Data hasil uji impact komposit serat goni – epoxy. .......................................... 47

Tabel 4.3. Data hasil uji bending ...................................................................................... 49

Tabel 4.4. Tabel nilai modulus elastisitas bending ........................................................... 51

Tabel 4.5. Tabel nilai kekuatan impact ............................................................................. 54

Page 13: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. (a) Continous Fiber Composite (b) Woven Fiber Composite (c)

Chopped Fiber Composite (d) Hybrid Fiber Composite (Gibson, 1994: 5) ......... 10

Gambar 2.2. Continous fiber (Serat Panjang) (Campbell, 2012: 2) ...................... 12

Gambar 2.3. Discontinous Fiber (Serat Pendek) (Campbell, 2012: 2) ................. 13

Gambar 2.4. (a) Particulate Composites (b) Short Fiber Composite (c) Continous

Fiber Composite (d) Laminated Composites (Marc Chawla, 2009: 765) ............. 14

Gambar 2.5. Penampang serat rami menggunakan SEM (a) Tanpa perlakuan

NaOH (b) Dengan perlakuan 5 % NaOH (Nugraha, 2015) .................................. 15

Gambar 2.6. Penampang spesimen uji Three Point Bending ................................ 19

Gambar 2.7. Penampang spesimen uji Four Point Bending ................................. 20

Gambar 2.8. Skema pengujian impact (Callister, 2007: 224) ............................... 22

Gambar 3.1. Diagram Alir ................................................................................................ 26

Gambar 3.2. Spesimen uji bending ................................................................................... 32

Gambar 3.3. Spesimen uji impact ..................................................................................... 32

Gambar 3.4. Diagram uji bending terhadap variasi orientasi sudut (a) 0º + 0º, (b) 0º + 45º,

(c) 0º + 90º, dan (d) 45º + 90º ........................................................................................... 34

Gambar 3.5. Diagram uji impact terhadap variasi orientasi sudut (a) 0º + 0º, (b) 0º + 45º,

(c) 0º + 90º, dan (d) 45º + 90º ........................................................................................... 35

Gambar 3.6. Kamera Canon EOS 600D ........................................................................... 36

Gambar 3.7. Timbangan Digital ....................................................................................... 36

Gambar 3.8. Cetakan Komposit, (a) untuk uji impact (b) untuk uji bending. ................... 37

Gambar 3.9. Gerinda dan Amplas ..................................................................................... 37

Page 14: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

xiv

Gambar 3.10. Jangka Sorong ............................................................................................ 38

Gambar 3.11. Gunting ....................................................................................................... 38

Gambar 3.12. Lembar Kaca .............................................................................................. 39

Gambar 3.13. Alat Press ................................................................................................... 39

Gambar 3.14. Alat uji bending (Universal Testing Machine) ........................................... 40

Gambar 3.15. Alat uji impact ( Impact Testing Machine ) ............................................... 40

Gambar 3.16. Serat Goni .................................................................................................. 41

Gambar 3.17. (a) Resin epoxy dan (b) hardener ............................................................... 41

Gambar 3.18. Larutan NaOH ............................................................................................ 42

Gambar 4.1. Grafik kekuatan bending terhadap varian .................................................... 49

Gambar 4.2. Grafik modulus elastisitas bending terhadap varian..................................... 52

Gambar 4.3. Grafik hasil uji impact: energi serap komposit serat goni-epoxy ................. 53

Gambar 4.4. Grafik kekuatan impact terhadap varian. ..................................................... 55

Gambar 4.5. Grafik kekuatan bending dan penelitian terdahulu ...................................... 58

Page 15: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Material komposit adalah material yang terdiri dari dua atau lebih bahan

peyusunnya (Sailesh et al., 2018: 7184). Secara umum komposit terdiri dari bahan

penguat (reinforcement) dan bahan pengikat (matrik). Penggunaan material

komposit dipilih karena sifat mekanik dari material tersebut bisa ditentukan dengan

variasi bahan penyusun didalamnya. Sailesh et al., (2018: 7184) menyatakan bahwa

saat ini para peneliti dan insinyur mulai menunjukkan ketertarikan penelitian

merekan pada bidang komposit serat alami karena serat alami memiliki ketahanan

terhadap korosi yang meningkat, kemudahan pembuatan, ramah lingkungan, dan

ketersediaan bahan baku yang mudah untuk pembuatan material komposit serat

alami. Selain itu, penggunan komposit berbasis serat alami berkembang karena

berbagai masalah lingkungan dan kesehatan terkait dampak penggunaan material

plastik berbasis sintetik (Bajpai et al., 2018: 8699).

Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

tertanam dengan bahan serat alami berkekuatan tinggi, seperti serat ijuk, kelapa

sawit, serat daun nanas, dan rami. Serat alami adalah serat yang tidak sintesis atau

buatan manusia yang bersumber dari tanaman atau hewan (Mohammed et al., 2015:

1).

Page 16: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

2

Salah satu serat alami yang sering digunakan adalah serat rami atau di

Indonesia lebih dikenal dengan serat goni, salah satu hasil dari pengolahan serat

rami adalah karung goni. Serat goni adalah serat yang berasal dari tanaman yang

diambil dari kulit batang pohon, serat ini juga termasuk material biodegradable

(bisa terurai) sehingga ramah lingkungan (Firman et al., 2016: 2). Serat rami ini

akan direndam dahulu dalam larutan alkali selama beberapa jam untuk

meningkatkan kekuatan tarik dan modulus elastis yang tinggi. Menurut Diharjo

(2006: 10) perlakuan alkali selama 2 jam pada serat rami akan memberikan

pengaruh berupa kekuatan tarik paling tinggi dibandingkan dengan perlakuan alkali

selama 0, 4, 6, dan 8 jam.

Serat goni di Indonesia sangat mudah untuk didapatkan, karena itulah serat

goni ini banyak dimanfaatkan oleh masyarakat karena sifat dari serat goni ini yaitu

kuat, elastis dan kasar. Pemanfaatan serat goni ini hanya sebatas dijadikan sebagai

tambang, karung goni atau tempat pembungkus biji-bijian dan kerajinan tangan.

Pemanfaatan serat goni dalam dunia industri belum banyak, serta penelitian tentang

serat goni dengan orientasi sudut serat masih sedikit. Oleh karena itu, dalam

penelitian ini akan dilakukan penelitian pengaruh orientasi serat pada komposit

serat goni-epoxy terhadap kekuatan bending dan impact.

Hasil dari penelitian ini diharapkan bisa digunakan sebagai alternatif

bahan pembuatan komposit, karena serat goni mudah didapatkan dan serat goni

merupakan material yang ramah lingkungan serta kedepannya diharapkan komposit

serat goni bisa digunakan sebagai bahan untuk pembuatan bumper mobil, karena

serat goni memiliki sifat mekanik yang baik.

Page 17: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

3

1.2 Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang tersebut dapat diketahui bahwa :

1. Banyak penelitian tentang serat goni, namun masih sedikit yang melakukan

variasi orientasi serat.

2. Pemanfaatan serat goni yang masih sedikit dalam dunia industri.

3. Masalah lingkungan karena dunia industri menggunakan bahan baku material

sintetis.

1.3 Pembatasan Masalah

Adapun pembatasan masalah yang diambil sebagai berikut :

1. Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat jute atau lebih dikenal

sebagai serat goni.

2. Penggunan resin dalam penelitian ini adalah resin epoxy.

3. Orientasi serat yang dilakukan adalah 0º, 45º, dan 90º. Dengan variasi orientasi

serat sebagai berikut :

a. Orientasi serat 0º dan 0º.

b. Orientasi serat 0º dan 90º.

c. Orientasi serat 0º dan 45º.

d. Orientasi serat 45º dan 90º.

4. Dilakukan uji bending dengan metode three point bending dan uji impact

dengan metode charpy.

5. Standar spesimen yang digunakan adalah ASTM D 790 untuk spesimen uji

bending dan ASTM D 6110 untuk spesimen uji impact.

Page 18: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

4

1.4 Rumusan Masalah

Berdasarkan pembatasan masalah sehingga dapat dirumuskan

permasalahan yang akan dianalisis dari penelitian ini sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh orientasi sudut serat goni terhadap kekuatan impact

material komposit serat goni epoxy.

2. Bagaimana pengaruh orientasi sudut serat goni terhadap kekuatan bending

material komposit serat goni epoxy.

1.5 Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah tujuan yang diperoleh adalah :

1. Mengetahui pengaruh orientasi serat goni terhadap kekuatan bending material

komposit serat goni epoxy.

2. Mengetahui pengaruh orientasi serat goni terhadap kekuatan impact material

komposit serat goni epoxy.

1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat dari diadakan penelitian ini adalah :

1. Penelitian ini bisa menjadi referensi untuk penelitian selanjutnya yang berbasi

serat goni dengan resin epoxy pada material komposit.

2. Mengetahui kelayakan material komposit berpenguat serat goni sebagai bahan

pembuatan bemper mobil.

3. Data yang diperoleh dari penelitian berguna bagi sumbangsih ilmu

pengetahuan pada bidang material.

Page 19: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

5

BAB II

KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1. Kajian Pustaka

Dalam penyusunan sebuah penelitian dibutuhkan sumber-sumber yang

mendukung dari penelitian yang akan dilakukan. Baik penelitian yang telah

dilakukan ataupun teori-teori dasar dari penelitian tersebut. Beberapa penelitian

yang telah dilakukan terkait komposit serat alam adalah sebagai berikut :

Penelitian oleh Dyah et al., (2013) dengan judul “Pengaruh Panjang Serat

Dan Fraksi Volume Terhadap Kekuatan Impact Dan Bending Material Komposit

Polyester-Fiber Glass Dan Polyester-Pandan Wangi” melakukan eksperimen

pembuatan komposit yang menggunakan dua macam serat yaitu serat glass dan

serat pandan wangi dengan resin polyester. Tujuan dari penelitian ini untuk

mengetahui pengaruh panjang serat dan fraksi volume terhadap kekuatan impact

dan bending. Varasi fraksi volume yang digunakan pada penelitian ini adalah 20%,

30%, dan 40%. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa komposit serat glass

dan pandan wangi dengan fraksi volume 40% memiliki nilai yang paling baik

yaitu, kekuatan impact 15908,67 KJ/m2 dan kekuatan bending 236,67 KN. Dari

hasil penelitian tersebut nilai tertinggi kekuatan impact dan bending dengan fraksi

volume 40% yang akan digunakan pada penelitian ini.

Penelitian oleh Diharjo (2006) dengan judul “Pengaruh Perlakuan Alkali

terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami Polyester” melakukan penelitian

komposit serat rami dengan matrik polyester. Dalam penelitian ini serat rami

direndam dalam larutan (5%) NaOH dengan variasi perendaman 0, 2, 4, dan 6 jam.

Page 20: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

6

Selanjutnya serat rami dinetralkan dengan cara dibilas dengan air dan ditiriskan

hingga kering tanpa terkena sinar matahari. Kemudian komposit dibuat dengan

metode cetak dengan fraksi volum serat rami sebesar 35% dan dilakukan pengujian

tarik. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2.1. komposit serat rami dengan

perendaman selama 2 jam memiliki nilai kekuatan tarik tertinggi. Oleh karena itu,

penelitian ini akan meleakukan perendaman serat goni dalam larutan (5%) NaOH

selama 2 jam merujuk pada hasil dari penelitian tersebut yang menghasilkan nilai

kekuatan tarik tertinggi.

Tabel 2.1. Sifat Tarik Komposit Rami (Diharjo, 2006)

Jenis

Komposit

Perlakuan

Alkali (5%

NaOH)

Tegangan

Tarik

MPa

Regangan

%

Modulus

Elstisitas

GPa

Komposit

Serat Rami

0 jam 160,298 0,42 31,179

2 jam 190,270 0,44 45,759

4 jam 169,253 0,39 43,427

6jam 147,099 0,31 48,166

Penelitian oleh Hariyanto (2010) dengan judul “ Pengaruh Perlakuan

Alkali Pada Rekayasa Bahan Komposit Berpenguat Serat Rami Bematriks

Polyester terhadap Kekuatan Mekanis”. Tujuan dari penelitian ini untuk

mengetahui pengaruh pengaruh perlakuan alkali terhadap peningkatan kekuatan

bending dan impact komposit serat rami dengan matrik polyester. Dalam penelitian

ini serat rami direndam dalam larutan (5%) NaOH dengan variasi perendaman 0,

2, 4, dan 6 jam. Fraksi volume yang digunakan dalam penelitian ini adalah 40%.

Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2.2. dan Tabel 2.3. komposit serat rami dengan

Page 21: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

7

perlakuan NaOH selama 2 jam memiliki nilai kekuatan bending dan impact

tertinggi.

Tabel 2.2. Hasil Pengujian Bending Komposit Serat Rami (Hariyanto, 2010)

Perlakuan 5% NaOH Fraksi Volume Serat

(Vf)

Kekuatan Bending

rata-rata (N/mm2)

2 jam 40% 143,96

4 jam 40% 46,02

6 jam 40% 123,26

8 jam 40% 86,76

Tabel 2.3. Hasil Pengujian Impact Komposit Serat Rami (Hariyanto, 2010)

Perlakuan 5% NaOH Fraksi Volume Serat

(Vf)

Kekuatan Impact rata-

rata (GPa)

2 jam 40% 1,167

4 jam 40% 1,067

6 jam 40% 1,067

8 jam 40% 1,033

2.2. Landasan Teori

2.2.1. Definisi Komposit

Komposit adalah kombinasi dari dua atau lebih material yang menghasilkan

sifat yang lebih baik dari satu komponen material itu sendiri (Campbell 2010:4).

Sedangkan menurut Jones dalam bukunya (1999:2) komposit adalah dua atau lebih

bahan digabungkan dalam skala makroskopik untuk membentuk material ketiga

yang bermanfaat. Pada umumnya komposit terdiri dari dua material yang berbeda,

yaitu penguat (reinforcement) dan matriks.

Page 22: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

8

1) Material penguat (Reinforcement)

Material mempunyai sifat kurang elastis dan bentuk dari material penguat

berupa serat atau partikel. Sedangkan jenis material penguat dalam komposit berupa

karbida, nitrida, oksida.

2) Material pengikat (Matriks)

Material yang umumnya bersifat elastis dan jenis matrik yang sering digunakan

adalah logam, polimer, atau keramik. Jenis matrik yang digunakan menunjukan

nama dari komposit tersebut, sebagai contoh: Komposit Matrik Polimer (KMP).

2.2.2. Unsur Penyusun Komposit

Menurut Chambell (2010: 1) ada 2 macam material yang digunakan sebagai

penyusun komposit. Material tersebut adalah:

2.2.2.1. Material Penguat (Reinforcement)

Material mempunyai sifat kurang elastis, lebih keras, dan kaku. Bentuk

dari material penguat berupa serat atau partikel. Serat adalah suatu bahan yang

berbentuk potongan komponen yang memanjang membentuk jaringan yang utuh.

Pada umumnya terdapat dua jenis serat, yaitu:

1. Serat Alami

Serat alami adalah serat yang berasal dari alam, yang biasanya diperoleh

dari bagian tumbuhan atau hewan. Serat alam yang biasa digunakan didunia industri

yang berasal dari tumbuhan atau biasa dikenal sebagai Base plant yaitu jute,

rosella, flax, kenaf, dan rami (Firman et al., 2016: 3), namun serat ini memiliki

Page 23: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

9

kelemahan seperti bentuk serat yang tak seragam dan kekuatan serat dipengaruhi

oleh usia dari serat itu sendiri.

2. Serat Sintetis

Serat sintetis atau buatan adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan kimia

dan anorganik, serat ini banyak digunakan karena ukuran serat yang relatif sama

dan kekuatan serat sama sepanjang serat. Serat yang banyak digunakan adalah serat

nylon, serat gelas, serat karbon dan lain-lain.

Berdasarkan penempatan serat, terdapat beberapa tipe serat dalam komposit

menurut Gibson (1994: 5):

1. Continous Fiber Composite

Tipe ini mempunyai susunan yang panjang dan lurus, serta membentuk lamina

diantara matriksnya. Komposit ini sering digunakan, akan tetapi mempunyai

kelemahan pada pemisahan antar lapisan.

2. Woven Fiber Composite

Susunan serat komposit ini mengikat lapisan yang membuat komposit ini tidak

mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan. Susunan serat memanjangnya

tidak lurus yang mengakibatkan kekuatannya melemah.

3. Chopped Fiber Composite

Tipe komposi dengan serat yang pendek dengan penempatan serat secara acak

dalam matrik. Komposit ini biasa digunakan dalam aplikasi volume tinggi

karena biaya produksi yang rendah, tetapi memiliki sifat mekanik yang lebih

buruk dibanding komposit serat kontinu.

Page 24: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

10

4. Hybrid Fiber Composite

Komposit campuran antaran komposit serat lurus dengan komposit serat acak.

Penggabungan ini untuk mengganti kekurangan dari masing-masing tipe dan

menggabungkan kelebihannya.

Gambar 2.1. (a) Continous Fiber Composite (b) Woven Fiber Composite (c)

Chopped Fiber Composite (d) Hybrid Fiber Composite (Gibson, 1994: 5)

2.2.2.2. Material pengikat (Matriks)

Material yang umumnya bersifat elastis dan berfungsi untuk

mendistribusikan beban keseluruh material penguat dalam komposit, jenis matrik

yang sering digunakan adalah logam, polimer, atau keramik. Menurut Marc dan

Chawla (2009: 765) terdapat 3 jenis komposit berdasarkan matrik penyusunnya,

antara lain:

1. Komposit Matrik Polimer / Polimer Matriks Composite (PMC)

Komposit dengan matrik yang digunakan adalah polimer, komposit ini paling

banyak digunakan karena memiliki sifat yang lebih tahan korosi dan lebih ringan

serta biaya pembuatan yang lebih murah. Namun komposit jenis ini mempunyai

Page 25: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

11

kelemahan yaitu tidak tahan dengan temperatur tinggi. Polimer yang sering

digunakan adalah thermoplastic (polyester dan nylon) dan thermoset (epoksida dan

bismaleimida).

2. Komposit Matrik Logam / Metal Matriks Composite (MMC)

Komposit dengan matrik yang digunkan adalah logam. Komposit jenis ini

memiliki kelebihan diantaranya tidak menyerap kelembaban, kekuatan tekan dan

geser yang baik, tidak mudah terbakar, dan lain-lain. Namun komposit jenis ini

memiliki beberapa kelemahan yaitu biayanya mahal dan standarisasi material

dengan proses yang sedikit

3. Komposit Matrik Keramik / Ceramic Matriks Composite (CMC)

Komposit dengan matrik yang digunakan adalah keramik. Matrik yang sering

digunakan dalam komposit ini adalah gelas anorganik, alumina, dan silikon nitrida.

Komposit jenis ini memiliki kelebihan diantaranya dimensinya lebih stabil, tahan

pada temperatur tinggi, permukaannya tahan aus dan lain-lain. Namun komposit

jenis ini juga memiliki kelemahan diantaranya sulit diproduksi dalam jumlah besar,

relatif mahal, hanya untuk aplikasi tertentu

2.2.3. Jenis-jenis Komposit

Menurut Campbell (2010: 1) terdapat 2 jenis penguat komposit, yaitu:

2.2.3.1. Continous Fiber (Serat Panjang)

Pada continous fiber ada tiga penyusunan orientasi serat, yaitu:

1. Undirectional

Pada tipe ini terdiri dari 1 arah serat (0º, 45º, 90º, dan (-45º))

Page 26: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

12

2. Cloth (woven)

Serat pada tipe ini arahnya tersusun secara tegak lurus (0º dan 90º)

3. Roving

Arah serat pada tipe ini tersusun secara silang (± 30º)

Gambar 2.2. Continous fiber (Serat Panjang) (Campbell, 2012: 2)

2.2.3.2. Discontinous Fiber (Serat Pendek)

Serat dalam komposit ini tersusun secara acak. Ada 2 jenis serat pendek,

yaitu:

1. Chopped

Serat ini mempunyai diameter dan panjang yang sama. Penempatan serat

secara acak dalam matrik tanpa memperhatikan orientasi sudut serat. Komposit ini

biasa diaplikasikan pada volume yang tinggi, karena biaya produksi yang rendah.

2. Mat

Serat ini mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam. Dalam

penempatan serat juga tidak memperhatikan orientasi sudut dari serat.

Page 27: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

13

Gambar 2.3. Discontinous Fiber (Serat Pendek) (Campbell, 2012: 2)

Secara garis besar komposit dapat diklasifikasikan menjadi 4 berdasarkan

penguat yang digunakan, yaitu (Marc dan Chawla 2009: 765):

1. Particulate Composites (Komposit Partikel)

Merupakan komposit yang menggunakan patikel atau serbuk sebagai

penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.

2. Short Fiber Composite (Komposit Serat Pendek)

Serat yang digunakan adalah serat pendek yang mempunyai orientasi tidak

teratur. Berfungsi untuk menopang kekuatan dari komposit.

3. Continous Fiber Composite (Komposit Serat Panjang)

Serat yang digunakan adalah serat panjang yang tidak terputus. Jenis serat yang

digunakan adalah serat alam maupun serat sintetik.

4. Laminated Composites (Komposit Laminat)

Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan

yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat yang digunakan seperti serat

gelas, serat karbon, aramid fibres (polyaramide) dan sebagainya. Serat ini disusun

Page 28: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

14

secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan dapat pula dalam bentuk yang

lebih kompleks seperti anyaman.

Gambar 2.4. (a) Particulate Composites (b) Short Fiber Composite (c) Continous

Fiber Composite (d) Laminated Composites (Marc Chawla, 2009: 765)

2.2.4. Serat Rami

Serat rami atau di Indonesia lebih dikenal dengan serat goni adalah serat

yang berasal dari batang tanaman rami atau Boehmeria Nivea. Serat dengan warna

coklat ini mudah dididapat namun pemanfaatan serat ini masih sebatas digunakan

sebagai karung untuk mengemas biji-bijian, sebagai kerajinan tangan, dijadikan tali

dan benang. Serat rami memiliki sifat mekanik, antara lain:

Tabel 2.4. Sifat mekanik dan fisik serat rami (Chandrashekar et al., 2016)

Jenis Serat Densitas,

(g/cm³)

Young

Modulus,

(kN/mm²)

Kekuatan

Tarik,

(N/mm²)

Elongation,

(%)

Serat Rami 1,5-1,56 60-128 400-1000 1,2-3,8

Selain itu komposisi kimia serat goni yang banyak mengandung selulosa

juga membuat serat goni bersifat kuat dan tahan terhadap suhu yang cukup tinggi.

Komposisi kimia serat goni terdapat pada Tabel 2.5.

Page 29: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

15

Tabel 2.5. Komposisi kimia serat rami (Nugraha, 2015)

Jenis Serat Kelembaban,

(%)

Selulosa,

(%)

Hemiselulosa,

(%)

Lignin,

(%)

Serat Rami 8 68,6-76,2 13,1-16,7 0,6-0,7

Treatment yang dilakukan pada serat rami menggunakan larutan NaOH

memberikan dampak yang positif. Treatment serat rami pada larutan NaOH

menyebabkan zat asing yang menempel pada serat menghilang serta berkurangnya

kandungan lignin dalam serat setelah dilakukan perendaman dan pembilasan.

Dampak treatment pada serat rami dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Penampang serat rami menggunakan SEM (a) Tanpa perlakuan

NaOH (b) Dengan perlakuan 5 % NaOH (Nugraha, 2015)

2.2.5. Resin Epoxy

Resin epoxy adalah salah satu polimer berbentuk cair yang berasal dari

polimerisasi epoxida. Resin epoxy bisa bereaksi dengan beberapa bahan kimia lain.

Resin ini termasuk dalam resin thermosetting karena mereka bereaksi dengan

mengeluarkan panas internal dan mampu membentuk ikatan yang erat dalam

struktur crosslinking polimer. Resin epoxy banyak digunakan karena memiliki

keunggalan sebagai zat perekat dibandingkan dengan polimer yang lain. Menurut

Surdia dan Saito (1999: 259) sifat-sifat resin epoxy diantaranya keletkatan terhadap

Page 30: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

16

bahan lain sangat baik, kestabilan dimensinya baik, sangat tahan terhadap zat kimia

dan stabil terhadap banyak asam.

Tabel 2.6. Sifat Mekanis Resin Epoxy (Callister, 2007: 602)

Material Modulus Elastisitas

(GPa)

Desitas

(g/cm3)

Resin Epoxy 2,4 1,14

2.2.6. Larutan NaOH

Larutan NaOH merupakan larutan basa kuat yang mudah larut dalam air

yang mampu terionisasi dengan sempurna. Larutan NaOH digunakan untuk

treatment pada serat goni, hal ini dilakukan untuk membersihkan kotoran dan

mengurangi kandungan air yang ada dalam serat goni serta untuk meningkatkan

sifat mekanik dari serat goni. Perlakuan serat pada larutan NaOH bisa

meningkatkan sifat mekanik dari komposit (Diharjo, 2005). Sedangkan menurut

Muslim, et all., (2013: 27) perlakuan alkali terhadap serat selama 2 jam

meningkatkan nilai kekuatan tarik dan modulus elastis paling tinggi.

2.2.7. Fraksi Volume

Dalam pembuatan material yang terdiri dari dua atau lebih campuran bahan

yang berbeda, dilakukan perhitungan fraksi volume dan massa dari bahan yang

akan dicampurkan untuk mempermudah mengetahui berapa banyak prosentase

bahan yang dibutuhkan untuk membuat komposit. Menghitung fraksi volume,

parameter yang harus diketahui adalah massa jenis matrik, massa jenis serat,

volume komposit dan berat serat. Parameter yang sudah diketahui digunakan untuk

Page 31: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

17

menghitung massa serat dan massa matriks komposit dengan rumus sebagai berikut

(Berthelot, 1999: 11-12)

Rumus menghitung fraksi volume serat:

Vf = 𝑣𝑓

𝑣𝑐 ............................................................................................................ (2.1)

Rumus menghitung fraksi volume matriks:

Vm = 𝑣𝑚

𝑣𝑐 ........................................................................................................ (2.2)

jumlah fraksi volume komposit adalah 1 sehingga berlaku persamaan:

Vm = 1 – Vf ..................................................................................................... (2.3)

Rumus menghitung massa serat:

mf = νf x ρf ....................................................................................................... (2.4)

Rumus menghitung massa matrik:

mm = νm x ρm .................................................................................................... (2.5)

Keterangan: Vf = fraksi volume serat (%)

νf = volume serat (cm3)

νm = volume matrik (cm3)

Vm = fraksi volume matrik (%)

νc = volume komposit (cm3)

mf = massa serat (gr)

ρf = massa jenis serat (gr/cm3)

mm = massa matrik (gr)

Page 32: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

18

ρm = massa jenis matriks (gr/cm3)

2.2.8. Uji Mekanis

2.2.7.1. Uji Bending

Uji bending adalah proses pengujian material yang dilakukan dengan cara

memberikan tekanan secara perlahan pada material untuk mendapatkan nilai

kekuatan bending. Kekuatan bending adalah tegangan bending terbesar yang dapat

diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi besar atau terjadinya

kegagalan. Besar kekuatan bending tergantung pada jenis material dan

pembebanan, bagian atas spesimen mengalami tekanan sedangkan bagian bawah

mengalami tegangan tarik. Material komposit tidak mampu menahan tegangan tarik

yang diterima sehingga spesimen mengalami kegagalan dan patah.

Pengujian bending memiliki 2 macam pengujian, yaitu three point bending

dan four point bending (Berthelot, 1999: 405-410). Perbedaan dari kedua pengujian

yaitu terletak pada bentuk dan jumlah point yang digunakan. Three point bending

menggunakan dua point pada bagian bawah sebagai tumpuan dan satu point pada

bagian atas sebagai penekan. Four point bending menggunakan dua point sebagai

tumpuan dan dua point sebagai penekan. Pengujian three point bending dan four

point bending memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing seperti pada

Tabel 2.7 karena setiap metode pengujian memiliki perhitungan yang berbeda.

Page 33: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

19

Tabel 2.7 Kelebihan dan kekurangan pengujian three point bending dan four

point bending (Khamid, 2011)

Three Point Bending Four Point Bending

Kelebihan

Kemudahan persiapan spesimen dan

pengujian

Pembuatan point lebih mudah

Penggunaan rumus perhitungan lebih

mudah

Hasil pengujian lebih akurat

Kekurangan

Kesulitan menentukan titik tengah,

karena jika posisi point tidak ditengah

penggunaan rumus berubah

Kemungkinan terjadi pergeseran

menyebabkan benda uji pecah dan

patah tidak di tengah maka rumus yang

digunakan kombinasi tegangan

lengkung dengan tegangan geser

Pembuatan point lebih rumit

Dua point atas harus menekan dengan

bersamaan pada benda uji. Jika salah

satu point terlebih dahulu menekan

makan terjadi three point bending,

sehingga rumus yang digunakan

berbeda

1) Three Point Bending

Pada metode three point bending spesimen uji diberikan beban pada satu titik

tepat pada bagian tengah spesimen (½ L) dan bertumpu pada dua penyangga.

Standar yang digunakan adalah ASTM D790.

Gambar 2.6. Penampang spesimen uji Three Point Bending

(Berthelot, 1999: 406)

Page 34: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

20

2) Four Point Bending

Pada metode four point bending, spesimen uji diberikan beban pada dua titik

dan bertumpu pada dua titik.

Gambar 2.7. Penampang spesimen uji Four Point Bending

(Berthelot, 1999: 410)

Pengujian yang akan dilakukan dalam penelitian ini menggunakan metode

three point bending. Metode ini digunakan karena permukaan dari spesimen yang

terbentuk tidak rata. Jika menggunakan metode four point bending pada saat

diberikan tekanan pada kedua titik akan terjadi perbedaan waktu (Khamid, 2011).

Pengujian three point bending menggunakan persamaan :

σ =M.𝑦

𝐼 ............................................................................................................ (2.6)

dimana M, y, dan I dapat dihitung menggunakan persamaan :

M =1

4P. L ........................................................................................................ (2.7)

𝐼 =𝑏.𝑑3

12 ............................................................................................................ (2.8)

y = d .............................................................................................................. (2.9)

Page 35: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

21

Persamaan 2.7, 2.8, dan 2.9 disubstitusikan kedalam persamaan 2.6 maka diperoleh

persamaan 2.11.

Persamaan untuk mencari nilai kekuatan bending (ASTM D 790: 4).

σb = M.𝑦

𝐼

σ =1

2.P.

1

2.L.

1

2.𝑑

1

12.𝑏.𝑑3

σ =3.P.L

2.b.d2 ....................................................................................................... (2.10)

Dan untuk menghitung modulus elastisitas bending menggunakan persamaan :

Eb = 𝜎𝑏

𝜖𝑏 .......................................................................................................... (2.11)

Dimana regangan dapat dicari menggunakan persamaan berikut :

𝜖𝑏 = 6.𝐷.𝑑

𝐿2 ....................................................................................................... (2.12)

Kemudian persamaan 2.12 dan persamaan 2.10 disubstitusikan kedalam Persamaan

2.11 maka diperoleh persamaan berikut (ASTM D 790: 6)

𝐸𝑏 =𝐿3.m

4.𝑏.𝑑3 .................................................................................................... (2.13)

Keterangan :

𝜎b = Tegangan bending (N/mm2)

Eb = Modulus elastisitas (N/mm2)

M = Momen lentur (N/mm)

P = Beban yang diberikan (N)

Page 36: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

22

L = Jarak antara titik tumpuan (mm)

b = Lebar spesimen (mm)

d = Tebal spesimen (mm)

D = Defleksi (mm)

I = Momen inersia pada penampang persegi (mm4)

2.2.7.2. Uji Impact

Uji impact adalah pengujian dengan menggunakan pembebanan yang cepat

(rapid loading). Pengujian impact adalah pengujian untuk mengukur ketahanan

terhadap beban kejut. Hal inilah yang menjadi pembeda antara pengujian impact

dengan pengujian tarik dan bending, dimana pembebanan yang diberikan dilakukan

secara perlahan. Pengujian impact dilakukan juga sebagai simulasi dari kondisi

operasional material dalam kelengkapan transportasi atau kontruksi dimana

pembebanan tidak selalu terjadi secara perlahan melainkan secara tiba-tiba.

Gambar 2.8. Skema pengujian impact (Callister, 2007: 224)

Page 37: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

23

Pada pengujian ini akan terjadi proses penyerapan energi besar yang terjadi

ketika beban menumbuk spesimen. Energi ini bisa dihitung menggunakan

persamaan berikut :

Eserap = E0 – E1

Dengan E0 = m . g . h0

E1 = m. g . h1

Maka,

Eserap = m . g . ( h0 – h1 ) .............................................................................. (2.14)

Dengan h0 = l – l cos α

h0 = l – ( 1 - cos α )

h1 = l – l cos β

h1 = l – ( 1 – cos β )

Persamaan diatas disubstitusikan kedalam persamaan 2.16 menjadi :

Eserap = m. g . l . ( cos β – cos α ) ................................................................................................ (2.15)

Keterangan: Eserap : Energi yang diserap (J)

E0 : Energi awal (J)

E1 : Energi akhir (J)

m : massa bandul (kg)

g : percepatan gravitasi (m/s2)

l : jari-jari lengan bandul (m)

Page 38: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

24

α : sudut bandul sebelum diayunkan (º)

β : sudut bandul setelah diayunkan (º)

h0 : ketinggian bandul sebelum dilepas (m)

h1 : ketinggian bandul setelah dilepas (m)

Maka harga impact dapat dicari dengan persamaan :

HI = Eserap / A ................................................................................................ (2.16)

Keterangan :

HI : Harga impact (J/mm2)

A : Luas penampang (mm2)

Page 39: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

60

BAB V

PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatkan beberapa

kesimpulan yaitu sebagai berikut :

1. Penggunaan orientasi (0º + 0º, 0º + 45º, 0º + 90º dan 45º + 90º) tidak

memberikan kenaikan nilai kekuatan bending (33,96 – 48,23 MPa) terhadap

100% epoxy (53,58 MPa), nilai kekuatan bending tersebut disebabkan karena

adanya void dalam spesimen. Orientasi (45º + 90º) memberikan kenaikan nilai

modulus elastisitas bending (1,889 GPa) terhadap 100% epoxy (1,333 GPa).

Hal ini karena serat yang membentuk sudut 90º atau semakin tegak lurus

terhadap bidang penampang tekan memiliki nilai kekuatan bending dan

modulus elastisitas bending yang semkin tinggi.

2. Penggunaan orientasi (0º + 0º, 0º + 45º, 0º + 90º dan 45º + 90º) tidak

memberikan kenaikan nilai kekuatan impact (0,00543 – 0,00847 J/mm2)

terhadap 100% epoxy (0,01275 J/mm2). Nilai tersebut disebabkan oleh void

yang ada dalam spesimen.

5.2. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan terhadap penelitian pengaruh orientasi

sudut serat pada material komposit serat goni – epoxy adalah sebagai berikut :

Page 40: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

61

1. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang proses pencetakan komposit dengan

metode vakum untuk mengurangi terbentuknya rongga-rongga udara pada saat

proses pengepresan komposit.

2. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang orientasi sudut serat pada komposit

serat goni – epoxy, karena memiliki nilai kekuatan bending dan kekuatan

impact yang lebih kecil dari 100% epoxy.

3. Perlunya penelitian lebih lanjut tentang variasi orientasi sudut serat pada

komposit serat goni-epoxy dengan variasi orientasi sudut yang lain dan

penambahan pengujian mekanis yang lainnya.

Page 41: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

62

DAFTAR PUSTAKA

ASTM D 6110-04. Standard Test Method for Determining the Charpy Impact

Resistance of Notched Specimens of Plastics. West Conshohocken, United

States: ASTM International.

ASTM D 790-02. Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced

and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials. West

Conshohocken, United States: ASTM International.

Bajpai, P K., K Ram., L K Gahlot., V K Jha. 2018. Fabrication of Glass/Jute/Epoxy

Composite Based Industrial Safety Helmet. Mater Today Proc. 5(2): 8699-

8706.

Berthelot, J.M. 1999. Composite Materials, Mechanical Behaviour and Structural

Analysis. Springer-Verlag, New York

Braga, R., M, Jr. 2014. Rear Bumper Laminated In Jute Fiber With Polyester Resin.

Journal of Engineering Research and Applications. 4(9):174-184.

Campbell, F. C. 2010. Introduction to Composite Materials: ASM International.

Callister, W. D. dan Rethwisch, D. G. 2007. Materials Science and Engineering:

an introduction. 7th. United States of America: John Wiley & Sons, Inc

Chandrashekar, K M., V, Gowda., N G S, Uddupa. 2016. Evaluation of Mechanical

Properties of Hemp-Ramie Fibers Reinforced With Epoxy Hybrid

Composites. Int J Res Eng Technol. 5(25): 21-26.

Diharjo, K. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit

Page 42: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

63

Serat Rami-Polyester. J Tek Mesin. 8(1):8-13.

Dyah, E, S., N H, Sari., IGNK, Yudhyadi. 2012. Pengaruh Panjang Serat Dan Fraksi

Volume Terhadap Kekuatan Impact Dan Bending Material Komposit

Polyester- Fiber Glass Dan Polyester-Pandan Wangi. 2(1):15-27.

Firman, R., Hanif, A., Abdullah D. 2016. Serat Sintetis Melalui Uji Tarik Dengan

Bahan Serat Jute Dan E-Glass. Jurnal Ilmiah Penelitian dan Pebelajaran

Fisika. 2(1):1-11.

Gibson, R. F. 2012. Principles of Composite Material Mechanics. 3rd. : Taylor &

Francis Group, LLC.

Hariyanto, A. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali Pada Rekayasa Bahan Komposit

Berpenguat Serat Rami Bermatrik Poliester Terhadap Kekuatan Mekanis.

Media Mesin. 11(1): 8-14.

Jones, RM. 1999. Mechanics of Composite Matrials. United States America. Taylor

and Francis Group.

Khamid, A. 2011. Rancang Bangun Alat Uji Bending Dan Hasil Pengujian Untuk

Bahan Besi Cor. Tugas Akhir. Program Studi Diploma III Teknik Mesin

Semarang.

Marc, M and Chawla, K. 2008. Machanical Behavior of Material. 2rd. Cambridge

University Press.

Mohammed, L., Ansari, MNM., Pua, G., Jawaid, M., Islam, MS. 2015. A Review

on Natural Fiber Reinforced Polymer Composite and Its Applications. Int J

Polym Sci :1-15.

Muslim, J., Herlina, S N., Dyah, E. 2013. Analisis Sifat Kekuatan Tarik Dan

Page 43: PENGARUH ORIENTASI SERAT PADA KOMPOSIT SERAT GONI …lib.unnes.ac.id/35570/1/5212414023_Optimized.pdf · Komposit serat alami adalah komposit yang terdiri dari matrik polimer yang

64

Kekuatan Bending Komposit Hibryd Serat Lidah Mertua Dan Karung Goni

Dengan Filler Abu Sekam Padi 5% Bermatrik Epoxy. Din Tek Mesin. 3(1):

26-33.

Nugraha, INP. 2015. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Tarik dan

Geser Interfacial Serat Alam Rami - Resin Epoxy. Proceeding Seminar

Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV).

Sailesh, A., Arunkumar, R., Saravanan, S. 2018. Mechanical Properties and Wear

Properties of Kenaf - Aloe Vera - Jute Fiber Reinforced Natural Fiber

Composites. Mater Today Proc. 5(2):7184-7190.

Surdia T, S Saito.1999. Pengetahuan Bahan Teknik. PT. Pradnya Paramita, Jakarta.