Upload
vannga
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PENGARUH PERLAKUAN KIMIA PADA SERAT KELAPA (Coir fiber)
TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT DENGAN MATRIK POLYESTER
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
LUKAS PRABOWO NIM : 025214058
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2007
THE EFFECTS OF CHEMICAL TREATMENT ON THE COIR FIBER TO THE MECHANICAL PROPERTIES
OF THE FIBER COMPOSITE WITH POLYESTER MATRIX
FINAL PROJECT
Pressented as Partial Fulfillment of The Requirements to Obtain
The Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
LUKAS PRABOWO
Student Number : 025214058
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2007
ii
iii
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN
…..
My Father and Mother…
My Brothers…
My Friends…
v
vi
vii
INTISARI
Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh
perendaman NaOH dan KMnO4 terhadap kekuatan mekanis komposit serat
kelapa.
Serat kelapa yang akan dibuat komposit direndam terlebih dahulu dalam
larutan NaOH selama 1 jam, lalu direndam dalam larutan KMnO4 selama 1 jam,
dilanjutkan lagi direndam dalam larutan aquades selama 10 menit pada suhu 50º
C. Pembuatan komposit menggunakan cetakan dari kaca dengan ukuran 250 x 200
x 4 mm dan 150 x 60 x 10 mm. Fraksi volume serat yang digunakan adalah 10%
dengan orientasi serat acak. Bentuk geometri benda uji mengacu pada standar
ASTM A370 untuk uji tarik dan uji impak komposit serta ASTM D638-1 untuk
uji tarik matrik pengikat.
Dari hasil pengujian, didapat harga keuletan tertinggi pada komposit serat
tanpa perendaman, sedang kekuatan tarik dan regangan tertinggi terjadi pada
matrik pengikat. Jenis patahan yang terjadi adalah patah debonding, getas, dan
campuran.
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i
TITLE ..................................................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv
HALAMAN PERSEMBAHAN .............................................................................. v
HALAMAN PERNYATAAN .................................................................................. vi
KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii
INTISARI ................................................................................................................ viii
DAFTAR ISI ............................................................................................................ ix
DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1
1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................... 4
1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 4
1.4 Sistematika Pembahasan .............................................................. 5
BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 5
2.1 Komponen penyusun Komposit ................................................... 6
2.2 Klasifikasi Komposit ................................................................... 7
2.3 Komposit Serat ............................................................................. 8
2.3.1 Serat ................................................................................ 9
2.3.1.1 Jenis Serat ............................................................ 9
2.3.1.2 Bentuk Serat ....................................................... 9
2.3.1.3 Prosentase Jumlah Serat ....................................... 10
2.3.1.4 Orientasi Serat ...................................................... 12
2.3.2 Matrik ............................................................................. 12
2.3.3 Bahan-bahan Tambahan ................................................. 14
2.4 Uji Impak ..................................................................................... 15
ix
2.5 Uji Tarik ....................................................................................... 16
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 18
3.1 Skema Alur Penelitian ................................................................. 18
3.2 Persiapan Benda Uji ..................................................................... 19
3.2.1 Alat dan Bahan .............................................................. 19
3.2.1.1 Resin .............................................................. 20
3.2.1.2 Serat ............................................................... 20
3.2.1.3 Katalis ............................................................ 22
3.2.1.4 Release Agent ................................................ 22
3.2.2 Perhitungan Larutan Kimia ........................................... 23
3.2.2.1 Konsentrasi Larutan NaOH ............................ 23
3.2.2.2 Konsentrasi Larutan KMnO4 ......................... 24
3.2.3 Perlakuan Kimia Serat Kelapa ....................................... 25
3.3 Pembuatan Cetakan ...................................................................... 28
3.3.1 Cetakan Uji Tarik .......................................................... 28
3.3.2 Cetakan Uji Impak ........................................................ 29
3.4 Pembuatan Benda Uji .................................................................. 29
3.4.1 Benda Uji Matrik .......................................................... 29
3.4.1.1 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Tarik ..... 29
3.4.1.2 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Impak ... 31
3.4.2 Benda Uji Komposit ..................................................... 33
3.4.2.1 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik.. 33
3.4.2.2 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak 34
3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji ................................................... 36
3.5.1 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Tarik 36
3.5.1.1 Benda Uji Matrik ........................................... 36
3.5.1.2 Benda Uji Komposit ...................................... 36
3.5.2 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Impak 37
3.6 Metode Pengujian ........................................................................ 37
3.6.1 Metode Pengujian Tarik ................................................ 37
3.6.2 Metode Pengujian Impak .............................................. 39
x
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 41
4.1 Hasil Pengujian Tarik .................................................................... 41
4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester............................... 41
4.1.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Kimia... 42
4.1.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 2,5% NaOH,
5% KMnO4.......................................................................... 44
4.1.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5%
KMnO4................................................................................ 45
4.1.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 7,5% NaOH,
5% KMnO4.......................................................................... 46
4.2 Hasil Pengujian Impak .................................................................. 51
4.2.1 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester ............................. 52
4.2.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia . 53
4.2.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH,
5% KMnO4.......................................................................... 54
4.2.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH,
5% KMnO4.......................................................................... 56
4.2.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 7,5% NaOH,
5% KMnO4.......................................................................... 57
4.3 Analisa Berdasarkan Data Pengujian ............................................ 61
4.3.1 Dari Hasil Pengujian Tarik .................................................. 61
4.3.2 Dari Hasil Pengujian Impak................................................. 61
4.3.3 Analisa Berdasarkan Foto Mikro ......................................... 62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 68
5.1 Kesimpulan .................................................................................. 68
5.2 Saran ............................................................................................ 69
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 70
LAMPIRAN ............................................................................................................ 71
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Resin Polyester dan Epoksi ………………….. 14
Tabel 3.1 Properti Serat Alam …………………………………………........ 20
Tabel 3.2 Perbandingan Fraksi Volume NaOH dengan Aquades …………… 24
Tabel 3.3 Perbandingan Fraksi Volume KMnO4 dengan Acetone ………….. 25
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Pengikat…………………………… 41
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Larutan……..... 42
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan
Perlakuan 2,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………... 43
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan
Perlakuan 5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………….. 45
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan
Perlakuan 7,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………... 46
Tabel 4.6 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-rata …………………………. 48
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Impak Matrik Pengikat …………………………. 47
Tabel 4.8 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Serat ……….. 53
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 2,5%NaOH
dan 5% KMnO4……………………………………………………………… 54
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 5% NaOH
dan 5% KMnO4……………………………………………………….……. 56
Tabel 4.11 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 7,5%NaOH
dan 5% KMnO4……………………………………………………………… 58
Tabel 4.12 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata Komposit
dan Matrik……………………………………………………………………. 59
xii
DAFTAR GAMBAR
1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen Penyusunnya ... 2
2.1 Diagram Klasifikasi Komposit Serat .......................................................... 12
2.2 Prinsip Pengujian Impak.............................................................................. 15
3.1 Skema Alur Penelitian ................................................................................ 18
3.2 Serat Kelapa ............................................................................................... 21
3.3 Release Agent ............................................................................................. 22
3.4 Perendaman Larutan NaOH ....................................................................... 26
3.5 Perendaman Larutan KMnO4...................................................................... 26
3.6 Perendaman dengan Aquades pada Suhu Konstan...................................... 27
3.7 Skema Cetakan Uji Tarik ........................................................................... 28
3.8 Skema Cetakan Uji Impak........................................................................... 28
3.9 Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik .................................................... 30
3.10 Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak .............................................................. 32
3.11 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik Pengikat.................................................. 35
3.12 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit............................................................ 35
3.13 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Impak…………………………………….36
3.14 Alat Uji Tarik Matrik dan Komposit………………………………………37
3.15 Alat Uji Impak……………………………………………………………..39
4.1. Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Matrik Pengikat ..................................... 41
4.2. Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Kimia ......... 43
4.3 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 2,5% NaOH
dan 5% KMnO4…………………………...………………………….……44
xiii
4.4 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 5% NaOH
dan 5% KMnO4……………………………………………………………46
4.5 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 7,5% NaOH
dan 5% KMnO4 ........................................................................................... 47
4.6 Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Matrik dan Komposit.............................. 48
4.7 Grafik Regangan Rata-rata Matrik dan Komposit ………………………...49
4.8 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Matrik Pengikat ……………..………...52
4.9 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Komposit Tanpa Perlakuan Serat..……54
4.10 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 2,5% NaOH
dan 5% KMnO4……………………………………………………….…………55
4.11 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 5% NaOH
dan 5%KMnO4…………………………….……….……………………………57
4.12 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 7,5% NaOH
dan 5%KMnO4…………………………….……….……………………………59
4.13 Grafik Tenaga Patah Rata-rata Matrik dan Komposit………………….….60
4.14 Grafik Keuletan Rata-rata Matrik dan Komposit……………………….….60
4.15 Foto Mikro Matrik Polyester………………………………………...……..62
4.16 Foto Mikro Penampang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia…… …….…...63
4.17 Foto Mikro Melintang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia …………...…...63
4.18 Foto Mikro Penampang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4………...…...64
4.19 Foto Mikro Melintang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4……….....…...64
4.20 Foto Mikro Penampang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4…….................65
4.21 Foto Mikro Melintang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4……...................65
xiv
4.22 Foto Mikro Penampang Komposit 7,5% NaOH, 5% KMnO4…..................66
4.23 Foto Mikro Melintang Komposit 7,5% NaOH, 5% KMnO4……...............66
4.24 Foto Mikro Retak Komposit……………………………………….............67
4.25 Foto Mikro Kawat Tembaga………………………………..………...........67
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik
Matrik Polyester
Lampiran 2 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik
Komposit Tanpa Perendaman Serat
Lampiran 3 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik
Komposit dengan Perendaman Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4
Lampiran 4 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik
Komposit dengan Perendaman Serat 5% NaOH, 5% KMnO4
Lampiran 5 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik
Komposit dengan Perendaman Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring berkembangnya kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan
pada dekade terakhir ini, menuntut adanya terobosan-terobosan baru yang
lebih baik di berbagai bidang tak terkecuali dalam bidang teknik. Termasuk
di dalamnya pengembangan bahan-bahan teknik yang diharapkan lebih tepat
guna. Jika dilihat dari kondisi saat ini, bahan-bahan yang dianggap cukup
baik adalah bahan-bahan yang memenuhi beberapa kriteria: kuat, ringan,
ramah lingkungan, murah dan tergantikan.
Bahan- bahan logam sering digunakan dalam dunia teknik. Akan
tetapi dengan semakin berkembangnya pengetahuan dan penelitian tentang
bahan- bahan komposit, penggunaan bahan-bahan komposit dalam beberapa
hal terbukti lebih efektif dibandingkan dengan bahan logam. Komposit itu
sendiri merupakan gabungan dua macam bahan atau lebih dengan sifat yang
berbeda, sehingga membentuk suatu bahan dengan sifat yang merupakan
gabungan dari komponen penyusunnya. Beberapa keunggulan komposit bila
dibandingkan dengan bahan logam antara lain adalah (Jones,R.M., 1975) :
1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga
dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi
sifat logam.
1
2
2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.
3. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi.
4. Memiliki daya redam terhadap getaran dan bunyi yang baik.
5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan
permukaan lebih baik.
Dari sekian macam jenis komposit, salah satunya yang sering
dimanfaatkan adalah komposit serat. Komposit serat merupakan perpaduan
antara matriks dan serat sebagai penguatnya. Pada umumnya, serat yang
digunakan mempunyai kekuatan tarik yang lebih besar dari pada matrik..
Setelah kedua komponen tersebut dipadukan, diharapkan akan terbentuk
komposit dengan harga kekuatan, harga kekakuan, serta karakteristik yang
terletak diantara karakteristik serat dan karakteristik matrik yang
penyusunnya. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.1 berikut ini:
σ
Gambar 1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen
ε
Penyusunnya (Jones, R.M., 1975)
Secara garis besar komposit serat dapat dikelompokkan menjadi dua,
yaitu serat sintetik dan serat organik. Serat sintetik atau buatan adalah serat
yang dibuat dari bahan-bahan anorganik (sintetis), misalnya glass dan
3
keramik. Kelebihan menggunakan serat sintetik yaitu mempunyai kekuatan
tinggi, homogen, harga rendah, isolator listrik yang baik dan mempunyai
sifat anti korosi. Kekurangan dari serat sintetik yaitu tidak dapat didaur
ulang dan serbuk atau debu dari serat gelas dapat menjadi racun apabila
terhirup masuk masuk kedalam tubuh. Sedangkan serat organik, yaitu serat
yang berasal dari bahan organik, misalnya : serat nanas, serat pandan, serat
kelapa, serat pisang dan sebagainya. Kelebihan serat alami ini antara lain;
harga murah, mudah didapatkan, ringan, dapat didaur ulang dan tidak
beracun. Kekurangan serat alami; struktur serat tidak homogen, kekuatan
serat tidak merata dan tidak tahan pada suhu tinggi.
Hampir semua serat yang dipakai sebagai bahan dasar pembuatan
komposit serat alami dapat ditemukan di Indonesia. Salah satunya adalah
serat kelapa yang pemanfaatannya masih sangat sederhana, seperti dipakai
sebagai bahan baku pembuat tali, keset, sapu, sebagai bahan pengganti kayu
bakar, atau bahkan sering hanya terbuang secara sia-sia. Penelitian terhadap
serat kelapa sebagai bahan penguat komposit mulai dikembangkan,
termasuk penelitian sifat-sifat mekanik serat kelapa yang diperlakukan
secara kimiawi dan korelasinya jika serat tersebut dijadikan sebagai penguat
dalam suatu komposit. Dengan alasan-alasan tersebut maka penelitian ini
diadakan.
4
1.2 Tujuan Penelitian
Dalam hal ini penulis mengadakan penelitian tentang komposit serat
kelapa yang bertujuan untuk mengetahui :
1. Pengaruh perlakuan NaOH dan KMnO4 pada serat kelapa terhadap
kekuatan tarik, dan regangan pada pengujian tarik komposit.
2. Pengaruh perlakuan NaOH dan KMnO4 pada serat kelapa terhadap
ketahanan patah dan keuletan pada pengujian impak.
3. Bentuk patahan yang terjadi pada bahan komposit setelah dilakukan uji
tarik dan impak
1.3 Batasan Masalah
Karena begitu banyak hal yang dapat diteliti serta hal yang dapat
mempengaruhi karakteristik dari komposit serat kelapa, maka penulis
mempunyai batasan penelitian pada hal- hal sebagai berikut :
1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik dan
pengujian impak.
2. Sebagai bahan penguat komposit, digunakan serat kelapa dengan
perlakuan kimia dalam larutan NaOH selama 1 jam kemudian direndam
larutan KMnO4 selama 1 jam dan dilanjutkan direndam dalam larutan
aquades selama 10 menit pada suhu 50º.
3. Matriks sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin Polyester
jenis Bening Super, Justus 108 yang diproduksi oleh PT. JUSTUS
SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.
5
4. Serat kelapa yang digunakan sebagai penguat dengan panjang 0,5 – 1,5
cm, yang disusun secara acak.
1.4 Sistematika Pembahasan
Pada bab selanjutnya akan diuraikan secara lebih mendalam
mengenai komposit, matrik pengikat, serat penguat, serta tinjauan teoritis
tentang teori kekuatan komposit serat. Proses pembuatan komposit, proses
pembuatan benda uji, pengujian mekanik yang dilakukan pada benda uji,
serta bentuk patah komposit akan diuraikan pada bab tiga. Sedangkan pada
bab empat berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan
oleh penulis, dan pada bab lima akan diberikan saran-saran oleh penulis
apabila dilakukan penelitian-penelitian yang sejenis agar didapatkan hasil
yang lebih baik.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Komponen Penyusun Komposit
Komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih
dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut matrik yang berfungsi
sebagai pengikat, sedangkan fase kedua disebut reinforcement yang
berfungsi memperkuat bahan komposit secara keseluruhan dan menentukan
karakteristik komposit seperti kekuatan tarik, kekakuan dan sifat-sifat
mekanis. Penggabungan kedua fase ini akan mengakibatkan gaya adhesive
yang kuat diantara keduanya.
Sebagai matrik dapat digunakan bahan- bahan sebagai berikut :
1. Logam
2. Keramik
3. Polymer
Sedangkan sebagai reinforcement, dapat digunakan bahan- bahan sebagai
berikut :
1. Fiber (serat)
2. Flake
3. Partikel
6
7
2.2 Klasifikasi Komposit
Berdasarkan fase matriknya, komposit dapat diklasifikasikan
menjadi beberapa macam, yaitu :
1. Komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC): yang
merupakan campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram
(Wolfram Carbide).
2. Komposit matrik keramik (Ceramic Matrix Composite, CMC):
Oksida alumunium, karbida silikon dan fiber dapat digunakan
sebagai reinforcing agents untuk meningkatkan sifat- sifatnya,
khususnya untuk pemakain pada suhu tinggi.
3. Komposit matrik polimer (Polymer Matrix Composite, PMC):
Matriknya dapat berupa resin thermosetting epoxy dan polyesther
dengan reinforcing agents berupa fiber. Misalnya: Phenolik
dipadukan dengan serbuk kayu, Thermoplastik dipadukan dengan
serbuk dan bahan elastomer atau grafit, dsb.
Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis
(Jones, R.M., 1975) :
1. Fibrous composites
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat
(dapat berupa serat organik atau serat sintetik) yang memiliki
kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan
bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan
dapat berupa polymer, logam maupun keramik.
8
Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka
komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang
lebih tinggi daripada matriknya selain itu juga harus ada ikatan
permukaan antara komponen pengguat dan matriks (Van
Vlack, 985)
2. Laminated composites
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun
berlapis-lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-
sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi,
sifat termal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.
3. Particulated composites
Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada
dalam matriks. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis
ataupun lebih dari satu jenis material dan biasanya material
partikel ini terbuat dari bahan metal atau dari bahan non-metal.
Jenis-jenis Particulated composites:
• Partikel komposit organik
• Partikel komposit non organic
2.3 Komposit Serat
Komposit serat merupakan salah satu jenis dari komposit matrik
polimer atau Polymer Matrix Composites (PMC). Dimana serat berfungsi
sebagai penguat atau reinforcement agents, dan polymer atau plastik
9
berfungsi sebagai matrik atau pengikatnya. Untuk mendapatkan komposit
yang lebih baik, dimungkinkan mengkombinasikan dua jenis serat atau
lebih. Komposit tersebut biasa disebut komposit hybrid. Komposit jenis ini
memiliki kekuatan dan kekakuan yang lebih baik, tangguh, lebih tahan
terhadap beban kejut, serta lebih ringan.
2.3.1 Serat
Prosentase jenis serat, bentuk serat, jumlah serat, dan orientasi
serat yang dipakai dalam membuat komposit menentukan karakteristik
komposit yang terbentuk.
2.3.1.1 Jenis Serat
Berdasar jenisnya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat
komposit dibedakan menjadi:
1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya serat
kelapa, serat nanas, serat rami, serat pandan alas, serat kapas, dll.
2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik
(seperti: serat gelas, serat karbon, dll).
2.3.1.2 Bentuk Serat
Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang
lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar. Kekuatan serat dapat
juga dilihat dari diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka
pertambahan kekuatan sangat cepat, sebaliknya jika diameter semakin besar maka
kekuatan akan berkurang.
10
2.3.1.3 Prosentase Jumlah Serat
Prosentase jumlah serat mempengaruhi karakteristik dari komposit yang
dihasilkan. Prosentase dapat dihitung berdasarkan fraksi volume maupun fraksi
berat komposit. Fraksi volume merupakan rasio antara volume komponen
penyusun dengan volume total komposit. Berikut ini adalah persamaan-persamaan
perhitungan persentase serat berdasarkan fraksi volum komposit.
Pada bahan komposit, jumlah fraksi volum komponen penyusunnya
sama dengan satu, dan dengan mengasumsikan tidak adanya rongga udara.
Vf + Vm = 1 ……………………………………………………… (1)
dengan:
Vf = fraksi volum serat
Vm = fraksi volum matrik
Sedangkan fraksi berat dapat ditulis sebagai berikut:
Wf + Wm = 1 ................................................................................. (2)
dengan:
Wf = fraksi berat serat
Wm = fraksi berat matrik
11
Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen
penyusunnya:
ρc = ρf Vf + ρmVm ............................................................... (3)
dengan:
ρc = massa jenis komposit
ρf = massa jenis serat
ρm = massa jenis matrik
Vf = fraksi volum serat
Vm = fraksi volum matrik
Persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:
ρc = ρfVf + ρm(1-Vf) ………………... (3a)
ρc = (ρf -ρm)Vf + ρm) …………...…... (3b)
Sehingga fraksi volum serat dapat diketahui dari persamaan:
Vf = mf
mc
ρρρρ
−−
……………………………………………. (4)
Dengan mengetahui besar massa jenis total komposit dan komponen
penyusunnya maka fraksi volume serat akan dapat diketahui.
Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting
dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan. Pada
umumnya besar fraksi volume bahan komposit berkisar 20% sampai 65%,
12
tergantung serat yang digunakan dan disesuaikan dengan kebutuhan.
Terdapat berbagai macam cara untuk mengetahui basarnya fraksi volume
komposit, salah satunya adalah dengan menimbang bobot total komposit dan
komponen-komponen penyusunnya untuk menghitung massa jenisnya
kemudian diselesaikan dengan persamaan di atas.
2.3.1.4 Orientasi Serat
Gambar 2.1 memperlihatkan klasifikasi komposit berdasarkan seratnya.
Serat dua arah
HibridLaminat
Serat multi Serat satu lapis
Komposit serat
Serat satu arah
Serat tidak kontinu Serat kontinu
Arah teraturArah acak
Gambar 2.1 Diagram Klasifikasi Komposit Serat (Mekanika Struktur Komposit, halaman 3)
2.3.2 Matrik
Fungsi dari matrik adalah:
1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat
sebagai bahan yang mempunyai modulus kekuatan tinggi.
13
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan
bahan komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik
harus mempunyai serat adhesi yang baik terhadap serat untuk
menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena hal ini
berhubungan erat dengan transfer beban. Jika matrik mempunyai sifat
adhesi yang kurang baik maka transfer beban tidak sempurna dan
menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan
serat (debounding failure). Secara garis besar kualitas matrik
ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kemampuan
membasahi serat, banyak tidaknya rongga (void) saat dituang,
temperature atau tekanan curing, dan viskositas.
3. Melindungi permukaan serat penguat dari abrasi yang diakibatkan
oleh perlakuan secara mekanik misalnya gesekan antar serat.
4. Menjaga serat terdispersi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan
retakan atau kegagalan)
5. Memiliki keserasian thermal dan kimiawi terhadap seratnya untuk
jangka waktu yang lama.
Bahan yang biasa digunakan sebagai matrik dalam pembuatan komposit
polimer adalah polimer polyester dan epoksi dalam bentuk resin. Resin
epoksi umumnya dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan
serat karbon atau serat aramid. Sedangkan resin polyester lebih sering
digunakan untuk jenis- jenis serat yang lain. Dari segi kekuatannya dan
penyusutan setelah mengalami proses curing, resin epoksi memang lebih
14
unggul dibandingkan resin poliester. Akan tetapi yang menjadi alasan
mengapa resin poliester lebih sering digunakan adalah karena harganya
lebih murah. Perbandingan sifat resin poliester dan epoksi dapat dilihat
pada tabel 2.1 sebagai berikut :
Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Resin Polyester dan Epoksi
Sifat Polyester Epoksi
Kekuatan tarik (MPa) 40 – 90 55 – 130
Modulus elastis (Gpa) 2,0 – 4,4 2,8 – 4,2
Kekuatan impak (J/m) 10,6 – 21,2 5,3 – 53
Kerapatan (g/cm3) 1,10 – 1,46 1,2 – 1,3
2.3.3 Bahan-bahan tambahan
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk
mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis
pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis
yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama.
Dan apabila pada proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan
menimbulkan panas yang berlebihan sehingga akan merusak produk.
Tetapi di dalam resin epoxy, katalisnya biasa disebut sebagai hardener.
Sedangkan komposisi pencampuran antara resin dan hardener adalah 1 : 1
atau 2 : 1.
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk
dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses
pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent.
15
Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya
produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum
proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara
lain waxes (semir), MAA, mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film
forming, dan oli.
2.4 Uji Impak
Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau
getas benda uji. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan
benda uji dengan sekali pukul, alat pukul yang digunakan berupa sebuah
palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan dengan cara dilepaskan dari
sudut 150o (α) dan sisi pisau pada palu menengenai benda uji berbentuk
persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm dan takikan 2
mm serta sudut takikan 45o, karena pukulan tersebut benda uji akan patah,
kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut (β) hasil dari
keliatan benda uji. Prinsip pengujian impak dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Prinsip Pengujian Impak
α β
α
G Benda Uji
R(cos β - cos α)
R
16
Harga tenaga patah dapat dicari dengan rumus:
W = g R G (cos β - cos α) (joule) …………………… (5)
dengan:
W = Tenaga patah (joule)
α = Besar sudut saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji
β = Sudut yang dibentuk palu setelah benda uji patah
G = Berat palu (1,357kg)
R = Jarak titik putar sampai titik berat palu (R= 0,3948m)
g = percepatan gravitasi (9.8 m/s2)
Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:
Keliatan = A
W (joule/mm2) ....................................................... (6)
dengan:
W = tenaga patah (joule)
A = luas patahan benda uji (mm2)
2.5 Uji Tarik
Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan
tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit serat. Metode yang
digunakan adalah benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan
perlahan-lahan meningkat sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda
uji patah. Beban tarik yang bekerja pada benda uji akan menimbulkan
pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji. Perbandingan
17
antara pertambahan panjang (∆L) dengan panjang awal benda uji (L0) disebut
regangan.
Pada penelitian ini untuk menghitung kekuatan tarik dan regangan adalah:
1. KekuatanTarik
)(
)(
ou AangLuaspenamp
FBeban=σ (kg/mm2)……………….….(7)
2. R
egangan (ε)
)(
)(
oLlPanjangAwaLanjangPerubahanP Δ
=ε x 100% …………………… (8)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Skema Alur Penelitian
Untuk lebih mempermudah dalam melakukan penelitian maka
diperlukan adanya rancangan skema alur penelitian seperti ditunjukkan pada
Gambar 3.1.
Pembelian Bahan
Resin Polyester (Resin Bening Super, JUSTUS 108)
Pengujian: 1. Pengujian tarik 2. Pengujian impak 3. Foto bentuk patah
Pembuatan benda uji: 1. Resin 2. Komposit tanpa perlakuan
kimia 3. Komposit dengan perlakuan
kimia
Analisis
Hasil penelitian
kesimpulan
Studi Pustaka
Serat Kelapa
Perendaman Serat : 1. NaOH (2,5%; 5%; 7,5%) 2. KMnO4 (5%)
Gambar 3.1 Skema Alur Penelitian
18
19
3.2 Persiapan Benda Uji
3.2.1 Alat dan Bahan
Dalam pembuatan komposit serat kelapa, dipergunakan alat-alat
sebagai berikut:
1. Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang massa serat yang
akan digunakan.
2. Cetakan, yang terbuat dari kaca.
3. Gelas ukur, untuk mendapatkan volume resin yang akan dipakai dan
mencampur resin dengan katalis / hardener.
4. Meteran, untuk mengukur luasan serat sesuai luasan cetakan.
5. Gunting, untuk memotong serat sesuai dengan luasan cetakan.
6. Vaselin atau MAA, digunakan sebagai pelapis pada kaca yang berfungsi
agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.
7. Kuas, digunakan untuk alat melapisi permukaan cetakan.
8. Pengaduk kaca, untuk mengaduk campuran resin dan katalis / hardener
sebelum dituang pada cetakan. Dipilih bahan kaca, supaya mudah
dibersihkan dari sisa resin yang mengering.
9. Sekrap, untuk melepaskan komposit yang sudah kering dari cetakan,
juga untuk membersihkan cetakan dari sisa resin.
10. Alat finishing : gerinda, amplas, kikir.
20
Bahan bahan yang diperlukan dalam pembuatan komposit serat
kelapa antara lain :
3.2.1.1 Resin
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Polyester Bening Super Justus 108. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih (bening), yang diproduksi oleh PT. JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.
3.2.1.2 Serat
Serat yang dipakai adalah serabut yang berasal dari kulit buah
kelapa yang memiliki berat jenis 1,15 gms./cc., diacu dari Tabel Properti
Serat Alam.
Tabel 3.1 Properti Serat Alam
Property Jute Banana Sisal Pineapple Coir (coconut fibre)
Width or Diameter (μm ) - 80-250 50-200 20-80 100-450
Density (gms./cc) 1.3 1.35 1.45 1.44 1.15
Volume Resistivity at 100 volts (W cm x 105) - 6.5-7 0.4-0.5 0.7-0.8 9-14
Micro-Fibrillar Angle (degree) 8.1 11 10-22 14-18 30-49
Cellulose/Lignin Content (%) 61 /12 65 /5 67 /12 81 /12 43 /45
Elastic Modulus (GN/m2) - 8-20 9-16 34-82 4-6
Tenacity (MN/m2) 440-533 529-754 568-640 413-1627 131-175
Elongation (%) 1-1.2 1.0-3.5 3-7 0.8-1.6 15-40
Sumber: Biswas, S., Srikanth G., Nangia, S., 2003.
Serat didapatkan dari serabut buah kelapa yang sudah cukup tua,
kemudian serabut dan kulit kelapa yang keras dipisahkan, serabut kelapa
yang telah didapatkan direndam dalam air ± 2 jam. Setelah itu untuk
mendapatkan serat yang diinginkan, serabut kelapa tersebut harus
21
dibersihkan dari unsur-unsur pengotornya dengan cara disikat. Untuk
penyikatan awal dapat digunakan sikat kawat dan untuk finishingnya
menggunakan sikat nilon/sikat cuci. Kemudian, serat yang telah
didapatkan di cuci bersih menggunakan air dan dijemur di bawah sinar
matahari sampai benar-benar kering. Serat yang sudah kering hendaknya
disimpan pada tempat yang tidak lembab untuk menghindari munculnya
jamur pada serat.
Sedangkan serat kelapa yang digunakan dalam pembuatan
komposit ini adalah serat kelapa yang telah dipotong-potong dengan
panjang antara 5-15 mm. Bentuk dari serat kelapa yang telah kering
tersebut bisa dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Serat Kelapa
3.2.1.3 Katalis
Dalam penelitian ini digunakan katalis metoxone (methyle ethyl katone
peroxide) untuk mempercepat laju curing komposit. Laju curing komposit
ditentukan oleh jumlah katalis yang ditambahkan dalam resin, semakin banyak
22
katalis yang ditambahkan semakin cepat laju curing yang dihasilkan. Namun jika
katalis yang digunakan terlalu banyak matrik komposit yang dihasilkan cenderung
bersifat getas, sehingga penggunaan katalis harus disesuaikan dengan kebutuhan.
Dengan menggunakan katalis metoxone ±1% waktu yang dibutuhkan untuk curing
berkisar antara 4-6 jam.
3.2.1.4 Release Agent
Karena dalam proses pembuatan dengan bahan resin ini akan bersifat
adhesive maka untuk mempermudah pemisahan komposit dari cetakan diperlukan
suatu bahan yang dapat mengurangi/menghilangkan sifat daya rekat (adhesive).
Dalam hal ini yang digunakan sebagai anti rekat (adhesive) dalam proses
pembuatan komposit adalah mirrorglass atau MAA.
Pemakaian release agent berbentuk pasta ini digunakan dengan cara
mengoleskan dan melapisi seluruh cetakan yang akan mengalami kontak langsung
dengan resin pada saat pembuatan. Perlakuan pelapisan dengan bahan anti
adhesive ini akan mempermudah proses pelepasan produk yang dibuat dari
cetakan. Pelapisan release agent ini dilakukan sebanyak tiga kali dalam setiap
proses pembuatan, semakin banyak proses pelapisan akan semakin mengurangi
sifat adhesive resin terhadap Release agent yang digunakan dapat dilihat pada
gambar 3.3.
23
Gambar 3.3 Release Agent ( MAA )
3.2.2 Perhitungan Larutan Kimia
3.2.2.1 Konsentrasi Larutan NaOH
Untuk membuat variasi konsentrasi NaOH dengan prosentase 2,5% ; 5% ;
dan 7,5 % dilarutkan dengan air suling (Aquades) dengan komposisi masing-
masing dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
1 liter ( aquades ) = 1000 ml ( aquades )
= 1 kg ( aquades )
= 1000 gr ( aquades )
Jumlah NaOH yang digunakan untuk setiap 1 liter aquades adalah :
• 2,5 % NaOH ► 100
5,2 x 1000 gr = 25 gram NaOH
• 5 % NaOH ► 100
5 x 1000 gr = 50 gram NaOH
24
• 7,5 % NaOH ► 100
5,7 x 1000 gr = 75 gram NaOH
Berdasarkan persamaan diatas, maka dapat ditentukan jumlah/berat NaOH
yang dibutuhkan dan menentukan volume akhir dari aquades, maka proses
selanjutnya adalah menimbang NaOH yang dibutuhkan dengan menggunakan
timbangan digital lalu melarutkan NaOH dengan aquades. Sehingga perbandingan
fraksi volume NaOH dengan aquades dapat ditentukan seperti dalam tabel 3.2.
Tabel 3.2 Perbandingan fraksi volume NaOH dengan aquades.
No
Konsentrasi NaOH
( % )
Volume aquades
Awal ( mL )
Berat NaOH Akhir
( gram )
Volume aquades
Akhir ( mL )
1 2,5 1000 25 975
2 5 1000 50 950
3 7,5 1000 75 925
3.2.2.2 Konsentrasi Larutan KMnO4
Untuk membuat konsentrasi KMnO4 dengan prosentase 5% dilarutkan
dengan acetone dengan komposisi dihitung berdasarkan persamaan sebagai
berikut :
1 liter ( acetone ) = 1000 ml ( acetone )
= ± 1 kg (acetone )
= ± 1000 gr (acetone)
25
Jumlah KMnO4 yang digunakan untuk setiap 1 liter acetone adalah :
• 5 % KMnO4 ► 100
5 x 1000 gr = 50 gram KMnO4
Berdasarkan perhitungan tersebut, maka dapat ditentukan jumlah/berat
KMnO4 yang dibutuhkan dan menentukan volume akhir dari aquades, maka
proses selanjutnya adalah menimbang KMnO4 yang dibutuhkan dengan
menggunakan timbangan digital lalu melarutkan KMnO4 dengan acetone.
Sehingga perbandingan fraksi volume KMnO4 dengan acetone dapat ditentukan
seperti dalam tabel 3.3 di bawah ini :
Tabel 3.3 Perbandingan fraksi volume KMnO4 dengan acetone
No
Konsentrasi
KMnO4 ( % )
Volume acetone
Awal ( mL )
Berat KMnO4
Akhir
( gram )
Volume acetone
Akhir ( mL )
1 5 1000 50 950
3.2.3 Perlakuan Kimia Serat Kelapa
Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan alkali treatment pada serat.
Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan merendam serat dengan
menggunakan NaOH (sodium hydroxide) dan KMnO4 (potassium permanganate).
Karena NaOH dan KMnO4 adalah salah satu jenis alkali, oleh karena itu
digunakan untuk menghilangkan kandungan minyak pada serat dan dapat
mengurangi zat-zat pengotor yang menyebabkan serat tidak terikat secara
sempurna dengan matrik/resin ketika komposit dicetak, membuat serat bertahan
26
lebih lama terhadap serangan bakteri/mikroorganisme dibandingkan serat tanpa
perendaman NaOH dan KMnO4. NaOH yang digunakan adalah jenis NaOH pro
analisis.
Proses Perlakuan Serat :
1. Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan cara merendam
serat selama 1 jam dengan NaOH yang dilarutkan ke dalam
aquades (air suling) seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Perendaman larutan NaOH
2. Kemudian serat yang telah direndam dalam larutan NaOH
direndam kembali selama 10 menit dengan KMnO4 yang
dilarutkan dalam cairan acetone. Perendaman serat dengan
KMnO4 dalam acetone dapat dilihat pada Gambar 3.5.
27
Gambar 3.5 Perendaman larutan KMnO4
3. Dilanjutkan dengan merendam serat selama 2 jam dalam air
hangat (50ºC) yang suhunya dipertahankan konstan, dapat dilihat
pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Perendaman dengan aquades pada suhu konstan (50ºC)
Perendaman serat dengan NaOH ini sendiri dilakukan dengan tiga variasi,
yaitu : 2,5% NaOH , 5% NaOH dan 7,5% NaOH, yang bertujuan untuk
mengetahui prosentase paling baik diantara ketiga variasi tersebut agar didapat
serat yang sempurna/maksimal untuk selanjutnya diproses menjadi komposit.
Sedangkan prosentase untuk KMnO4 dibuat tetap/sama sebesar 5 %.
28
3.3 Pembuatan Cetakan
Pembuatan komposit serat kelapa ini menggunakan cetakan yang terbuat
dari kaca, karena kaca memiliki permukaan yang rata dan tahan terhadap reaksi
kimia.
3.3.1 Cetakan Uji Tarik
Skema cetakan uji tarik matrik pengikat dan komposit dapat dilihat pada
Gambar 3.7.
250
mm
250 mm
320 mm
300
mm
4 mm 200 mm
5 mm
320
mm
Gambar 3.7 Skema Cetakan Uji Tarik
29
3.3.2 Cetakan Uji Impak
150 mm
60 m
m
10 mm
180 mm
15 m
m
Gambar 3.8 Skema Cetakan Uji Impak
3.4 Pembuatan Benda Uji
Pembuatan benda uji matrik dan komposit menggunakan cetakan
berbahan kaca yang telah diolesi pelapis. Metode pembuatan yang dipakai adalah
cara Hand Lay-Up karena cara ini paling mudah, dan sesuai diterapkan untuk
produksi skala kecil.
3.4.1 Benda Uji Matrik
3.4.1.1 Pencetakan Matrik Untuk Pengujian Tarik
Langkah-langkah pencetakan benda uji matrik pengikat adalah
sebagai berikut:
1. Cetakan dipersiapkan, permukaan cetakan dilapisi release agent.
Pelapisan dilakukan sebanyak 3 kali, setiap pelapisan dikeringkan
30
terlebih dahulu.. Pelapisan release agent dilakukan untuk
mempermudah pelepasan benda cetak dari cetakan.
2. Selanjutnya dilakukan pengukuran volume resin dan volume katalis.
Cetakan yang digunakan berukuran 250 mm x 200 mm x 4 mm.
Sehingga volume cetakan yang digunakan adalah:
Vcetakan = V(resin+katalis) = p x l x t
= 250 x 200 x 4
= 200.000 mm3
= 200 ml
Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur dengan perbandingan
100 ml resin : 1 ml katalis.
Vresin = 198,02 ml
Vkatalis = 1,98 ml
3. Campuran resin dan katalis diaduk sampai rata dengan menggunakan
pengaduk dari kaca selama + 1 menit. Setelah campuran teraduk rata
kemudian dituang kedalam cetakan lalu cetakan ditutup menggunakan
kaca. Agar hasil yang didapat padat dan mendapatkan ukuran yang
sesuai kebutuhan, pada bagian atas penutup cetakan diberi beban + 20
kg.
4. Proses curing terjadi pada kurun waktu 4-5 jam, setelah itu matrik
dipisahkan dari cetakan. Dimensi hasil cetakan matrik dapat dilihat
pada Gambar 3.9.
31
5. Hasil cetakan benda uji matrik dipotong menurut standar pengujian
tarik.
250 mm
200
mm
4 mm
Gambar 3.9 Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik
3.4.1.2 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Impak
Proses pencetakan benda uji matrik pengikat untuk uji impak sama dengan
pembuatan benda uji matrik untuk uji tarik, menggunakan media kaca sebagai
cetakan. Perbedaannya hanya pada ukuran dan dimensinya. Langkah-langkah
pencetakan adalah sebagai berikut:
1. Cetakan disiapkan, kemudian cetakan dilapisi release agent 3 kali.
2. Resin dan katalis dipersiapkan dengan volume cetakan sebesar 90 ml.
Vcetakan = V(resin+katalis) = 150 x 60 x 10
= 90.000 mm3
= 90 ml
32
Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur dengan perbandingan
100 ml resin : 1 ml katalis.
Vresin = 89,11 ml
Vkatalis = 0,89 ml
3. Campuran resin dan katalis diaduk sampai rata dengan menggunakan
pengaduk dari kaca selama + 1 menit. Setelah campuran teraduk rata
kemudian dituang kedalam cetakan lalu cetakan ditutup menggunakan
kaca. Agar hasil yang didapat padat dan mendapatkan ukuran yang sesuai
kebutuhan, pada bagian atas penutup cetakan diberi beban + 20 kg.
Dimensi hasil cetakan uji impak matrik dapat dilihat pada Gambar 3.10
4. Setelah 4-5 jam proses curing selesai, matrik dapat dilepas dari cetakan.
5. Hasil cetakan benda uji matrik dipotong sesuai standar pengujian impak.
100 mm
55 m
m
10 mm
Gambar 3.10 Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak Matrik
33
3.4.2 Benda Uji Komposit
3.4.2.1 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik
Proses pembuatan dan pencetakan benda uji komposit sama dengan
pembuatan benda uji matrik, perbedaannya pada proses pembuatan benda uji
komposit ini menggunakan serat kelapa sebagai bahan penguat. Langkah-langkah
pencetakan benda uji komposit adalah sebagai berikut:
1. Cetakan disiapkan, kemudian cetakan dilapisi release agent 3 kali.
2. Serat serat kelapa disiapkan sesuai dengan persentase volume serat yang
dibutuhkan, massa serat untuk volume serat 10% yaitu 23 gram.
Vserat = 10% x Vcetakan
= 20 ml
Massa serat = ρserat x Vserat
= 1,15 x 20 ml
= 23 gr
3. Resin dan katalis dipersiapkan dengan volume cetakan sebesar 180 ml
V(resin+katalis) = 90% x Vcetakan
= 180 ml
Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur kemudian diaduk
hingga merata dengan perbandingan 100 ml resin : 1 ml katalis.
Vresin = 178,218 ml
Vkatalis = 1,782 ml
4. Sebagian campuran resin dan katalis ± 30% dituang kedalam cetakan
merata diseluruh setakan kemudian diberikan serat secara acak menutupi
34
campuran resin dan katalis, lalu diberikan lagi sisa campuran resin dan
katalis tersebut diatas serat sampai rata menutupi seluruh serat.
5. Cetakan ditutup menggunakan media kaca yang telah diberi release
agent 3 kali, bagian atas penutup cetakan diberi beban (+ 20 kg) agar
didapat hasil yang padat dan ukuran yang sesuai kebutuhan (± 4 mm).
6. Setelah ± 4–5 jam proses curing selesai, komposit dapat dilepas dari
cetakan. Proses pencetakan ini dilakukan untuk variasi perendaman 2.5%
NaOH, 5% NaOH, dan 7,5% NaOH serta tanpa perendaman. Hasil
cetakan benda uji komposit dipotong menurut standar pengujian tarik.
3.4.2.2 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak
Proses pembuatan dan pencetakan benda uji komposit untuk uji impak ini
sama dengan proses pembuatan benda uji matrik.
Langkah-langkah pembuatan benda uji komposit untuk pengujian impak
adalah sebagai berikut:
1. Cetakan disiapkan, kemudian dilapisi release agent 3 kali.
2. Serat kelapa disiapkan sesuai dengan persentase serat yang dibutuhkan,
massa serat untuk volume serat 10 % = 10,35 gr.
Vserat = 10 % x Vcetakan
= 9 ml
Massa serat = ρserat x Vserat
= 1,15 x 9 ml
= 10,35 gr
35
3. Resin dan katalis disiapkan sebanyak persentase yang dibutuhkan.
Vresin+katalis = 90% x Vcetakan = 81 ml
Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur kemudian diaduk
hingga merata dengan perbandingan 100 ml resin : 1 ml katalis.
Vresin = 80,1981 ml
Vkatalis = 0,8019 ml
4. Sebagian campuran resin dan katalis ± 30% dituang kedalam cetakan
merata diseluruh setakan kemudian diberikan serat secara acak menutupi
campuran resin dan katalis, lalu diberikan lagi sisa campuran resin dan
katalis tersebut diatas serat sampai rata menutupi seluruh serat.
5. Cetakan ditutup menggunakan media kaca yang telah diberi release
agent sebanyak 3 kali, kemudian diberi beban agar hasil yang didapat
padat dan mendapatkan ukuran yang sesuai kebutuhan (±10 mm). Proses
pencetakan untuk 4 variasi yaitu tanpa perendaman; 2,5% NaOH dan 5%
KMnO4; 5% NaOH dan 5% KMnO4; 7,5% NaOH dan 5% KMnO4.
6. Setelah ± 4–5 jam proses curing selesai, komposit dapat dilepas dari
cetakan. Hasil cetakan benda uji komposit dipotong menurut standar
pengujian impak
36
3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji
3.5.1 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Untuk Pengujian Tarik
3.5.1.1 Benda Uji Matrik
Standard pengujian benda uji matrik menggunakan standard ASTM D638-
1 (Standar Test Methode for Tensile Properties of Plastic).
Gambar 3.11 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik Pengikat
3.5.1.2 Benda Uji Komposit
Pengujian tarik komposit mengacu pada standar pengujian ASTM A370.
50 mm 4 mm
50 mm
R13
200 mm
20 mm 12.5 mm
Satuan : mm
Gambar 3.12 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit
37
3.5.2 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Untuk Pengujian Impak
Pengujian matrik pengikat dan komposit pada pengujian impak mengacu
pada standar ASTM A370 (Standart Test Methode for Tensile Properties of
Plastic). Bentuk dan dimensi benda uji yang digunakan adalah sebagai berikut:
45 O
55 mm
2 mm
10 mm
10mm
Gambar 3.13 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Impak
3.6 Metode Pengujian
3.6.1 Metode Pengujian Tarik
Dalam penelitian ini pengujian tarik komposit menggunakan mesin uji
tarik universal yang berada di laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata
Dharma. Pengujian komposit menggunakan 5 macam variabel benda uji yaitu :
matrik (resin polyester), komposit dengan serat tanpa perlakuan dan komposit
dengan konsentrasi perlakuan kimia serat 2,5% NaOH dan 5% KmnO4; 5%
NaOH dan 5% KmnO4; 7,5% NaOH dan 5% KmnO4 yang masing-masing
berjumlah 5 buah, jadi ada 25 buah benda uji dengan dimensi benda uji sesuai
standart ASTM A370.
38
Langkah-langkah pengujian tarik sebagai berikut:
a. Mencatat dan menandai sengan nomer benda yang akan diuji.
b. Mencatat ukuran-ukuran benda uji sampai ketelitian 0,1 mm.
c. Memasang benda uji pada penjepit (grip) atas dan bawah pada mesin
uji. Diusahakan agar benda uji betul-betul vertikal, kemudian
mengencangkan kedua penjepit.
d. Bagian atas mesin tetap (fix) sedangkan bagian bawah bergerak ke
bawah dengan kecepatan rendah (konstan).
e. Spesimen tertarik dan mengalami pertambahan panjang (∆L)
f. Data pertambahan panjang dan beban dapat dilihat pada mesin.
g. Data dicatat dan digunakan untuk membuat diagram tegangan-
regangan
Pada akhir pengujian data beban maksimal dan perpanjangan benda dapat
diperoleh lewat print-out grafik hubungan tegangan dan regangan selama
pengujian berlangsung. Mesin uji tarik universal yang digunakan dapat dilihat
pada Gambar 3.14 :
Gambar 3.14 Alat Uji Tarik Matrik dan Komposit
39
Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun
komposit tanpa perendaman serat ataupun dengan perendaman serat, diperlukan
suatu perhitungan.
Untuk menghitung kekuatan tarik, rumus yang dipergunakan mengacu
pada persamaan (7) dan untuk menghitung regangan, rumus yang dipergunakan
mengacu pada persamaan (8).
3.6.2 Metode Pengujian Impak
Prinsip dasar pengujian impak adalah ayunan beban yang dikenakan pada
benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen
dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal
(dijatuhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk memastikan bagian
spesimen yang patah, perlu dibuat takikan pada spesimen. Pengukuran keliatan
benda uji menggunakan metode Impak Charpy yang alatnya ditunjukkan pada
Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Alat Uji Impak
40
Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui sifat getas/liat
bahan ataupun harga keuletan dari matrik, maupun komposit tanpa perendaman
serat ataupun dengan perendaman serat, adalah :
Tenaga patah = G . R . (cos ß – cos α) (Joule) ...................................................... (9)
Harga Keuletan = angPatahanLuasPenamp
hTenagaPata (Joule/mm²) ................................... (10)
Dengan :
G = Berat pendulum / massa dikali dengan percepatan gravitasi (N)
R = Radius Pendulum (m)
α = Sudut awal / sudut yang dibentuk pendulum tanpa beban
ß = Sudut ayun akhir / sudut yang dibentuk pendulum setelah
mematahkan benda uji
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui beberapa sifat mekanik
komposit dan matrik pengikat. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik
untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan serta pengujian impak untuk
mengetahui ketahanan patah dan keuletan. Setelah dilakukan pengujian tarik dan
impak dilakukan foto mikro dan makro.
Dari setiap konsentrasi NaOH yang berbeda, dibuat benda uji yang
berjumlah 5 (lima) spesimen. Jadi jumlah total benda uji untuk pengujian tarik ada
25 spesimen, sedangkan jumlah total benda uji untuk pengujian impak ada 25
spesimen. Hasil pengujian dan perhitungan disajikan dalam bentuk tabel dan
grafik, sedangkan analisis dalam bentuk tulisan.
4.1 Hasil Pengujian Tarik
Pengujian yang dilakukan menggunakan mesin Uji Tarik, menghasilkan
print-out grafik hubungan beban-pertambahan panjang pada masing-masing
benda uji, print-out grafik disajikan pada lampiran.
4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan terhadap benda uji tarik matrik
polyester, didapatkan data seperti pada Tabel 4.1.
41
42
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Pengikat
No Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm2)
Beban P (kg)
σu (kg/mm2)
Lo(mm)
ΔL (mm)
ε (%)
1 4,5 12 57,15 185,9 3,253 50 5,4 10,8 2 4,4 13 60,72 195,7 3,223 50 7,9 15,8 3 4,4 13 58,08 188,8 3,251 50 7,6 15,2 4 4,4 13 58,08 181,1 3,118 50 12,4 24,8 5 4,4 13 58,52 185,5 3,170 50 3,85 7,7
Rata-rata 3,203 Rata-rata 14.86
Dari Tabel 4.1 dapat diketahui bahwa benda uji matrik polyester mempunyai
regangan rata-rata yang tinggi. Jika meninjau dari hasil uji tarik, kerusakan pada
matrik cenderung berupa patah getas sehingga matrik pengikat yang digunakan
bersifat getas, dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Matrik Polyester
4.1.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Tanpa Perendaman
Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit dengan serat tanpa
perlakuan kimia didapatkan data seperti yang ditampilkan pada Tabel 4.2.
43
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Tanpa Perendaman
No Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm2)
Beban P (kg)
σu (kg/mm2)
Lo(mm)
ΔL (mm)
ε (%)
1 4,9 12,4 60,7 122 2,007 50 0,45 0,9 2 5 13 65 130,5 2,007 50 0,5 1 3 5 12,7 63,5 96,7 1,522 50 0,4 0,8 4 5 13,1 65,5 129,3 1,974 50 0,35 0,7 5 5 12 60 134,5 2,241 50 0,45 0,9
Rata-rata 1, 5 9 Rata-rata 0,86
Dari data pengujian tegangan dan regangan rata-rata komposit serat tanpa
perlakuan mempunyai nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan matrik
pengikat. Gambar 4.2 berikut ini menunjukkan bentuk patahan yang
terjadi pada benda uji komposit dengan serat tanpa perlakuan kimia.
Gambar 4.2 Bentuk Patahan Benda Uji Komposit Serat
Tanpa Perendaman
44
4.1.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 2,5 % NaOH, 5 %
KMnO4
Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit dengan
perlakuan larutan 2,5 % NaOH, 5 % KMnO4 dapat dilihat pada Tabel 4.3
berikut ini:
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat
Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KMnO4
No Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm2)
Beban P (kg)
σu (kg/mm2)
Lo(mm)
ΔL (mm)
ε (%)
1 4,6 12,5 57,5 131,2 2,281 50 0,25 0,5
2 4,5 12,7 57,15 130,2 2,278 50 0,35 0,7
3 4,6 12,8 58,88 60,7 1,030 50 0,25 0,5
4 4,6 13 59,8 146,3 2,446 50 0,45 0,9 5 4,6 12,8 58,88 127,2 2,160 50 0,35 0,7
Rata-rata 2,039 Rata-rata 0,66
Dari data di atas dapat diambil kesimpulan bahwa tegangan dan regangan
rata-rata komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KmnO4 lebih
rendah bila dibandingkan dengan benda uji matrik. Tegangan rata-rata
komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KmnO4 lebih tinggi
daripada komposit tanpa perlakuan, tetapi nilai regangan rata-ratanya lebih
rendah bila dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan.
Sedangkan bila dilihat dari bentuk patahan setelah pengujian tarik, dapat
diambil kesimpulan bahwa benda uji komposit dengan perlakuan serat
2,5% NaOH, 5% KmnO4 memiliki sifat getas.
45
Gambar 4.3 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Serat
Perlakuan 2,5 % NaOH, 5 % KMnO4
4.1.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 5% NaOH, 5%
KMnO4
Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit dengan
perlakuan larutan 5 % NaOH, 5 % KMnO4 dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 5% NaOH, 5% KMnO4
No Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm2)
Beban P (kg)
σu (kg/mm2)
Lo(mm)
ΔL (mm)
ε (%)
1 4,6 12,9 59,3 156,3 2,633 50 0,45 0,9
2 4,6 12,5 57,5 122,3 2,126 50 0,35 0,7
3 4,6 13,5 62,1 152,8 2,460 50 0,45 0,9
4 4,6 13 59,8 156,3 2,613 50 0,45 0,9 5 4,6 12,5 57,5 91,6 1,593 50 0,3 0,6
Rata-rata 2,285 Rata-rata 0,8
Dari data tersebut, dapat diambil kesimpulan bahwa benda uji komposit
dengan perlakuan serat 5% NaOH, 5% KMnO4 mempunyai rata-rata
tegangan tarik yang lebih rendah dibandingkan dengan benda uji matrik
46
pengikat, tetapi tegangan tariknya lebih tinggi bila dibandingkan dengan
benda uji komposit tanpa perlakuan atau dengan benda uji komposit
dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4. Nilai rata-rata regangan
lebih tinggi daripada komposit serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4, namun
lebih rendah daripada benda uji matrik atau dengan benda uji komposit
tanpa perlakuan.Bentuk patahan yang terjadi dapat dilihat pada Gambar
4.4.
Gambar 4.4 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Serat
Perlakuan 5 % NaOH, 5 % KMnO4 4.1.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 7,5 % NaOH, 5 %
KMnO4
Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit serat dengan
perlakuan larutan 7,5 % NaOH, 5 % KMnO4 dapat dilihat pada Tabel 4.5.
47
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 7,5% NaOH, 5% KMnO4
No Tebal (mm)
Lebar (mm)
Luas (mm2)
Beban P (kg)
σu (kg/mm2)
Lo(mm)
ΔL (mm)
ε (%)
1 4,4 12,4 54,56 114 2,089 50 0,3 0,6
2 4,4 12,6 55,44 152,3 2,747 50 0,5 1
3 4,3 12,6 54,18 113,8 2,100 50 0,35 0,7
4 4,3 12,6 54,18 137,2 2,532 50 0,45 0,9
5 4,4 12,3 54,12 152,8 2,823 50 0,6 1,2
Rata-rata 2,458 Rata-rata 0,88
Dari data tersebut bahwa benda uji komposit dengan perlakuan serat 7,5%
NaOH dan 5% KMnO4 mempunyai rata-rata tegangan tarik dan rata-rata
regangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan benda uji komposit
dengan perlakuan serat 5% NaOH, 5% KMnO4, tetapi lebih rendah bila
dibandingkan dengan benda uji matrik pengikat. Dari bentuk patahan
setelah pengujian tarik, dapat diambil kesimpulan bahwa benda uji
komposit dengan perlakuan serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4 juga memiliki
sifat getas. Seperti terlihat pada Gambar 4.5 berikut ini
Gambar 4.5 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Serat
Perlakuan 7,5 % NaOH, 5 % KMnO4
48
Dari pengujian tarik di atas dapat diambil kesimpulan bahwa semakin
tinggi prosentase konsentrasi larutan NaOH pada perlakuan serat membuat
komposit menjadi semakin kuat. Benda uji matrik menghasilkan tegangan dan
regangan tarik tertinggi dari seluruh benda uji yang ada. Hal tersebut dapat dilihat
pada Tabel 4.6, yang akan menunjukkan kekuatan tarik rata-rata dan regangan
rata-rata dari semua komposit yang telah mengalami pengujian tarik.
Tabel 4.6 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-rata
No
Fraksi Perlakuan
Serat Komposit
(%)
Kekuatan Tarik (σ) rata-rata (kg/mm2)
Regangan (ε) rata-rata (%)
1 0 1,950 0,86 2 2,5 2,039 0,66 3 5 2,285 0,80 4 7,5 2,458 0,88
Matriks 3,203 14,86
Dan untuk lebih jelas, data pada tabel tersebut di atas disajikan dalam bentuk
grafik. Berikut Gambar 4.6 yang memperlihatkan kekuatan tarik rata-rata dari
benda uji yang telah mengalami pengujian tarik.
49
3,203
1,95 2,0392,285
2,458
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5K
ekua
tan
Tarik
(kg/
mm
2)
Matrik Polyester
Komposit Serat Tanpa Perendaman
Komposit Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4
Benda Uji Komposit
Gambar 4.6 Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Matrik dan Komposit
14,86
0,86 0,66 0,8 0,88
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Reg
anga
n (%
)
Matrik Polyester
Komposit Serat Tanpa Perendaman
Komposit Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4
Benda Uji Komposit
Gambar 4.7 Grafik Regangan Rata-rata Matrik dan Komposit
50
Kemungkinan yang bisa menyebabkan turunnya kekuatan komposit
tersebut adalah sebagai berikut:
• Adanya udara terperangkap (void) dalam komposit.
Hal tersebut dikarenakan semakin besar fraksi volum serat penguat
pada komposit, semakin banyak pula void yang terdapat dalam
komposit tersebut.
• Orientasi serat yang tidak searah (acak).
Mengakibatkan beban yang diterima tidak dapat didistribusikan secara
merata oleh matrik pengikat, sehingga hanya sebagian dari serat yang
ikut menahan beban bersama dengan matrik pengikat.
• Distribusi serat yang kurang merata.
Sehingga kekuatan komposit yang dihasilkan juga tidak merata pada
tiap titiknya.
• Kurang kuatnya ikatan antara matrik pengikat dengan serat penguat.
Ini akan menyebabkan debounding (lepasnya ikatan antara serat
dengan matrik)
Selain yang tersebut di atas, dimungkinkan juga ada faktor lain yang
menyebabkan hasil pengujian tarik menyimpang. Faktor tersebut antara lain
adalah sebagai berikut:
• Proses pembuatan benda uji
Proses pembuatan yang dilakukan adalah secara manual dengan proses
hand lay-up sederhana, sehingga hasil cetakan kurang sempurna jika
dibandingkan dengan hasil proses fabrikasi.
51
•
ra lain:
n benda uji ke dalam mesin
an.
kan patahan
Sedang
dapat terjadi m
kerusakan ikatan serat matrik akibat tegangan geser dan kerusakan ikatan serat
akibat
4.2
unakan dalam pengujian impak ini adalah metode
harpy. Berbeda dengan pengujian tarik, pada pengujian impak ini tidak ada
itian dilakukan beberapa pengujian impak secara
terpisah
Faktor pengujian dan pengambilan data
Faktor ini merupakan faktor teknis yang sulit dihadirkan dalam
pengujian yang disebabkan beberapa hal anta
a) Kurang hati-hati dalam pemasanga
uji tarik yang dapat mengakibatkan kerusakan awal pada benda
uji yang tidak dideteksi sebelum beban diberik
b) Pemasangan benda uji yang tidak lurus dengan arah penarikan
pada mesin uji tarik sehingga menimbulkan momen lengkung
pada benda uji. Hal ini mempengaruhi/menyebab
pada daerah dekat pemegang benda uji.
kan menurut teori kegagalan maksimum, kerusakan komposit
elalui tiga mekanisme, yaitu; kerusakan akibat tegangan tarik,
tegangan tarik
Hasil Pengujian Impak
Metode yang dig
C
print-out grafiknya. Dalam penel
, yaitu: terhadap matrik pengikat dan komposit yang dihasilkan. Hal ini
dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tenaga yang dibutuhkan untuk
mematahkan benda uji impak, untuk kemudian dihitung harga keuletan benda uji
impak tersebut.
52
4.2.1 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester
Setelah pengujian impak pada benda uji matrik polyester, didapat data
berupa sudut (β) yang ditunjukkan jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka).
mus-rumus untuk pengujian
impak,
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester
Tebal Lebar Luas Tenaga patah (Joule)
Harga keuletan (Joule/mm²)
Setelah dilakukan perhitungan sesuai dengan ru
maka didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak matrik
pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.7.
SPESIMEN (mm) (mm) (mm2) α β
1 8,40 10,10 84,84 147 142,00 0,268 0,003156
2 147 144,00 8,30 9,90 82,17 0,158 0,001917
3 8,40 9,70 81,48 147 144,50 0,131 0,001611
4 8,30 10,10 83,83 147 143,50 0,184 0,002192
5 8,10 10,05 81,41 147 144,00 0,158 0,001935
A- RAT RATA
143,60 0,180 0,002162
Gambar 4.8 berikut di bawah ini menunjukkan bentuk patahan yang terjadi setelah
benda uji impak ma ik pengikat mengalami pengujian. Dilihat dari bentuk
atahannya, benda uji matrik pengikat mengalami patah getas.
tr
p
53
Gambar 4.8 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Matrik Polyester
4.2.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia
Setelah pengujian impak pada benda uji komposit dengan serat
tanpa perlakuan kimia, didapat data berupa sudut (β) yang ditunjukkan
jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka). Setelah dilakukan
perhitungan sesuai dengan rumus-rumus untuk pengujian impak, maka
didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak matrik
pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.8 berikut ini
. Tabel 4.8 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia
SPESIMEN Tebal (mm)
Lebar(mm)
Luas (mm2) α β
Tenaga patah (Joule)
Harga keuletan (Joule/mm²)
1 8,4 10,4 87,36 147 131 1,124 0,0128
2 8,5 9,9 84,15 147 127 1,392 0,0165
3 8,5 9,5 80,75 147 131 1,124 0,0139
4 8,4 10,3 86,52 147 131 1,124 0,0139
5 8,5 10,3 87,55 147 128 1,339 0,0152
RATA-RATA 129,6 1,221 0,0143
54
Dari data pengujian menunjukkan bahwa komposit dengan serat tanpa
perlakuan kimia memiliki tenaga patah yang lebih tinggi dan lebih ulet
daripada benda uji matrik. Gambar 4.9 berikut di bawah ini menunjukkan
bentuk patahan yang terjadi setelah benda uji impak komposit tanpa
perlakuan kimia serat mengalami pengujian.
Gambar 4.9 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Komposit
Tanpa Perlakuan Kimia
4.2.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH, 5%
KmnO4
Setelah pengujian impak pada benda uji komposit dengan
perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4, didapat data berupa sudut (β)
yang ditunjukkan jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka). Setelah
dilakukan perhitungan sesuai dengan rumus-rumus untuk pengujian
impak, maka didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak
matrik pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.9.
55
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KMnO4
SPESIMEN Tebal (mm)
Lebar(mm)
Luas (mm2) α β
Tenaga patah (Joule)
Harga keuletan (Joule/mm²)
1 8,6 10,3 88,58 147 133 0,964 0,0108
2 8,5 11,3 96,05 147 134 0,910 0,0094
3 8,6 10,7 92,02 147 131 1,124 0,0122
4 8,7 10,8 93,96 147 133 0,964 0,0102
5 8,4 11,6 97,44 147 133 0,964 0,0098
RATA-RATA 132,8 0,985 0,0105
Dari data pengujian diatas menunjukkan bahwa harga keuletan dan tenaga
yang diperlukan untuk mematahkan benda uji komposit dengan dengan
perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4 lebih rendah daripada komposit
tanpa perlakuan dan lebih tinggi daripada harga matrik. Sehingga dapat
disebutkan bahwa komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5%
KMnO4 lebih kuat dan lebih ulet daripada matrik. Namun tidak lebih ulet
dan kuat dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan. Gambar 4.10
berikut ini menunjukkan bentuk patahan yang terjadi setelah benda uji
impak komposit perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4 mengalami
pengujian.
Gambar 4.10 Bentuk Patahan Benda Uji Impak
Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KmnO4
56
4.2.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5% KmnO4
Setelah pengujian impak pada benda uji komposit dengan
perlakuan serat 5% NaOH, 5% KMnO4, didapat data berupa sudut (β)
yang ditunjukkan jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka). Setelah
dilakukan perhitungan sesuai dengan rumus-rumus untuk pengujian
impak, maka didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak
matrik pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.10 berikut ini.
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5%
KMnO4
SPESIMEN Tebal (mm)
Lebar(mm)
Luas (mm2) α β
Tenaga patah (Joule)
Harga keuletan (Joule/mm²)
1 8,6 10,5 90,30 147 128 1,339 0,0148
2 8,6 10,4 89,44 147 132 1,017 0,0113
3 8,6 11,2 96,32 147 127 1,392 0,0144
4 8,6 11,1 95,46 147 130 1,178 0,0123
5 8,5 11,8 100,30 147 128 1,339 0,0133
RATA-RATA 129 1,253 0,0132
Dari data pengujian diatas menunjukkan bahwa harga keuletan dan tenaga
yang diperlukan untuk mematahkan benda uji komposit dengan dengan
perlakuan serat 5% NaOH lebih rendah daripada komposit tanpa perlakuan
dan komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH. Namun masih lebih
tinggi kekuatan dan keuletannya daripada matrik. Sehingga dapat
disebutkan bahwa komposit dengan perlakuan serat 5% NaOH lebih kuat
dan lebih ulet daripada matrik. Namun tidak lebih ulet dan kuat
dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan dan komposit dengan
57
perlakuan serat 2,5% NaOH. Gambar 4.9 berikut ini menunjukkan bentuk
patahan yang terjadi setelah benda uji impak komposit perlakuan serat 5%
NaOH mengalami pengujian.
Gambar 4.11 berikut ini menunjukkan bentuk patahan yang terjadi setelah
benda uji impak komposit komposit dengan perlakuan serat 5% NaOH,
5% KMnO4 mengalami pengujian.
Gambar 4.11 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan
5% NaOH, 5% KmnO4
4.2.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 7,5% NaOH, 5%
KmnO4
Setelah pengujian impak pada benda uji komposit dengan
perlakuan serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4, didapat data berupa sudut (β)
yang ditunjukkan jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka). Setelah
dilakukan perhitungan sesuai dengan rumus-rumus untuk pengujian
impak, maka didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak
matrik pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.11.
58
Tabel 4.11 Hasil Pengujian Impak komposit Perlakuan 7,5% NaOH, 5% KMnO4
SPESIMEN Tebal (mm)
Lebar(mm)
Luas (mm2) α β
Tenaga patah (Joule)
Harga keuletan (Joule/mm²)
1 8,6 10,9 93,74 147 128 1,339 0,0142
2 8,7 10,9 94,83 147 129 1,285 0,0135
3 8,6 10,8 92,88 147 130 1,178 0,0126
4 8,7 10,5 91,35 147 130 1,178 0,0129
5 8,3 10,8 89,64 147 130 1,178 0,0131
RATA-RATA 129,4 1,232 0,0133
Dari data pengujian diatas menunjukkan bahwa harga keuletan dan tenaga
yang diperlukan untuk mematahkan benda uji komposit dengan dengan
perlakuan serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4 lebih rendah daripada komposit
tanpa perlakuan dan komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH.
Namun masih lebih tinggi kekuatan dan keuletannya daripada komposit
dengan perlakuan serat 5 % NaOH, 5% KMnO4 dan matrik pengikat.
Sehingga dapat disebutkan bahwa komposit dengan perlakuan serat 7,5%
NaOH lebih kuat dan lebih ulet daripada matrik dan komposit dengan
perlakuan serat 5 % NaOH . Namun tidak lebih ulet dan kuat
dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan dan komposit dengan
perlakuan serat 2,5% NaOH. Gambar 4.12 berikut ini menunjukkan bentuk
patahan yang terjadi setelah benda uji impak komposit perlakuan serat
7,5% NaOH, 5% KMnO4 mengalami pengujian.
59
Gambar 4.12 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan 7,5%
NaOH dan 5% KmnO4
Untuk lebih jelas mengetahui pengujian impak secara keseluruhan, Tabel
4.12 yang akan menunjukkan tenaga patah rata-rata dan keuletan rata-rata dari
benda uji impak, baik matrik maupun komposit.
Tabel 4.12 Tenaga Patah dan Keuletan Rata-rata
No
Fraksi Perlakuan
Serat Komposit
(%) Tenaga Patah Rata-rata (joule)
Keuletan Rata-rata (joule/ mm2 )
1 0 1,221 0,0143 2 2,5 0,985 0,0105 3 5 1,253 0,0132 4 7,5 1,232 0,0133
5 Matrik 0,180 0,0216
Dan agar lebih jelas, maka data pada tabel tersebut di atas disajikan dalam bentuk
grafik. Berikut Gambar 4.13 yang memperlihatkan grafik tenaga patah rata-rata
dari bahan yang telah mengalami pengujian impak. Sedangkan Gambar 4.14
memperlihatkan grafik keuletan rata-rata dari bahan yang mengalami pengujian
impak.
60
0,18
1,221
0,985
1,253 1,232
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4 Te
naga
Pat
ah (J
oule
)
Matrik Polyester
Komposit Serat Tanpa Perendaman
Komposit Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4
Benda Uji Komposit
Gambar 4.13 Grafik Tenaga Patah Rata-rata Matrik dan Komposit
Gambar 4.14 Grafik Keuletan Rata-rata Matrik dan Komposit
0,0021
0,0143
0,0105
0,0132 0,0133
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016
Komposit Serat
Tanpa Perendaman Matrik
Polyester Komposit Serat
2,5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 5% NaOH, 5% KMnO4
Komposit Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4
Keu
leta
n (J
oule
/ mm
2)
Benda Uji Komposit
61
4.3 Analisa Berdasarkan Data Pengujian
uan kimia ataupun tanpa perlakuan kimia
em
4.3.2
at diambil kesimpulan bahwa dengan fraksi
4.3.1 Dari Hasil Pengujian Tarik
Komposit dengan perlak
m punyai kekuatan tarik yang tidak jauh berbeda. Matrik pengikat
mempunyai kekuatan tarik dan regangan rata-rata paling tinggi diantara
komposit lainnya. Hal ini disebabkan fraksi volume serat yang relatif kecil
sehingga faktor matrik masih sangat dominan dalam menentukan
kekuatan komposit itu sendiri. Atau karena metode serat acak yang
digunakan sehingga kurang meratanya serat pada saat pencetakan
menyebabkan kekuatan komposit tidak merata pada setiap titik.
Rendahnya kekuatan tarik komposit juga bisa disebabkan karena
timbulnya void (udara yang terperangkap) pada hasil cetakan atau kurang
sempurnanya ikatan antara serat dengan matrik sehingga menimbulkan
serat lepas dari matrik (debonding failure).
Dari Hasil Pengujian Impak
Dari hasil pengujian impak dap
volume serat yang sama, perlakuan kimia terhadap serat tidak selalu
meningkatkan harga tenaga patahnya. Hal ini terlihat dari harga tenaga
patah rata-rata komposit dengan perendaman serat 2,5% NaOH dan 5%
KMnO4 lebih rendah bila dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan
kimia. Dari data pengujian impak tersebut menunjukkan bahwa komposit
tanpa perlakuan serat mempunyai harga keuletan rata-rata yang paling
tinggi.
62
4.3.3 Analisa Berdasarkan Foto Mikro
Dari pengamatan yang dilakukan secara mikro, dapat disimpulkan bahwa
kerusakan yang terjadi dikarenakan cacatnya ikatan antara serat dengan
matrik. Hal tersebut bisa dikarenakan matrik tidak mengikat serat secara
menyeluruh, sehingga yang terjadi adalah serat terlepas dari ikatannya dengan
matrik, sehingga di sekitar serat terjadi retakan-retakan yang menyebabkan
ikatan tersebut terlepas. Gambar 4.15 sampai dengan Gambar 4.25 berikut ini
menunjukkan struktur mikro benda uji komposit, terjadinya void, serta
terjadinya retakan pada komposit.
100µm
Gambar 4.15 Foto Mikro Matrik Polyester
63
Gambar 4.16
Foto Mikro Penampang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia
void
void
serat
serat
100µm
100µm
Gambar 4.17 Foto Mikro Melintang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia
64
Gambar 4.18 Foto Mikro Penampang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4
serat
serat
void
void
100µm
100µm
Gambar 4.19 Foto Mikro Melintang Komposit 2,5% NaOH, 5%
KMnO4
65
Gambar 4.20 Foto Mikro Penampang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4
serat
void
void
100µm
serat
100µm
Gambar 4.21 Foto Mikro Melintang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4
66
Gambar 4.22 Foto Mikro Penampang Komposit 7,5% NaOH, 5%KMnO4
serat
seratvoid
void
100µm
100µm
Gambar 4.23 Foto Mikro Melintang Komposit 7,5% NaO, 5% KMnO4
67
100µm
Gambar 4.24 Foto Mikro Retak Komposit
100µm
Gambar 4.25
Foto Mikro Kawat Tembaga
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan, penulis bisa mengambil
kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:
Komposit tanpa perlakuan kimia mempunyai kekuatan tarik paling
rendah, sedangkan kekuatan tarik paling tinggi terjadi pada matrik. Hal ini
disebabkan karena fraksi volum serat yang relatif kecil, sehingga faktor
matrik sangat dominan dalam menentukan kekuatan komposit itu sendiri.
Rendahnya kekuatan tarik komposit juga disebabkan karena timbulnya
void (udara yang terperangkap) pada hasil cetakan atau kurang
sempurnanya ikatan antara serat dengan matrik sehingga menimbulkan
serat lepas dari matrik (debonding failure).
Dari hasil pengujian impak dapat diambil kesimpulan bahwa
komposit dengan perlakuan serat 5% NaOH dan 5% KMnO4 mempunyai
tenaga patah paling tinggi, sedangkan tenaga patah paling rendah terjadi
pada matrik. Harga keuletan paling tinggi terjadi pada komposit tanpa
perlakuan kimia, sedangkan harga keuletan paling rendah terjadi pada
matrik.
Bentuk patahan pada pengujian tarik komposit tergolong kerusakan
patah getas (brittle failure), sedangkan pada pengujian impak bentuk
patahan yang terjadi termasuk jenis patah campuran dimana patahan
sebagian getas dan liat.
68
69
5.2 Saran
Penulis merasa masih banyak terjadi kekurangan pada penelitian yang
telah dilaksanakan. Oleh karena itu agar penelitian-penelitian berikutnya
mendapatkan hasil yang lebih baik, maka penulis memberikan saran-saran
sebagai berikut:
1. Serat yang akan digunakan sebaiknya sebersih mungkin dan tidak
mengandung unsur minyak, air, ataupun partikel pengotor lainnya.
2. Bahan-bahan yang dipakai diukur sesuai dengan yang diperlukan, dan
pada saat mencampurnya diusahakan agar benar-benar merata.
3. Pada proses pencetakan, sebisa mungkin dihindari terjadinya void
pada benda hasil cetakan.
4. Pada saat pembentukan benda uji, pemotongan dilakukan sehati-hati
mungkin agar benda uji yang terbentuk tidak mengalami retak dan
dimensi dari benda uji benar-benar sesuai ukuran.
5. Pemasangan benda uji pada alat penguji dilakukan sehati-hati
mungkin, untuk menghindari rusaknya benda uji sebelum dilakukan
pengujian.
6. Pengambilan data dari hasil pengujian dilakukan seteliti mungkin,
agar hasil perhitungan sesuai dengan kondisi nyata.
DAFTAR PUSTAKA _________, 1987, Annual Book of ASTM Standart, American Society For
Testing Material, Philadelpia.PA. Dieter, G.E., 1990, Metalurgi Mekanik, Erlangga, Jakarta. Hadi, B.K., 2000, Mekanika Struktur Komposit, Departemen Pendidikan
Nasional, Jakarta. Jones, R.M., 1975, Mechanics of Composite Material, MC Graw Hill, New York. Van Vlack, L.H., 1985, Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi Kelima, Erlangga,
Jakarta
70
LAMPIRAN
P195,7
∆l 7,9 5,4 ∆l
P185,9
1 2
188,8
P
7,6 ∆l 3
P181,1
∆l 12,4 4
P
185,5
5
3,85 ∆l
Lampiran 1. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian
Tarik Matrik Polyester Keterangan :
P : Beban (kg) Δl : Pertambahan Panjang (mm) 1, 2, 3, 4, 5 : Benda uji 1, Benda uji 2, Benda uji 3, Benda uji 4, Benda uji 5
0,45 ∆l 0,5
P P
∆l 0,4 ∆l
P
96,7
130,5122
1 2 3
0,35
P
129,3
∆l ∆l0,45
P134,5
4 5
Lampiran 2. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perendaman Serat
Keterangan :
P : Beban (kg) Δl : Pertambahan Panjang (mm) 1, 2, 3, 4, 5 : Benda uji 1, Benda uji 2, Benda uji 3, Benda uji 4, Benda uji 5
0,35 ∆l
P130,2
P131,2
60,7
P
∆l0,25 ∆l 0,25
1 2 3
0,45 ∆l
P146,3
∆l0,35
P127,2
4 5 Lampiran 3. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian
Tarik Komposit Perendaman Serat 2,5% NaOH, 5% KmnO4 Keterangan :
P : Beban (kg) Δl : Pertambahan Panjang (mm) 1, 2, 3, 4, 5 : Benda uji 1, Benda uji 2, Benda uji 3, Benda uji 4, Benda uji 5
1
0,45 ∆l2
0,35 ∆l
PPP
152,8
122,3
156,3
3
0,45 ∆l
156,3
P
4
0,45 ∆l
P
∆l5
0,3
91,6
Lampiran 4. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat 5% NaOH, 5% KmnO4
Keterangan :
P : Beban (kg) Δl : Pertambahan Panjang (mm) 1, 2, 3, 4, 5 : Benda uji 1, Benda uji 2, Benda uji 3, Benda uji 4, Benda uji 5
0,35 ∆l
113,8
∆l0,45 ∆l0,6
P P
PPP
∆l∆l
1 2
137,2
152,8
152,3
114
0,3 0,5
3
4 5 Lampiran 5. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian
Tarik Komposit Perendaman Serat 7,5% NaOH, 5% KmnO4 Keterangan :
P : Beban (kg) Δl : Pertambahan Panjang (mm) 1, 2, 3, 4, 5 : Benda uji 1, Benda uji 2, Benda uji 3, Benda uji 4, Benda uji 5