i
PENGARUH FRAKSI VOLUME TERHADAP KEKUATAN IMPACT DAN FOTO MIKRO KOMPOSIT CAMPURAN SERAT KELAPA
DAN DURIAN
SKRIPSI
Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
oleh
Andri Agustian Razzak
5201412006
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017
iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Yang bertanda tangan di bawah ini
Nama Mahasiswa : Andri Agustian Razzak
NIM : 5201412006
Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin, S1
Fakultas : Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang
Dengan ini menyatakan bahwa skripsi dengan judul “Pengaruh Fraksi Volume
Terhadap Kekuatan Impact dan Foto Mikro Komposit Campuran Serat
Kelapa dan Durian” ini merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah
diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di perguruan tinggi manapun.
Sumber informasi atau kutipan dari karya saya telah disebutkan dalam teks dan
tercantum dalam daftar pustaka.
Semarang, Maret 2017
Andri Agustian Razzak
NIM. 5201412006
iv
ABSTRAK
Razzak, Andri Agustian, 2017. Judul “Pengaruh Fraksi Volume Terhadap
Kekuatan Impak dan Foto Mikro Komposit Campuran Serat Kelapa dan Durian”.
Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.
Rusiyanto, S.Pd., M.T. dan Dr. Rahmat Doni Widodo, S.T., M.T.
Kata Kunci : komposit serat,fraksi volume serat,kekuatan impact.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh fraksi
volume serat dan perlakuan alkali terhadap kekuatan impact dan foto mikro
komposit campuran serat kelapa dan serat durian.
Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian
eksperimen. Teknik analisis data yang digunakan pada penelitian ini adalah
statistik dekriptif, yaitu hasil dari beberapa pengujian dihitung nilai impact-nya
kemudian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Bahan penelitian adalah serat
kulit durian dan serat sabut kelapa sebagai bahan penguat komposit, resin epoxyjenis Bisphenol A-epichlorohydrin sebagai matrik, dicampur dengan hardener jenis Polyaminoamide dan diberi perlakuan serat berupa perendaman larutan
NaOH 5% selama 1 jam. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara press hand lay-up.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan impact rata-rata untuk resin
epoxy tanpa serat adalah sebesar 0,0294 J/mm². Nilai impact rata-rata komposit
dengan variasi fraksi volume serat kulit durian 20% dan serat sabut kelapa 30%
yaitu sebesar 0,0784 J/mm². Nilai impact rata-rata komposit dengan variasi fraksi
volume serat kulit durian 20% dan serat sabut kelapa 40% yaitu sebesar 0,0866
J/mm². Nilai impact rata-rata komposit dengan variasi fraksi volume serat kulit
durian 20% dan serat sabut kelapa 50% yaitu sebesar 0,1150 J/mm². Nilai rata-rata
kekuatan impact tertinggi dihasilkan dari komposit dengan fraksi volume serat
kulit durian 20% dan serat sabut kelapa sebesar 50% yaitu mencapai 0,1150
J/mm². Peningkatan energi serap impact dan kekuatan impact secara signifikan
terjadi pada fraksi volume serat sabut kelapa 50% dan fraksi volume serat kulit
durian 20%. Fenomena yang terjadi pada spesimen serat adalah fiber pull outsedangkan pada spesimen epoxy mengalami patah getas dan spesimen bumpermengalami patah ulet.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dan pengamatan fenomena
yang terjadi selama proses penelitian maka dapat diambil kesimpulan bahwa
semakin besar penambahan fraksi volume serat terhadap komposit, maka semakin
besar nilai kekuatan impact yang dihasilkan. Penambahan serat sabut kelapa dan
serat kulit durian meningkatkan kekuatan impact komposit matrik epoxy.
Perlakuan alkali berpengaruh terhadap karakteristik serat dimana permukaan serat
menjadi lebih bersih.
v
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan
rahmat, hidayah dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi yang berjudul “Pengaruh Fraksi Volume Terhadap
Kekuatan Impact dan Foto Mikro Komposit Campuran Serat Kelapa dan
Durian”.
Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari hambatan dan kesulitan, tetapi
berkat bimbingan dari dosen dan bantuan dari seluruh pihak penulisan skripsi ini
dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu penulis sampaikan terimakasih
kepada:
1. Dr.Nur Qudus, M.T., Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang
yang telah memberikan ijin penelitian di UNNES.
2. Rusiyanto, S.Pd., M.T., selaku pembimbing I yang telah memberikan
bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi.
3. Dr. Rahmat Doni Widodo, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan dan pegarahan dalam penyusunan skripsi.
4. Dr. Heri Yudiono, S.Pd., M.T., selaku penguji skripsi yang telah memberikan
bimbingan, arahan, saran serta masukan dalam penyusunan skripsi.
5. Dr. Ir. Basyirun, S.Pd., M.T, IPP. Ketua Laboratorium Teknik Mesin
Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan ijin penggunaan
laboratorium pengujian bahan UNNES.
vi
6. Imam Sukoco, SST. Teknisi laboratorium pengujian bahan Universitas
Negeri Semarang yang telah memberikan pengarahan selama melakukan
pengujian di laboratorium teknik mesin UNNES.
7. Kedua orang tua yang selalu mendoakan dan memberi motivasi.
8. Semua Pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini
yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.
Ibarat pepatah mengatakan tiada gading yang tak retak, penulisan skripsi
ini juga masih perlu banyak perbaikan, masukan, kritik dan saran yang
membangun sangat diharapkan agar skripsi ini lebih baik lagi.
Semarang, Maret 2017
Penulis
vii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
1. Tomorrow is a dream, A day is yours. Do it now or never, cause you can’t
buy tomorrow.
2. Better three hours to soon than one minute to late
3. Taklukkan dirimu, maka kau dapat menaklukkan dunia
4. Takut dan bersandarlah hanya kepada ALLAH, maka kau akan merasakan
hidup dengan penuh kebahagiaan dan rasa syukur.
SKRIPSI INI SAYA PERSEMBAHKAN KEPADA :
1. Mama ,alm. papa dan adik-adikku yang selalu mendoakan
dan memberikan dukungan dan motivasi tanpa henti.
2. Keluarga besar, teman seperjuangan PTM S1 UNNES
angkatan 2012, teman-teman program PKL, PPL dan KKN.
3. Keluarga besar FT UNNES dan seluruh pihak yang telah
membantu dalam penyusunan skripsi ini.
4. Temanku yang aku semogakan menjadi teman hidup, selalu
mendukung dan menyemangatiku tanpa henti dengan penuh
cinta.
viii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN................................................................... ii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................... iii
ABSTRAK ................................................................................................ iv
PRAKATA ................................................................................................ v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................ vii
DAFTAR ISI ............................................................................................ viii
DAFTAR SATUAN, SIMBOL DAN SINGKATAN .............................. x
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xiv
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xv
BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ............................................................. 1
B. Identifikasi Masalah .................................................................... 4
C. Pembatasan Masalah ................................................................... 5
D. Rumusan Masalah ....................................................................... 5
E. Tujuan Penelitian ........................................................................ 6
F. Manfaat Penelitian ...................................................................... 6
BAB II. KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori
1. Komposit ................................................................................... 7
2. Klasifikasi Komposit................................................................. 7
3. Serat Alam (Natural Fiber) ....................................................... 9
4. Serat Kulit Durian (Durian Skin Fiber) .................................... 10
5. Serat Sabut Kelapa (Coconut fiber) .......................................... 11
6. Penempatan Arah Serat ............................................................. 13
7. Matrik ........................................................................................ 15
8. Katalis ....................................................................................... 17
9. Resin Epoxy............................................................................... 17
10. Fraksi Volume Komposit ........................................................ 18
ix
11. Perlakuan Alkali ...................................................................... 20
12. Sifat-sifat Mekanik .................................................................. 21
13. Uji Impact Charpy .................................................................. 22
B. Kajian Penelitian yang Relevan ................................................... 27
C. Kerangka Pikir Penelitian ............................................................ 28
BAB III. METODE PENELITIAN
A. Desain Penelitian .......................................................................... 30
B. Alat dan Skema Peralatan Penelitian ............................................ 30
1.Alat Uji Spesimen ...................................................................... 31
C. Spesimen Uji Impact .................................................................... 32
D. Diagram Alir Penelitian ................................................................ 33
E. Proses Penelitian
1. Pembuatan Serat Sabut Kelapa .............................................. 34
2. Pembuatan Serat Kulit Durian ............................................... 35
3. Proses Pembuatan Spesimen .................................................. 35
4. Proses Pengujian
4.1 Pengujian Impact .............................................................. 40
4.2 Uji Foto Mikro ................................................................. 41
F. Teknik Pengumpulan Data
1. Jumlah Kebutuhan Spesimen .................................................. 43
2. Pengujian Bahan ..................................................................... 43
G. Teknik Analisis Data ..................................................................... 44
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil ........................................................................................ 45
2. Pembahasan ............................................................................. 60
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan ............................................................................. 65
2. Saran........................................................................................ 66
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 67
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. 70
x
DAFTAR SIMBOL, SATUAN DAN SINGKATAN
Simbol Arti
ºC Derajat Celcius
º Derajat (sudut)
% Persen
² Kuadrat
³ Kubik
µ Mikron
νƒ volume serat
Vf Fraksi volume serat
Vc Volume komposit
νm Volume matrik
Vm Frkasi volume matrik
mƒ massa serat
�ƒ massa jenis serat
Mm masa matrik
�m masa jenis matrik
α Sudut pendulum sebelum diayunkan
ß1 Sudut setelah pendulum mematahkan spesimen
ß2 Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen
R Panjang lengan pendulum
w Berat pendulum
m Massa pendulum
xi
g percepatan gravitasi
A Luas penampang patahan spesimen
Sin Sinus
Cos Cosinus
V Voltage
Hz Hertz
xii
Satuan Arti
Kg Kilogram
gr Gram
MPa MegaPascal
GPa GigaPascal
gr/cm³ Gram per sentimeter kubik
µm Mikronmili
m Meter
cm Centimeter
cm³ Centimeter kubik
mm Milimeter
mm² Milimeter kuadrat
KJ/m² KiloJoule per meter kuadrat
Kgf/mm² KilogramForce per milimiter kuadrat
N Newton
m/s² Meter per detik kuadrat
N/mm² Newton per milimeter kuadrat
J Joule
xiii
Singkatan Arti
PP Polyprophylene
PE Polyethylene
EATC European Alliance for Thermoplastic Composites
NaOH Natrium Hidroksida
DSF Durian Skin Fibre
PMC Polymer Matrix Composite
PI Polyamide
PS Polysulfone
PEEK Polu Ether Ether Ketone
PPS Polyhenylene Sulfide
CMC Ceramic Matrix Composite
MMC Metal Matrix Composite
MEKPO Metil Ethyl Katon Peroxside
ISO Internasonal Standard Operation
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Komposisi Kimia Pada Kulit Durian dan Serat Kulit Durian ................... 11
2.2 Sifat Mekani Serat Kelapa dan Beberapa Serat Lain ................................ 12
2.3 Spesifikasi Resin Epoxy ............................................................................. 18
3.1 Perhitungan Fraksi Volume Matrik ............................................................ 36
3.2 Jumlah Kebutuhan Spesimen Pengujian Impact ........................................ 43
3.3 Hasil Pengujian Impact Charpy ................................................................ 43
4.1 Data Hasil Nilai Energi Impact Keseluruhan ............................................. 45
4.2 Data Hasil Kekuatan Impact Keseluruhan ................................................. 46
4.3 Signifikansi Perbandingan Nilai Energi Serap Impact .............................. 47
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Penampang Serat Kelapa............................................................................ 13
2.2 Tipe Komposit Serat ................................................................................. 15
2.3 Struktur Kimia Epoxy ................................................................................ 18
2.4 Skema Sudut Kerja Uji Impak Charppy ................................................... 23
2.5 Skema Sudut ß1 dan ß2 ............................................................................. 24
3.1 Mesin Uji Impact ...................................................................................... 31
3.2 Standar ISO 179 – 1 .................................................................................. 32
3.3 Diagram Alur Penelitian ............................................................................ 33
3.4 Skema Peralatan Penelitian ........................................................................ 40
3.5 Alat Uji Struktur Mikro ............................................................................ 42
4.1 Grafik Rata-rata Energi Serap Impact ....................................................... 45
4.2 Grafik Rata-rata Kekuatan Impact ........................................................... 46
4.3 Foto Mikro Variasi Serat Sabut Kelapa 30% ............................................. 53
4.4 Foto MikroVariasi Serat Sabut Kelapa 40% .............................................. 54
4.5 Foto Mikro Variasi Serat Sabut Kelapa 50% ............................................. 54
4.6 Foto Mikro Matrik Resin Epoxy Tanpa Serat ............................................ 55
4.7 Foto Mikro Bumper Mobil ........................................................................ 56
4.8 Penampang Patahan Spesimen Vf 30% .................................................... 57
4.9 Penampang Patahan Spesimen Vf 40% .................................................... 57
4.10 Penampang Patahan Spesimen Vf 50% .................................................. 58
4.11 Penampang Patahan Spesimen resein epoxy tanpa serat .......................... 59
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Dunia automotif merupakan industri yang berkembang sangat pesat, salah
satu hal yang menjadi perhatian adalah pemilihan jenis dan kualitas bahan baku
material untuk pembuatan komponen kendaraan. Pembuatan komponen tersebut
meliputi beberapa jenis material yang menjadi bahan baku utama seperti baja dan
plastik. Komponen bumper dan dashboard mobil menjadi salah satu contohnya,
selama ini bahan baku didominasi oleh penggunaan material plastik berupa
polypropylene (PP) dan polyethylene (PE). Menurut Satoru (2010: 1) “lebih dari
setengah material plastik yang digunakan dalam pembuatan komponen automotif
adalah polypropylene (PP), dikarenakan harganya yang cukup terjangkau dan
memiliki mampu cetak yang baik”. Selain itu, beberapa komponen lainnya dibuat
menggunakan bahan material lain berupa baja.
Beberapa tahun terakhir perkembangan dunia automotif berfokus pada
upaya untuk menurunkan total biaya, terutama biaya operasional kendaraan
dengan cara penurunan berat kendaraan sehingga mengurangi konsumsi bahan
bakar, hal ini berpengaruh besar kepada pemilihan jenis material bahan baku
pembuatan komponen kendaraan yang dipertimbangkan dari sisi berat material
tersebut terhadap berat kendaraan hasil produksi. Para engineer dan perusahaan-
perusahaan manufaktur automotif berlomba-lomba untuk menurunkan berat
kendaraan melalui upaya peningkatan performa material dan subtitusi dengan
material yang lebih ringan (Reinforced Plastics, 2004: 26-32).
2
European Alliance for Thermoplastics Composites (EATC) melaporkan
pada tahun 2010, rata-rata berat mobil ukuran sedang diperkirakan dapat
diturunkan dari 1.400 kg menjadi 1.150 kg dengan pemanfaatan material baru
yang bersifat lebih ringan, dalam hal ini adalah pemanfaatan plastik yang
meningkat 19% dari total berat kendaraan, serta penurunan sebanyak 10% berat
dari subtitusi baja dengan material lain (Reinforced Plastics, 2003: 8). Hal ini
membuka kesempatan bagi material-material lain yang memiliki kemampuan
mekanik yang baik untuk menjadi bahan baku alternatif pembuatan komponen
kendaraan, salah satu diantaranya adalah komposit.
Komposit sendiri saat ini menjadi salah satu material yang diunggulkan
sebagai bahan baku pembuatan komponen kendaraan, khususnya mobil. Bledzki
(2006: 453) menjelaskan bahwa ada banyak perusahaan automotif yang telah
menggunakan komposit berpenguat serat alam untuk berbagai komponen mobil
yang mereka produksi, diantaranya adalah Audi, BMW, FIAT, Opel, Peugeot,
Ford, Mitshubishi, Volkswagen, SEAT, Volvo, Renault dan Rover. Selain beberapa
produsen diatas, komponen pada mobil seri E-Class keluaran Mercedes-Benz
juga menggunakan komposit berpenguat serat alam sebagai bahan material
pembuatan komponen yang mencapai 50 jenis komponen kendaraan. Hal ini
menunjukkan bahwa potensi komposit berpenguat serat alam sebagai bahan
material pembuatan komponen kendaraan sangat besar.
Potensi tersebut menyebabkan penelitian tentang penggunaan serat alam
sebagai bahan penguat pada komposit meningkat pesat. Beberapa jenis serat alam
yang sudah pernah diteliti diantaranya adalah serat sabut kelapa dan serat kulit
3
durian. Wambua (2003: 1261) dalam penelitiannya mengatakan bahwa kekuatan
tarik dan modulus komposit meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi
volume serat sabut kelapa. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa
penambahan serat sabut kelapa sebagai bahan penguat komposit berpengaruh
positif terhadap peningkatan kekuatan mekaniknya. Hasil serupa juga terjadi pada
penambahan serat kulit durian untuk bahan penguat komposit sebagimana
dikemukakan oleh Triono (2010), bahwa penambahan serat kulit durian pada
pengujian kekuatan tarik komposit mempunyai nilai kekuatan yang meningkat
dibandingkan dengan kekuatan komposit yang tidak diperkuat dengan serat kulit
durian.
Hasil dari kedua penelitian di atas menunjukkan bahwa penambahan serat
kulit durian dan serat sabut kelapa meningkatkan kekuatan mekanik komposit,
namun sifat mekanik dari kedua serat masih bisa ditingkatkan dengan berbagai
cara maupun perlakuan. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan
menggabungkan kedua jenis serat sebagai bahan penguat komposit membentuk
komposit serat gabungan atau yang disebut hybrid fiber composite, maka
dimungkinkan akan menghasilkan komposit dengan sifat mekanik baru yang
diharapkan lebih tinggi dibandingkan dengan komposit yang diperkuat dengan
salah satu jenis serat saja. Perbandingan komposisi untuk campuran serat perlu
diteliti dengan mencoba beberapa variasi fraksi volume agar dapat mengetahui
ukuran perbandingan yang menghasilkan kekuatan mekanik tertinggi. Semakin
baik sifat mekanik yang dimiliki oleh suatu komposit maka akan semakin besar
potensi penggunaanya sebagai bahan baku pembuatan komponen kendaraan,
4
karena pada beberapa jenis komponen kendaraan contohnya bumper mobil,
membutuhkan kekuatan impact yang baik sehingga upaya untuk meningkatkan
kekuatan impact komposit perlu dilakukan. Penilitan yang akan dilakukan yaitu
pembuatan komposit dengan bahan penguat berupa dua jenis serat yaitu serat
sabut kelapa dan serat kulit durian yang ditujukan sebagai bahan baku pembuatan
bumper mobil. Pada penelitian ini digunakan resin epoxy sebagai matrik. Agar
penelitian ini lebih terfokus maka peneliti hanya meneliti serat sabut kelapa dan
serat kulit durian yaitu dari variasi penambahan fraksi volume serat pada matriks
resin epoxy, dimana komposisi serat kulit durian ditentukan berdasarkan nilai
awal terjadinya peningkatan sifat mekanik yang signifikan pada hasil uji tarik
penelitian sebelumnya yaitu sebesar 20%. Variasi fraksi volume serat sabut kelapa
sebesar 30%, 40% dan 50% ditentukan berdasarkan penelitian terdahulu dimana
penggunaan serat sebagai penguat komposit yaitu berkisar antara 0% sampai 50%,
sehingga peneliti mengambil 3 variasi tertinggi.
B. Identifikasi Masalah.
Berdasarkan latar belakang di atas, maka identifikasi masalah dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Perlu adanya subtitusi material baja dengan material lain yang lebih ringan
yaitu komposit sebagai bahan baku pembuatan komponen kendaraan
menyebabkan penelitian tentang komposit perlu dilakukan. Salah satu
jenis komposit yang digunakan yaitu komposit berpenguat serat alam.
5
2. Kekuatan mekanik komposit perlu ditingkatkan untuk pemafaatan sebagai
material subtitusi pengganti baja dalam pembuatan komponen kendaraan
3. Perlunya penelitian mengenai perbandingan fraksi volume serat sabut
kelapa dan serat kulit durian sebagai serat gabungan penguat komposit.
C. Pembatasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Serat alam yang digunakan adalah serat sabut kelapa dan serat kulit durian.
2. Pengujian mekanik yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji impact
charpy dan uji struktur mikro.
3. Fraksi volume serat kulit durian yaitu sebesar 20%.
4. Variasi fraksi volume serat sabut kelapa yaitu 30%, 40% dan 50%.
5. Perlakuan alkali menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 5%.
6. Matrik yang digunakan adalah matrik epoxy.
D. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Bagaimana hasil foto mikro komposit campuran serat kelapa dan durian
berbahan matrik epoxy.
2. Bagaimana pengaruh penambahan fraksi volume serat sabut kelapa dan
serat kulit durian terhadap kekuatan impact charpy komposit matrik
epoxy.
6
E. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui hasil foto mikro komposit campuran serat kelapa dan
durian berbahan matrik epoxy.
2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan fraksi volume serat sabut kelapa
dan serat kulit durian terhadap kekuatan impact charpy komposit matrik
resin epoxy.
F. Manfaat Penelitian
1. Menambah pengetahuan dan wawasan baru mengenai peningkatan sifat
mekanik komposit melalui penggunaan dua jenis serat alam yaitu serat
sabut kelapa dan serat kulit durian.
2. Memperoleh data kekuatan impact charpy dari komposit serat sabut kelapa
dan serat kulit durian, sehingga diharapkan dapat digunakan sebagai bahan
baku alternatif ramah lingkungan dan ekonomis dan dapat diterapkan
sebagai pengganti komposit sintetis maupun bahan non komposit.
3. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memperkaaya perkembangan
ilmu pengetahuan dibidang ilmu bahan pembuatan komposit berpenguat
serat alam.
7
BAB II`
KAJIAN PUSTAKA
A. Kajian Teori
1. Komposit
Komposit terdiri dari dua jenis material berbeda yang dibuat pada skala
makroskopik dimana ketika digabungkan akan meningkatkan sifat bahan yang
lebih baik daripada sifat dari masing–masing bahan pembentuknya. “beberapa
sifat dapat diubah dengan membentuk komposit tersebut seperti kekakuan,
kekuatan, reduksi massa, anti korosi, sifat thermal, kelelahan, dan keausan”
(Reddy,1945). Surdia dan Saito (1985: 280) menyatakan bahwa “pada umumnya
bahan komposit adalah kombinasi dari dua atau lebih bahan yang memiliki
sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing–masing komponennya,
berbeda bentuk baik secara fisika maupun kimia dan tidak saling melarutkan
antara materialnya”. Sementara itu, Van Vlack (1985: 591) mengatakan bahwa
“komposit terdiri dari dua (atau lebih) bahan yang berbeda yang membentuk suatu
kesatuan”.
2. Klasifikasi Komposit
Klasifikasi komposit dapat dibentuk dari sifat dan stukturnya. Schwartz,
(1984) dalam Rusmiyatno (2007) menjelaskan bahwa “bahan komposit dapat
diklasifikasikan kedalam beberapa jenis”.
Komposit dapat dibedakan berdasarkan matrik pembentuknya dan jenis
bahan penguatnya.
8
Berdasarkan matrik pembentuknya komposit dibagi menjadi:
1. CMC = Ceramic Matrix Composite
CMC atau komposit keramik yaitu komposit yang menggunakan bahan
keramik sebagai matrik pembentuknya.
2. PMC = Polymer Matrix Composite
PMC atau komposit polimer yaitu komposit yang menggunakan bahan
polimer atau plastik sebagai matrik pembentuknya.
3. MMC = Metal Matrix Composite
MMC atau komposit logam yaitu komposit yang menggunakan bahan
logam sebagai matrik pembentuknya.
Berdasarkan bahan penguatnya (reinforce) komposit dibedakan menjadi:
1. Penguat serat
Komposit Serat (Fibrous Composite)
Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak
keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak
dipakai. Bahan komposit serat tediri dari serat-serat yang diikat oleh
matrik yang saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua
macam, yaitu serat panjang (continuos fiber) dan serat pendek (short fiber
atau whisker). Serat yang digunakan sebagai penguat komposit memiliki
beberapa ketentuan diantaranya mempunyai diameter yang lebih kecil dari
diameter matrik namun harus lebih kuat, dan memiliki tegangan tarik yang
tinggi.
9
2. Penguat Partikuler
Komposit Partikel (Particulate Composite)
Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari
partikel-partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite).
Menurut definisinya, partikelnya berbentuk-beberapa macam seperti bulat,
kubik, tetragonal atau bahkan bentuk-bentuk yang tidak beraturan secara
acak, tetapi secara rata-rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel
umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit
keramik. Bahan komposit partikel pada umumnya lebih lemah dibanding
bahan komposit serat. Bahan komposit partikel mempunyai keunggulan,
seperti ketahanan terhadap aus, tidak mudah retak dan mempunyai daya
pengikat dengan matrik yang baik.
3. Serat Alam / Natural Fiber
Salah satu jenis komposit yang mulai banyak digunakan adalah komposit
dengan penguat berupa serat alam. “Potensi penggunaan komposit berpenguat
serat alam sangat besar dan akan terus meningkat karena memiliki banyak sifat
yang menguntungkan dibandingkan dengan serat sintetis” (Saxena, 2011: 121).
Serat alam merupakan serat yang diperoleh dengan cara memproses bagian
dari hewan, tumbuhan dan mineral. Serat alam dari tumbuhan biasanya didapat
dengan memproses bagian batang, daun, akar dan juga kulit. Contoh serat tersebut
diantaranya adalah rami kasar (flax), rami halus (hemp), goni (jute), kapas
(cotton), kapuk, sabut kelapa (coco fiber) dan serat kulit durian (durian skin
10
fiber). Dalam penelitian ini, serat alam yang akan digunakan adalah serat sabut
kelapa dan serat kulit durian.
4. Serat Kulit Durian (Durian Skin Fiber)
Nur Aimi et al., (2014) menerangkan bahwa buah durian atau yang memiliki
bahasa latin Durio zibethinus murray disebut sebagai raja dari semua buah (king
of fruits) dan menjadi salah satu pendapatan terbesar bagi para petani lokal di
negara Thailand, Malaysia dan Indonesia. Selama ini pemanfaatan durian hanya
dimanfaatkan sebagai tanaman buah sedangkan untuk bagian kulit buah hanya
menjadi limbah, padahal dalam satu buah durian mengandung sekitar 60 – 70%
serat kulit durian / Durian Skin Fiber (DSF).
Manshor et al., (2014) mengungkapkan, dari data yang diambil mentri
pertaniaan dan industri Malaysia, produksi buah durian diperkirakan mencapai
320.164 MT (Metrik Ton). Produksi pada tahun 2013 tersebut 20.000 lebih
banyak dibandingkan tahun sebelumnya. Pada setiap satu buah durian, hanya
sekitar 50-65 % daging buah yang dikonsumsi, itu artinya ada sekitar 45-55 %
yang dianggap sebagai bahan yang terbuang termasuk kulit,biji dan bagian lain.
Kemudian dari 250.000 MT, 60-70% setara dengan 85.000 MT yang terbuang
tersebut dikumpulkan. Pada umumnya, dari 1kg kulit durian yang terbuang,
mengandung 40% serat kulit durian yang dapat dimanfaatkan.
Limbah ini memiliki potensi yang baik untuk dapat dimafaatkan sebagai
bahan produk biomasa melalui penggabungan sebagai pengisi (filler) atau
penguatan kedalam matriks polimer. Penamabahan serat kedalam bahan polimer
11
harus mampu meningkatkan kinerja bahan dasar dan juga mengurangi kepadatan
serta menurunkan biaya akhir produk. Serat kulit durian hampir sama dengan serat
alam lainnya dimana pada serat kulit durian menggandung selulosa, hemiselulosa,
lignin dan komponen lain.
Masrol et al., (2015) meneliti tentang sifat mekanik kimiawi yang dimiliki
oleh kulit durian berserta serat kulit durian. Kandungan kimia pada durian adalah
sebagai berikut:
Tabel 2.1 komposisi kimia pada kulit durian dan serat kulit durian
(Masrol et al., 2015)
Chemical Composition Standard
Dried
durian
peel (%)
Dried
durian peel
fiber (%)
Durian
peel
(%)
Ash content TAPPI-T211-om-93 5,5 4,3 4,35
Alkohol-benzene-
solubilityTAPPI-T211-om-93 13,4 11,5 -
Ethanol-benzene-
solubilityTAPPI-T211-om-93 - - 16,65
Ethanol solubility TAPPI-T211-om-93 - - 2,68
Lignin(ash corrected) TAPPI-T211-om-93 10,9 10,7 15,45
Holocellulose Acid Chlorite’s Browing 47,1 54,2 73,54
a-cellulose TAPPI-T211-om-93 31,6 35,6 60,45
Hemi-cellulose - 15,5 18,6 13,09
5. Serat Sabut Kelapa (Coco Fiber)
Sabut kelapa adalah serat yang diambil dari penutup luar yang berserat dari
buah kelapa dan merupakan tanaman asli daerah tropis. Sabut juga dianggap
sebagai serat biji, meskipun penampilannya serupa dengan serat dari kulit pohon
12
dengan selulosa (sekitar 44%), lignin (45%), pektin dan senyawa terkait (3%),
serta air (5%). Dengan kandungan lignin yang lebih tinggi membuat serat lebih
keras dan kaku.
Serat sabut kelapa memiliki kekuatan dan modulus elastisitas yang rendah
dibandingkan dengan beberapa jenis serat alam lainnya, namun elongasi paling
tinggi diantara serat-serat lainnya seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Sifat mekanik serat kelapa dan beberapa serat lain
(Najib, 2010)
Fiber PropertiesTensile
Strenght(MPa)
Young’s Modulus
(GPa)
Elongation (%)
Density(gr/cm³)
Diameter(µm)
Length(mm)
Ramie bast
1050 61,5 3,6 – 3,8 1,5 – 1,6 40 - 80 6 - 26
Kenaf bast 930 53 1,6 1,4 200 2 - 6
Coco Shell 175 4 - 6 25 1,2
100 -
400-
Sisal leaf 835 9,4 - 22 2 - 4
1,16 –
1,550 - 200 1 -5
Bananabast 540 - 3 1,3 50 - 250 -
Penampang membujur dan penampang melintang dari serat sabut kelapa
ditunjukkan pada Gambar 1.1 dimana ada banyak rongga di dalam serat, dan kira-
kira sepertiga dari sebagian besar serat diisi oleh udara. Udara yang terperangkap
ini menimbulkan ketahanan dari serat, membuat serat dapat terapung di air, dan
meningkatkan waktu yang dibutuhkan untuk air agar dapat menembus serat. Sifat
13
sabut kelapa adalah kurang dapat dipengaruhi oleh kondisi basah dibanding serat
keras lainnya.
Ketebalan serat sabut kelapa membatasi produk yang dapat dibuat oleh sabut
menjadi kasar dan berat. Kekuatan sabut kelapa tidak tinggi,tetapi nilai elongasi
lebih tinggi dibandingkan dengan serat nabati lainnya, hingga 15-40%, juga
kurang rentan terhadap keriput dan rusak karena rongga berisi udara. Sabut kelapa
dapat menahan paparan semua jenis cuaca, sehingga serat praktis untuk digunakan
diluar ruangan.
Gambar 1.1 (a)Penampang membujur , (b)Penampang melintang
(Najib, 2010)
6. Penempatan Arah Serat
Gibson (1994) mengatakan bahwa “untuk memperoleh komposit yang kuat
harus dapat menempatkan serat dengan benar”. Berdasarkan penempatan serat,
terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :
1.Continuous Fiber Composite
Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus,
membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering
14
digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini
dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.
2. Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)
Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan
seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya
yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan akan melemah.
3. Discontinuous Fiber Composite
Discontinuous Fiber Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.
Tipe ini dibedakan lagi menjadi tiga yaitu:
a) Aligned discontinuous fiber
b) Off-axis aligned discontinuous fiber
c) Randomly oriented discontinuous fiber
Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor
biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah
sifat mekanik yang masih di bawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis
serat yang sama.
4. Hybrid Fiber Composite
Merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak.
Tipe ini digunakan supaya dapat mengganti kekurangan sifat dari kedua tipe serat
yang ada dan dapat menggabungkan kelebihannya. Dalam penelitian ini, komposit
yang akan dibuat dibentuk sesuai dengan tipe hybrid dimana komposit merupakan
gabungan dari dua buah serat, dalam hal ini serat yang dgunakan adalah serat
sabut kelapa dan serat kulit durian. Serat sabut kelapa disusun dengan tipe lurus
15
atau continuous sedangkan serat kulit durian disusun dengan tipe acak atau
chopped.
Continuous Fiber Composite Woven Fiber Composite
Randomly oriented discontinuous fiber Hybrid fiber composite
Gambar 2.2 Tipe Komposit serat
(Gibson. 1994)
7. Matrik
Reddy (1945) menjelaskan bahwa “Matrik dalam komposit berfungsi sebagai
bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan
eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser
antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan”. Matrik
memiliki kekuatan yang masing-masing seperti halnya kekuatan pada setiap jenis
serat yang berbeda beda. Matrik dibedakan menjadi 3 jenis berdasarkan fasa
pembentuknya, yaitu:
16
1. PMC (Polymer Matrix Composite)
Merupakan komposit yang menggunakan material polimer sebagai fasa
pengisi matrik. Contoh: Fiberglass dan polymer diperkuat dengan serat
karbon. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam
komposit ada dua macam adalah thermoplastic dan termoset. Thermoplastic
dan termoset ada banyak macam jenisnya yaitu:
a. Thermoplastic
− Polyamide (PI),
− Polysulfone (PS),
− Poluetheretherketone (PEEK),
− Polyhenylene Sulfide (PPS),
− Polypropylene (PP),
− Polyethylene (PE) dll.
b. Thermosetting
− Epoksi,
− Polyester.
− Phenolic,
− Plenol,
− Resin Amino,
− Resin Furan dll.
2. CMC (Ceramic Matrix Composite)
Merupakan komposit yang menggunakan material keramik sebagai fasa
pengisi matrik. Contoh: Karbon/Gelas, Boron
17
3. MMC (Metal Matrix Composite)
Merupakan komposit yang menggunakan material metal sebagai fasa
pengisi matrik. Contohnya: Karbon/Alumunium, Boron/Alumunium.
8. Katalis
Katalis ini digunakan untuk membantu proses pengeringan resin dan serat
dalam komposit. Waktu yang dibutuhkan resin untuk berubah menjadi plastik
tergantung pada jumlah katalis yang dicampurkan. Dalam penelitian ini jenis
katalis yang digunakan adalah katalis jenis metil ethyl katon peroxide (MEKPO)
yang berbentuk cair, berwarna bening. Semakin banyak katalis yang ditambahkan
maka akan semakin cepat proses curringnya, tetapi apabila pemberian katalis
berlebihan maka akan menghasilkan material yang getas ataupun resin bisa
terbakar. Penambahan katalis yang baik 1% dari volume resin. Bila terjadi reaksi
akan timbul panas antara 60 ºC – 90 ºC. Panas ini cukup untuk mereaksikan resin
sehingga diperoleh kekuatan dan bentuk plastik yang maksimal sesuai dengan
bentuk cetakan yang diinginkan.
9. Resin Epoxy
Salah satu jenis matriks sering digunakan adalah resin epoxy. Resin epoxy
mempunyai kegunaan yang luas dalam indutri kimia teknik, mekanik, dan sipil
sebagai bahan perekat, cat pelapis, dan benda-benda cetakan. Selain itu resin
epoxy mempunyai kekuatan yang tinggi, resin epoxy juga mempunyai ketahanan
kimia yang baik.
18
Ethoxyline resins atau yang lebih dikenal dengan resin epoxy memiliki
karakteristik dari 1,2-epoxy grup (I) per molekul Brydson (1999: 744).
O
Rumus molekul : CH CH
Gambar 2.3 Struktur Kimia Epoxy
(Brydson. 1999)
Resin epoxy memiliki beberapa sifat dan ditunjukkan dalam Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Spesifikasi Resin Epoxy
(Rusmiyatno, 2007)
Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal
Massa jenis gr/cm³ 1,17
Penyerapan air (suhu tuang) ºC 0,2
Kekuatan tarik Kgf/mm² 5,95
Kekuatan tekan Kgf/mm² 14
Kekuatan lentur Kgf/mm² 12
Temperatur Pencetakan ºC 90
10. Fraksi Volume Komposit
Dalam proses pembuatan komposit, salah satu yang harus dilakukan sebelum
memulai proses pembuatan komposit adalah menentukan dan menghitung
komposisi matrik dan serat yang akan digunakan. Perbandingan antara matrik
dengan serat akan menentukan karakteristik mekanik dari komposit tersebut
(Matasina M et al. 2014: 51). Umumnya perbandingan tersebut dapat ditunjukkan
H H
19
dalam bentuk fraksi volume serat (νƒ) atau fraksi berat serat (wƒ). Formulasi
kekuatan komposit sering lebih banyak menggunakan fraksi volume serat.
Berthelot J.M (1999: 11-12) mengatakan “fraksi volume serat dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut”.
Rumus menghitung volume serat (νƒ):
νƒ = Vf x Vc ................................................................................................(1.1)
Rumus menghitung volume matrik (νm):
νm = Vm x Vc .............................................................................................(1.2)
Rumus menghitung massa serat (mƒ):
mƒ = νf x �ƒ ...............................................................................................(1.3)
Rumus menghitung massa matrik (mm):
mm = νm x �m ........................................................................................(1.4)
Keterangan:
νƒ = volume serat (cm³)
Vf = Fraksi volume serat (%)
Vc = Volume komposit (cm³)
νm = Volume matrik (cm³)
20
Vm = Frkasi volume matrik (%)
mƒ = massa serat (gr)
�ƒ = massa jenis serat (gr/cm³)
Mm = masa matrik (gr)
�m = masa jenis matrik (gr/cm³)
Analisis teoritis mengenai karakteristik mekanik komposit berdasarkan
pada bahwa ikatan antar matrik dan serat terjadi secara baik, meskipun pada
kenyataanya tidak demikian, karena pergeseran antara deformasi dan muka pasti
terjadi dalam komposit akibat pembebanan.
11. Perlakuan Alkali
Sifat mekanik dan fisik dari komposit yang diperkuat serat tergantung pada
beberapa parameter, salah satunya adalah perlakuan pada serat yaitu perlakuan
alkali (NaOH). Perlakuan NaOH pada serat dilakukan dengan tujuan untuk
membersihkan permukaan serat dari kotoran dan getah yang menempel sehingga
ikatan antar permukaan antara serat dan matrik menjadi lebih baik. Selain
mempunyai banyak keuntungan, serat alam juga memiliki banyak kelemahan,
diantaranya adalah kekuatannya yang rendah khususnya terhadap beban kejut,
kehandalannya juga rendah, tidak tahan pada suhu tinggi, kualitasnya sangat
bervariasi tergantung dari musim, umur, kondisi tanah, dan lingkungan. Untuk
mengatasi kelemahan tersebut, maka serat diberi perlakuan alkali (NaOH)
( Jorhans J.S Nesimnasi et al. 2015: 1-2).
21
Dalam penelitian ini dilakukan proses alkali dengan cara merendam serat
kedalam wadah berisi larutan NaOH konsentrasi 5%. NaOH konsentrasi 5%
dipilih karena “larutan NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut
dalam air dan termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna”
(Nurudin, 2011: 210). Kemudian, waktu perendaman dibedakan antara serat sabut
kelapa dengan serat kulit durian, hal ini dilakukan karena sifat dan karakter kedua
serat tersebut berbeda. Serat sabut kelapa direndam selama 1 jam, pemilihan
waktu perendaman didasarkan pada hasil penelitian yang dilakukan sebelumnya
bahwa perlakuan alkali menggunakan NaOH 5% selama 1 jam memberikan
pengaruh terhadap peningkatan kekuatan mekanik komposit serat sabut kelapa.
Serat kulit durian direndam selama 30 menit dengan asumsi bahwa kekuatan serat
durian dibawah serat sabut kelapa (sabut kelapa lebih kaku) sehingga memerlukan
waktu yang lebih sedikit dibandingkan serat sabut kelapa.
12. Sifat–sifat Mekanik
Sifat mekanik yaitu kemampuan suatu bahan atau material untuk menahan
suatu gaya dari luar baik statis maupun dinamis atau berupa tegangan. Pada saat
menahan beban, struktur molekul berada pada kesetimbangan. Ikatan pada
struktur menahan setiap usaha untuk mengganggu kesetimbangan bahan. Uji
impact merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengetahui ketahanan
spesimen terhadap pembebanan yang diberikan dalam satu waktu tertentu (beban
kejut). Foto mikro merupakan pengujian untuk memeriksa benda uji setelah
mendapat perlakuan dan pengujian lain, juga untuk melengkapi informasi
22
rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi
spesifikasi bahan (Dieter, 1996: 277).
13. Uji Impact Charpy
Kekuatan impact merupakan salah satu jenis dari kekuatan mekanis. (Imron,
2010) mengatakan bahwa “secara umum pengujian impak bertujuan untuk
mengukur keuletan dan kegetasan bahan terhadap beban kejut”. Ada dua metode
pengujian impact yaitu impact charpy dan impact izod. Prinsip uji impact charpy
bertujuan untuk mengetahui tingkat ketahanan atau keuletan suatu bahan. Tenaga
pematahnya yaitu pendulum yang diangkat dengan sudut kurang dari 150º,
sehingga terdapat energi potensial. Pendulum sendiri digunakan untuk memukul
dan mematahkan spesimen. Setelah spesimen patah, bandul berayun kembali dan
nilai kekuatan impact akan dimunculkan pada alat uji impact. Semakin besar
energi yang diserap oleh spesimen, maka semakin rendah kecepatan ayunan
bandul karena membentur spesimen. Hasil uji impact suatu bahan dinyatakan
sebagai energi yang diserap per satuan luas penampang spesimen. Skema sudut
kerja pengujian impact dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut.
Gambar 2.4 Skema sudut kerja uji impact charpy.
(Imron, 2010)
23
Keterangan :
A = Posisi pendulum pada saat diletakkan pada support handle
B = Posisi pendulum pada saat menyentuh spesimen
C = Posisi tertinggi pendulum setelah mematahkan spesimen
α = Sudut pendulum sebelum diayunkan
ß1 = Sudut yang terbentuk setelah pendulum mematahkan spesimen
ß2 = Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen
Besarnya energi potensial yang dibutuhkan pendulum sebelum mematahkan
spesimen adalah energi gesek dan dapat dicari dengan persamaan berikut :
Egesek = m.g.a
Egesek = w.a………………………………………………………...……,(2.1)
a = R – R.sin(90°- ß1)
= R – R.(sin90°cosß1 – cos 90° sin ß1)
= R – R.(1- cos ß1 – 0)
= R(1 – cos ß1) ....................................................................................(2.2)
Egesek = w.a
= w.R(1 – cos ß1) ....................................................................(2.3)
Gambar 2.5 Skema sudut ß1 dan ß2
24
Besarnya energi potensial yang dibutuhkan setelah mematahkan spesimen
adalah energi patah
Epatah = m.g.b
= w.b ........................................................................................(2.4)
b = R – R.sin(90°- ß2)
= R – R.(sin90°cosß2 – cos 90° sin ß2)
= R – R.(1- cos ß2 – 0)
= R(1 – cos ß2) ....................................................................................(2.5)
Epatah = w.a
= w.R(1 – cos ß2) ....................................................................(2.6)
Harga impact = ...................................................(2.7)
Keterangan :
R = panjang lengan pendulum (m)
w = berat pendulum (N)
m = massa pendulum (Kg)
g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)
A = luas penampang patahan spesimen (mm²)
Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang
amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang
salah seperti diskotinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa bersifat sebagai
pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat tegangan ini dapat
menyebabkan material getas (brittle), sehingga patah pada beban di bawah yield
strength.
25
Tujuan penggunaan metode impact charpy seperti diatas adalah :
1. Untuk mengetahui kuat impak bahan pada benda uji.
2. Untuk mengetahui perhitungan impak bahan pada campuran yang berbeda
dari matrik epoxy berbahan serat kulit durian.
Cara melaksanakan uji impak adalah sebagai berikut :
Langkah Kerja
A. Menyiapkan Spesimen
1. Ampelas dan bersihkan permukaan spesimen dari bekas-bekas machining pada
spesimen yang memungkinkan salah ukur.
2. Langkah tersebut untuk seluruh spesimen.
B. Kodifikasi
1. Stamping diambil dan tiap spesimen ditandai dengan kode
C. Pengukuran Dimensi
1. spesimen diambil dan diukur dimensinya (sesuai standar ISO 179 – 1).
2. kode spesimen dan data pengukurannya dicatat pada lembar kerja.
3. Pengukuran diulangi untuk semua spesimen.
D. Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja
Pengujian impak dilakukan pada temperatur kamar
Untuk temperatur kamar, spesimen bisa langsung diuji.
26
E. Pengujian pada Mesin Uji Impact
1. Data mesin dicatat pada lembar kerja.
2. Bandul ditempatkan pada posisi awal untuk pengujian.
3. Spesimen diambil dan diletakkan pada tempatnya secara tepat.
4. Posisi tangan kanan pada pin pengunci beban dan tangan kiri pada rem.
5. Pin pengunci beban ditekan, sehingga bandul meluncur menimpa spesimen.
6. Rem ditekan ketika bandul hendak mengayun untuk yang kedua kalinya.
7. Mengamati dan mencatat besarnya sudut dan besarnya energi yang
ditunjukkan oleh layar.
9. Langkah tersebut diulangi untuk seluruh spesimen.
2. Kajian Penelitian yang Relevan
Triono (2010) melakukan percobaan dengan menggunakan resin epoxy yang
diperkuat dengan serat kulit durian yang divariasikan volumenya yaitu 0%, 20%,
30%, 40% dan 50%. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa setiap
penambahan fraksi volume serat kulit durian mengakibatkan nilai kekuatan tarik
mengalami peningkatan, dengan nilai optimum terjadi pada spesimen dengan
fraksi volume serat kulit durian 50% yaitu sebesar 42,23 N/mm². Nilai kekuatan
tarik terendah terjadi pada spesimen dengan fraksi volume serat kulit durian 0%
(tidak dilakukan penambahan serat) sebesar 16,52 N/mm². Hal ini menunjukkan
perlakuan penambahan serat kulit durian akan meningkatkan kekuatan tarik
komposit resin epoxy.
27
Penelitian tentang penggunaan serat alam gabungan yang dilakukan oleh
(Herwandi et al., 2014) berjudul “Pengaruh Volume Serat Rekel Terhadap
Kekuatan Tarik dan Impact Komposit Sebagai Bahan Pembuatan Dashboard
Mobil” dengan hasil penelitiannya mengatakan bahwa nilai maksimum pengujian
tarik adalah 30,05 Mpa yang berasal dari ukuran panjang serat resam dan serat
kelapa 20 mm dan prosentase volume serat 25% dari komposit. Nilai modulus
elastisitas pada ukuran panjang serat resam dan serat kelapa 20 mm dan
prosentase volume serat 30% dari komposit adalah 2.425 Mpa. Kemudian untuk
nilai regangan yang paling tinggi adalah 1,65% yang berasal dari ukuran panjang
serat resam dan serat kelapa 20 mm dan prosentase volume serat 25% dari
komposit. Nilai maksismum uji impact sebesar 67,8 KJ/m² yang berasal dari
ukuran serat resam dan serat kelapa 20 mm dan prosentase volume serat 35% dari
komposit. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa uji tarik dan uji impak sudah
memenuhi standar plastik yang digunakan pada dashboard mobil.
Dari kedua penelitian terdahulu yang relevan, dapat dilihat bahwa penelitian-
penelitian yang sudah dilakukan belum memperlihatkan hasil kekuatan impact
komposit dengan menggunakan serat alam gabungan berupa serat sabut kelapa
dan serat kulit durian. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh
penambahan serat gabungan kelapa-durian agar diketahui kekuatan impact
komposit matrik epoxy berbahan serat alam gabungan antara serat sabut kelapa
dan serat kulit durian.
28
3. Kerangka Pikir Penelitian
Kerangka berpikir merupakan model konseptual tentang bagaimana teori
berhubungan dengan berbagai faktor yang telah diidentifikasi sebagai hal yang
penting, jadi dengan demikian maka kerangka pikir adalah sebuah pemahaman
yang melandasi pemahaman-pemahaman yang lainnya (Sugiyono, 2010: 60).
Kekuatan yang dimiliki oleh serat yang terdiri dari dua jenis serat yang
berbeda berupa serat panjang dan serat pendek mampu menghasilkan kekuatan
mekanik yang baik karena mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh masing-
masing jenis serat, maka dari itu penelitian yang dilakukan adalah dengan
menggunakan dua jenis serat alam sebagai penguat komposit. Pengujian yang
telah dilakukan adalah pengujian tarik, namun hasil yang ditemukan dalam
pengujian ini adalah kekuatan impact bahan uji. Kekuatan impact belum dapat
diketahui karena belum diujikan.
Sifat dan kekuatan mekanik suatu komposit dapat ditingkatkan dengan
berbagai cara seperti misalnya penambahan penguat berupa serat alam. Serat yang
digunakan bisa terdiri dari satu atau lebih jenis serat alam. Gibson (1994)
mengatakan “kekuatan yang dimiliki oleh serat yang terdiri dari dua jenis serat
yang berbeda berupa serat panjang dan serat pendek mampu menghasilkan
kekuatan mekanik yang baik karena mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh
masing-masing jenis serat, komposit jenis ini dinamakan hybrid fiber composit”.
Penelitian penambahan serat alam yaitu serat sabut kelapa dan serat kulit
durian dilakukan untuk menentukan apakah pemanfaatan serat alam gabungan dan
memberikan variasi fraksi volume yang berbeda antara serat dan matrik dapat
29
berpengaruh terhadap kekuatan impak bahan dengan cara serat alam dibersihkan
lalu dilakukan perendaman pada larutan NaOH 5% selama 1 dan 2 jam (perlakuan
alkali). Setelah kering serat disikat dan diluruskan yang kemudian selanjutnya
dijadikan serat sebagai penguat komposit matrik epoxy. Komposit serat sabut
kelapa dan serat kulit durian ini dapat menambah kekuatan impak sehingga
mampu memberikan informasi di lapangan yaitu dunia industri dan automotif
mengenai pemanfaatan serat alam sebagai bahan penguat komposit.
65
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Fraksi volume serat sabut kelapa sebesar 30%, 40% dan 50% dan fraksi
volume serat kulit durian sebesar 20% berpengaruh terhadap energi serap
impact dan kekuatan impact komposit campuran serat sabut kelapa dan serat
kulit durian berbahan matrik epoxy dengan nilai kekuatan maksimum diperoleh
dari variasi fraksi volume serat sabut kelapa 50%, sehingga dapat diketahui
bahwa semakin besar fraksi volume serat sabut kelapa yang digunakan maka
energi serap impact dan kekuatan impact komposit yang dihasilkan semakin
meningkat.
2. Hasil pengujian foto mikro menunjukkan bahwa perlakuan alkali yaitu
perendaman serat kedalam larutan NaOH berpengaruh terhadap karakterisrik
serat dimana serat alam menjadi lebih bersih dan zat yang menempel pada
permukaan serat seperti selulose menjadi berkurang. Hasil patahan spesimen
uji impact untuk komposit serat campuran serat sabut kelapa dan serat kulit
durian yaitu terjadi fiber pull out pada serat sabut kelapa yang menunjukkan
bahwa beban impact diterima dengan baik oleh serat sebagai penyerap energi,
dimana serat mengalami dampak langsung berupa pembeban dan difokuskan
oleh adanya takikan sehingga ada sedikit serat yang tidak mampu menahan
beban dan akhirnya tertarik keluar matrik.
66
B. Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka saran yang diberikan
guna penelitian selanjutnya yaitu:
1. Pada penelitian yang selanjutnya fraksi volume serat sabut kelapa dapat
divariasikan lagi dengan komposisi diatas 50% untuk mengetahui fenomena
yang terjadi apabila fraksi volume serat sabut kelapa ditambah, apakah terjadi
peningkatan ataukan penurunan terhadap energi serap impact dan kekuatan
impact komposit.
2. Fraksi volume serat kulit durian dapat ditambah untuk melihat pengaruh
dari penambahan fraksi volume serat kulit durian terhadap energi serap impact
dan kekuatan impact komposit.
3. Perlakuan alkali dapat divariasikan lagi baik dari jenis larutan, tingkat
konsentrasi, jumlah larutan maupun lama waktu perendaman untuk mengetahui
bagaimana perlakuan alkali yang tepat untuk meningkatkan karakteristik serat
yaitu serat menjadi kuat dan bersih sehingga ikatan serat dan matrik baik.
67
DAFTAR PUSTAKA
A, J., Brydson. 1999. Plastics Materials (7th
Ed). London: Butterworth
Heinemann Ltd.
Berthelot, J.M. 1999. Composite Materials Mechanical Behavior And Atructural
Anaiysis.
Bledzki A. K., Faruk O., Sperber V.E.. 2006.Cars from biofibers, macromolecular
Materials and Engineering. 291, 449 – 457.
Dieter. 1996. Metalurgi Mekanik. Jakarta: Erlangga.
Gibson, F., R. 1994. Principles of Composite Material Mechanic (International
Edition) . New York: Mc Graw Hill.
Herwandi, Sugianto, Somawardi. 2014. Pengaruh Volume Serat Rekel Terhadap
Kekuatan Tarik dan Impact Komposit Sebagai Bahan Pembuatan
Dashboard Mobil.Seminar Nasional Sains dan Teknologi Fakultas
Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta.
Imron, Muhammad.2010. Kajian Ketahanan Kejut ( Impact) Beton Kertas Pada
Variasi Campuran.Skripsi: Universitas Sebelas Maret.
ISO Standards, 179-1. Plastics – Determination of Charpy Impact Properties,
Berlin, Germany: European Standard (2000).
Jorhans, J., S., Nesimnasi, B. Kristomus, Y. M Pell. 2015. Pengaruh Perlakuan
Alkali (NaOH) Pada Serat Agave Cantula Terhadap Kekuatan Tarik
Komposit Polyester.Jurnal Teknik Mesin: 2/1 : 29 – 38
M,Satoru., W, Tsuyoshi., K, Susumu. 2010. Polypropylene Compounds for
Automotive Applications. Sumitomo Chemical Co., Ltd.
68
Manshor, M.R, H. Anuar, M.N Nur Aimi, M.I Ahmad Fitre, W.B Wan Nazri, S.M
Sapuan, Y.A El-Shekeil, M.U. Wahid . 2013. Mechanical, Thermal and
Morphological Properties of Durian Skin Fibre Reinforced PLA
Biocopmposites. Elsevier B.V.
Matasina M. B. Kristomus, U.t Jahriwan Jasron. 2014. Pengaruh Perendaman
Terhadap Sifat Mekanik Komposit Polyester Berpenguat Serat Buah
Lontar. Internasional Standard Serial Number (ISSN).
Najib, Muhammad. 2010. Optimasi Kekuatan Tarik Komposit Serat Rami
Polyester. Skripsi: Universitas Sebelas Maret
Nawanji, Prasetyo, K. Ari, Wibowo dan Wijoyo. 2013. Kajian Kekuatan Kejut
Biokomposit Serat Serabut Kelapa Sebagai Bahan yang Ramah
Lingkungan. Skripsi : Universitas Negeri Surakarta.
Nur, N Aimi., H.Anuar, M.R. Manshor, W.B. Wan Nazri, S.M. Sapuan. 2014.
Optimizing The Parameters in Durian Skin Fiber Reinforced
Polypropylene Composites by Response Surface Methodology.
Malaysia:Elsevier B.V
Nurudin, Arif. A.Achmad As’ad Sonief, W. Yahdi Atmodjo. Karakteristik
Kekuatan Mekanik Komposit Berpenguat Serat Kulit Waru (Hibicus
Tiliaceus) Kontinyu Laminat Dengan Perlakuan Alkali Bermatriks
Polyester. Rekayasa Mesin: 2/3.
Reddy, J., N. 2004. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells.
Florida: CRC Press LLC.
69
Reinforced Plastics. 2003. Industry News Letters : Thermoplastics Gain Ground
in Auto Market. Elsevier Advanced Technology. Kidlington,
OXFORD,U.K.
Reinforced Plastics. 2004. Industry News Letter : Cars Makers Increase Their
Use of Composites. Elsevier Advanced Technology. Kidlington,
OXFORD, U.K.
Rizal, Shaiful Masrol, H.Mohd Irwan Ibrahim, A. Sharmiza. 2015. Chemi
mechanical Pulping of Durian Rinds.2nd International Materials,
Industrial, and Manufacturing, MIMEC2015, Bali Indonesia. Elsevior.
Rusmiyatno, Fandhy. 2007. Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan
Tarik dan Kekuatan Bending Komposit Nylon/Epoxy Resin. Skripsi :
Universitas Negeri Semarang.
Saxena, M., Pappu, A., Haque, R & Sharma A. 2011. Sisal Fiber Based Polymer
Composites an Their Applications Cellulose Fibers: Bio- and Nano
Polymer Composites. Springer Book ISBN 13 783642173691.
Sugiyono. 2010. Metode Penelitian Pendidikan. Bandung:Alfabeta.
Surdia, Tata. dan Saito, S.1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta. P.T. Pradnya
Triono, 2010.Pengaruh Fraksi Volume Serat dan Resin Epoxy Terhadap Kekuatan
Tarik Komposit Serat Durian. Skripsi: Universitas Negeri Semarang.
Van Vlack, L., H. 1985. Ilmu dan Teknologi Bahan ( 5th
Ed). Bandung: Erlangga.
Wambua P, I. Jan, I.Verpoest. 2003. Natural Fibres: Can They Replace Glass in
Fibre Reinforced Plastics?. Departement of Metallurgy and Materials
Engineering, 44 B-30001 Leuven, Belgium. Elsevier B.V.