divpenhmtmulm.files.wordpress.com · web viewpengaruh variasi fraksi volume terhadap kekuatan...
TRANSCRIPT
PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME TERHADAP KEKUATAN IMPACT SERAT TANDAN KOSONG KELAPA
SAWIT BERMATRIX POLYESTERTUGAS AKHIR
Untuk memenuhi persyaratanmemperoleh gelar sarjana S-1
Oleh :Nama : JumalikNIM : H1F114230
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
BANJARBARU
2016
STRUKTUR ORGANISASI
REKTOR UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
Prof. Dr. H. Sutarto Hadi, M.Si., M.Sc
WAKIL REKTOR UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
Dr. Ahmad Alim Bachri, SE., M.Si
DEKAN FAKULTAS TEKNIK
Dr. Ing. Yulian Firmana Arifin, ST., MT
WAKIL DEKAN III FAKULTAS TEKNIK
Nurhakim, ST., MT
WAKIL DEKAN II FAKULTAS TEKNIK
Maya Amalia, ST., M.Eng
WAKIL DEKAN I FAKULTAS TEKNIK
Dr. Chairul Irawan, ST., MT
DOSEN PENGAMPUH
Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes.
KEPALA PRODI TEKNIK MESIN
Achmad Kusairi S, ST,. MT., MM.
MAHASISWA:
Jumalik H1F114230
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat, hidayah serta kekuatan sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Pengaruh Variasi Fraksi Volume
Terhadap Kekuatan Impact Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Bermatrix
Polyester”
Terwujudnya Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang
telah mendorong dan membimbing penulis, baik tenaga, ide-ide, maupun
pemikiran. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :.
1. Achmad Kusairi S, ST,. MT., MM. selaku Kepala Program Studi Teknik Mesin yang telah menyetujui dan menerima Tugas Akhir penulis.
2. Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes. selaku Dosen Pembimbing yang telah menyediakan waktu selama proses pengajuan judul sampai dengan selesainya pembuatan Tugas Akhir ini.
3. Yth. Bapak/Ibu Dosen selaku dosen di program studi teknik mesin
universitas lambung mangkurat yang telah banyak membimbing proses
pembuatan Tugas Akhir ini.
4. Yth. Seluruh Teman – Teman yang telah banyak membimbing dan
memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
Semoga segala bantuan yang tidak ternilai harganya ini mendapat
imbalan di sisi Allah SWT sebagai amal ibadah, Amin.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan,
oleh karena itu kritik saran yang membangun dari berbagai pihak sangat penulis
harapkan demi perbaikan-perbaikan ke depan. Amin Yaa Rabbal ‘Alamiin
Banjarbaru, Desember 2016
Penulis,
Jumalik
H1F114230
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................. i
HALAMAN IDENTITAS TIM PENGUJI …………………………………..... vi
LEMBAR PENGESAHAN ……………………………………………………. vii
PERNYATAAN ORISINALITAS …………………………………………….. viii
HALAMAN PERUNTUKAN ………………………………………………….. ix
RIWAYAT HIDUP ……………………………………………………………... x
UCAPAN TERIMA KASIH ……………………………………………........... xi
RINGKASAN …………………………………………………………………... xiii
SUMMARY …………………………………………………………………….. xiv
DAFTAR ISI .............................................................................................. xv
DAFTAR TABEL ....................................................................................... xix
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xx
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang …………………………………………........1
1.2. Rumusan Masalah …………………………………………… 3
1.3. Tujuan Penelitian …………………………………………….. 3
1.4. Batasan Masalah …………………………………………….. 3
1.5. Manfaat Penelitian …………………………………………… 4
BAB II TUJUAN PUSTAKA ………………………………………………….. 5
2.1. Landasan Teori ……………………………………………….. 5
2.1.1. Matrik …………………………………………………. ……….7
2.1.2. Resin Polyester ………………………………………. ……….7
2.1.3. Katalis ………………………………………………………….. 9
2.1.4. Wax (Mold Release) ………………………………………….. 9
2.2. Pengertian Material Komposit ……………………………….. 10
2.2.1. Klasifikasi Material Komposit ………………………………… 10
2.2.2. Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Kompenen
Strukturnya ……………………………………………………...11
A. Komposit serat (Fibrous Composites) ……………………….11
B. Komposit Partikel (Particulate Composites) ………………...13
C. Komposit Laminat (Laminates Composites) ………………...14
D. Komposit Serpihan (Flake Composite) ………………………..15
2.2.3. Metode Pembuatan Polimer Matrik Komposit ………………..15
2.2.3.1. Proses Cetakan Terbuka (Open-Mold Process) …….15
2.2.3.1.1. Contact Molding/ Hand Lay Up ……………….15
2.2.3.1.2. Vacuum Bag …………………………………….16
2.2.3.1.3. Pressure Bag ……………………………………17
2.2.3.1.4. Spray-Up …………………………………………17
2.2.3.1.5. Filament Winding………………………………...18
2.2.3.2. Proses Cetakan Tertutup (Closed mold Processes) …19
2.2.3.2.1. Proses Cetakan Tekan (Compression
Molding) …………………………………………..19
2.2.3.2.2. Injection Molding ………………………………...19
2.2.3.2.3. Continuous Pultrusion …………………………..20
2.3. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) ………………………….20
2.3.1. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit …………………..23
2.4. Fraksi Volume ……………………………………………………..23
2.4.1. Metode Fraksi Massa …………………………………………….24
2.4.2. Metode Fraksi Volume ……………………………………………24
2.5. Papan Partikel …………………….............................................25
2.5.1. Pengertian Papan Partikel ………………………………………..25
2.5.2. Kegunaan Papan Partikel …………………………………………27
2.6. Sifat Mekanik Material Komposit Pengujian …………………….28
2.6.1. Pengujian Impact …………………………………………………..28
2.6.2. Pengujian Charpy dan Izzod ……………………………………...30
2.7. Jenis Patahan ………………………………………………………33
2.7.1. Perpatahan Berserat (Fibrous Fracture) ………………………...33
2.7.2. Perpatahan Granular (Kristalin) ………………………………….33
2.7.3. Perpatahan Campuran (Berserat dan Granular) ………………33
BAB III METODE PENELITIAN …………………………………………………...34
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian ……………………………………34
3.1.1. Tempat Penelitian ………………………………………………….34
3.1.2. Waktu Penelitian …………………………………………………...34
3.2. Bahan Dan Alat Penelitian ………………………………………...34
3.2.1. Bahan Penelitian ……………………………………………………34
3.2.2. Alat Penelitian ……………………………………………………….34
3.3. Cara Penelitian ……………………………………………………...35
3.3.1. Persiapan Penelitian ………………………………………………..35
3.4. Pelaksanaan Penelitian …………………………………………….37
3.5. Mitode Pembuatan Papan Partikel Komposit ……………………38
3.5.1. Perlakuan Tandan Kelapa Sawit ………………………………….38
3.5.2. Cetakan ………………………………………………………………38
3.5.3. Proses Pembuatan Benda Uji/Spesimen Yang
Menggunakan Resin Polyester …………………………………….39
3.5.4. Variabel Penelitian …………………………………………………..40
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN …………………………......
41
4.1. Data Hasil Penelitian ………………………………………………..41
4.1.1. Pengujian Kekuatan Impact Komposit …………………………….41
4.2. Pembahasan Data Hasil Penelitian ………………………………..49
4.3. Perbandingan Uji Impact Komposit .............................................51
BAB V PENUTUP …………………………………………………………………….
53
5.1. Kesimpulan …………………………………………………………..53
5.2. Saran ………………………………………………………………....53
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………………
54
LAMPIRAN ……………………………………………………………………………57
DAFTAR TABEL
2.1. Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin seri Yucalac
157®BQTN-EX ……………………………………………………………….7
2.2. Komposisi Senyawa Kandungan Dalam Tandan Kosong
Kelapa Sawit ………………………………………………………………….22
3.1. Variasi Komposisi Papan Partikel Tandan Kosong Kelapa
Sawit Dengan Perekat ……………………………………………………….38
3.2. Campuran Resin Dan Serat Tandan Kosong ……………………………..39
4.1. Tabel Data Pengujian Impact Komposit …………………………………...41
4.2. Tabel Data Perbandingan Pengujian Impact Komposit ..........................51
DAFTAR GAMBAR
2.1. Tipe komposit serat (a) Continous fiber composite (b) Woven fiber
composite (c) Discontinuous Fiber Composite (d) Hybrid composite
(Imra, 2009; Budinski, 1995) ………………………………………………..12
2.2. Particulate Compos (Jacobs, 1994) ………………………………………..13
2.3. Laminated Composites (Jacobs, 1994) ……………………………………14
2.4. Proses Pencetakan dengan Contact Molding/Hand Lay-Up
(Smith, 1996) ………………………………………………………………….16
2.5. Proses Pencetakan dengan Vacuum Bag (Jacobs, 1994) ………………16
2.6. Proses Pencetakan dengan Pressure Bag (Jacobs, 1994) ……………...17
2.7. Proses Pencetakan dengan Spray-Up (Smith, 1996) …………………….17
2.8. Proses Pencetakan dengan Filament Winding (Smith, 1996) …………...18
2.9. Proses Pencetakan dengan Compression Molding (Callister, 1991) …...19
2.10. Proses Pencetakan dengan Injection Molding (Jacobs, 1994) ………….20
2.11. Proses Pencetakan dengan Continuous Pultrusion (Callister, 1996) …..20
2.12. Tandan Kosong Kelapa Sawit ………………………………………………21
2.13. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Pupuk
Kompos Dan Komposit ……………………………………………………..23
2.14. Bumper Kendaraan Roda Empat …………………………………………25
2.15. Skematik pengujian impak dengan benda material (a)
pengujian impact dengan metode izzod (b)
pengujian impact dengan pengujian charpy (c) Alat yang di
gunakan untuk pengujian impact (d) ………………………...... ……29
2.16. Skema Pembebanan impak pada benda uji charpy (a) dan Izzod (b) ….32
2.17. Spesifikasi Spesimen Uji Impact ASTM D256-00
Sumber (Unila, 2010) ………………………………………………………33
4.1. Pengaruh Variasi Fraksi Volume Terhadap Energi Impact Komposit …..43
4.2. Pengaruh Variasi Fraksi Volume Terhadap Harga Impact Komposit …44
4.3. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 60:40 ………………….45
4.4. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 50:50 ………………….46
4.5. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 80:20 ………………….47
4.6. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 70:30 ………………….48
4.7. Perbandingan Kekuatan Uji Impact Komposit .........................................51
DAFTAR TABEL
2.3. Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin seri Yucalac
157®BQTN-EX ……………………………………………………………….7
2.4. Komposisi Senyawa Kandungan Dalam Tandan Kosong
Kelapa Sawit ………………………………………………………………….22
3.3. Variasi Komposisi Papan Partikel Tandan Kosong Kelapa
Sawit Dengan Perekat ……………………………………………………….38
3.4. Campuran Resin Dan Serat Tandan Kosong ……………………………..39
4.3. Tabel Data Pengujian Impact Komposit …………………………………...41
4.4. Tabel Data Perbandingan Pengujian Impact Komposit ..........................51
DAFTAR GAMBAR
2.18. Tipe komposit serat (a) Continous fiber composite (b) Woven fiber
composite (c) Discontinuous Fiber Composite (d) Hybrid composite
(Imra, 2009; Budinski, 1995) ………………………………………………..12
2.19. Particulate Compos (Jacobs, 1994) ………………………………………..13
2.20. Laminated Composites (Jacobs, 1994) ……………………………………14
2.21. Proses Pencetakan dengan Contact Molding/Hand Lay-Up
(Smith, 1996) ………………………………………………………………….16
2.22. Proses Pencetakan dengan Vacuum Bag (Jacobs, 1994) ………………16
2.23. Proses Pencetakan dengan Pressure Bag (Jacobs, 1994) ……………...17
2.24. Proses Pencetakan dengan Spray-Up (Smith, 1996) …………………….17
2.25. Proses Pencetakan dengan Filament Winding (Smith, 1996) …………...18
2.26. Proses Pencetakan dengan Compression Molding (Callister, 1991) …...19
2.27. Proses Pencetakan dengan Injection Molding (Jacobs, 1994) ………….20
2.28. Proses Pencetakan dengan Continuous Pultrusion (Callister, 1996) …..20
Tandan Kosong Kelapa Sawit ………………………………………………. ……21
2.29. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Pupuk
Kompos Dan Komposit ………………………………………………………23
2.30. Bumper Kendaraan Roda Empat …………………………………………25
2.31. Skematik pengujian impak dengan benda material (a)
pengujian impact dengan metode izzod (b)
pengujian impact dengan pengujian charpy (c) Alat yang di
gunakan untuk pengujian impact (d) …………………………….........29
2.32. Skema Pembebanan impak pada benda uji charpy (a) dan Izzod (b) ….32
2.33. Spesifikasi Spesimen Uji Impact ASTM D256-00
Sumber (Unila, 2010) ………………………………………………………33
4.8. Pengaruh Variasi Fraksi Volume Terhadap Energi Impact Komposit …..43
4.9. Pengaruh Variasi Fraksi Volume Terhadap Harga Impact Komposit …44
4.10. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 60:40 ………………….45
4.11. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 50:50 ………………….46
4.12. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 80:20 ………………….47
4.13. Patahan Pada Komposit Dengan Fraksi Volume 70:30 ………………….48
4.14. Perbandingan Kekuatan Uji Impact Komposit .........................................51
BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kelemahan bahan polyester sebagai matrix pada suatu komposit adalah
memiliki sifat getas untuk itu perlu penambahan serat sehingga meningkatkan
sifat keuletannya (mechanical properties meningkat).Dalam dunia industri
otomotif pemakaian bahan serat alam ( natural fiber) sudah biasa dipergunakan
seperti PT Toyota di Jepang telah memanfaatkan bahan komposit berpenguat
serat kenaf sebagai komponen panel interior mobil. Selain itu, produsen mobil
Daimler Benz telah memanfaatkan serat abaca sebagai bahan penguat bahan
komposit untuk dashboard, karena serat alam memiki sifat ekonomis dan ramah
lingkungan.
Material komposit umumnya dipahami sebagai sebuah material gabungan
antara sebuah matrik dan satu atau beberapa penguat (reinforced), dengan sifat
berbeda satu dengan yang lain. Hasil penggabungan ini menghasilkan material
baru dengan sifat yang berbeda dari material awal. Sejauh ini pengembangan
material komposit sudah mendapatkan berbagai jenis komposit dengan
beberapa pengelompokan sesuai klasifikasi komposit. Salah satu jenis komposit
yang diketahui adalah komposit dengan penguat berbahan serat (fibre reinforced
composites). Pengembangan beberapa jenis bahan polimer untuk resin komposit
juga mengakibatkan penelitian tentang komposit semakin bervariasi sebagai
bahan matrik komposit. Selain fungsi utama dari resin sebagai pengikat
persyaratan lain tahan terhadap air dan zat kimia, kuat dan ringan, serta murah.
(Imra, 2009; Jacob, 1994)
Penelitan tentang komposit berbasis serat dan papan partikel sangat
beragam. Mulai dari variasi jenis matrik, partikel dan serat. Penelitian juga
berkembang sesuai dengan yang diperlukan dan kegunaanya. Komposit dengan
penguat serat alam dan papan partikel ini semakin intensif dikembangkan. Ini
berkaitan dengan meluasnya penggunaan komposit pada berbagai bidang
kehidupan serta tuntutan penggunaan material yang murah, ringan, sifat mekanik
yang kuat dan tidak korosif. Sehingga dapat menjadi bahan alternatif selain
logam. Mulai dari yang sederhana seperti alat-alat rumah tangga sampai sektor
industri baik industri skala kecil maupun industri skala besar. Selain itu juga
bahan komposit telah digunakan dalam industri pesawat terbang, otomotif,
maupun untuk alat-alat olahraga (Imra, 2009; Budinski, 1995).
Beberapa keistimewaan tandan kosong kelapa sawit serat sebagai bahan
baru komposit alam yang ramah lingkungan dan mendukung gagasan
pemanfaatan serat yang mempunyai nilai ekonomis dan menghasilkan material
yang berkualitas. Untuk mewujudkan hal tersebut maka perlu dilakukan
penelitian limbah tandan kosong kelapa sawit aplikasi pembuatan bumper
kendaraan roda empat.
Oleh karena itu dari latar belakang masalah tersebut perlu diadakan
penelitian yang berhubungan dengan material, dengan mengambil judul
penelitian “Pengaruh Penambahan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
Terhadap Uji Impact Dengan Matrix Polyester Aplikasi Bumper Kendaraan Roda
Empat”
1.2. Rumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, dapat diperoleh pokok permasalahan, yaitu :
1. Bagaimana pengaruh fraksi volume serat tandan kosong kelapa sawit
bermatrik polyester terhadap beban impact ?
2. Bagaimanakah jenis patahan yang dihasilkan uji impact yang didapat
pada komposit serat tandan kosong kelapa sawit bermatrik
polyester ?
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh fraksi volume serat tandan kosong kelapa
sawit bermatrik polyester terhadap beban impact.
2. Mengetahui jenis patahan impact dengan foto makro serat tandan
kosong kelapa sawit bermatrik polyester.
1.4. Batasan Masalah
Pembuatan material komposit dari tandan kosong kelapa sawit yang
dilakukan dalam penelitian ini dibatasi terhadap beberapa hal :
1. Pembahasan dilakukan pada hal-hal yang hanya berkaitan dengan
pembuatan komposit tandan kosong kelapa sawit.
2. Perbandingan fraksi volume yang digunakan adalah 50%, 60%,
70%, dan 80% polyester dibanding serat tandan kosongkelapa
sawit.
3. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian impact dengan foto
makro.
1.5. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Memberikan alternatif lain dalam pemilihan dan penggunaan bahan
baku atau komponen utama pembuatan papan partikel yaitu dengan
menggunakan serat tandan kosong kelapa sawit sebagai pengganti
serat material.
2. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan data tambahan
mengenai material baru terutama dibidang papan partikel komposit
yang berasal dari tumbuhan yaitu buah kelapa sawit.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1. Landasan Teori
Penelitian yang dilakukan oleh Karnani et. Sl., 1997 bahwa kekuatan tarik
komposit serat alam kenaf polipropilene dengan penambahan maleic anhydride
grafited polipropilene (MAPP) 2% dengan panjang serat 1,58 cm. Kekuatan tarik
komposit kenaf PP tanpa MAPP pada prosentase berat (20,40,60%) adalah 26,9
MPa, 27,1 MPa dan 27,4 MPa. Pada penambahan prosentase berat yang sama,
penambahan MAPP mampu meningkatkan kekuatannya menjadi 32,7 MPa, 41,3
MPa dan 53,8 MPa.(Karnani et. Sl., 1997)
Penelitian juga dilakukan oleh Rowel et al., 1999 yang meneliti komposit
serat alam kenaf yang dipotong sepanjang 1 cm dengan matrik polipropilene
yang dihasilkan bahwa kekuatan dan modulus tarik komposit memiliki nilai
mechanical properties lebih tinggi dibanding bahan yang berasal dari
polipropilene saja. Dan nilai itu dapat ditingkatkan lagi dengan penambahan
maleic anhydride grafited polipropilene (MAPP) sebagai coupling agent. MAPP
ini berfungsi meningkatkan kompatibilitas dan adhesive antara matrix dengan
serat. Pada fraksi berat 60% kekuatan tarik komposit kenaf-PP tanpa dan
dengan MPP 2% adalah 3,5 MPa dan 7,5 MPa.(Rowel et al., 1999)
Dari hasil penelitian diatas dapat diperoleh informasi bahwa komposit
kenaf acak panjang dengan matrik unsaturated polyester (UPRs) dengan
melakukan penambahan panjang serat akan meningkatkan sifat mekanis lebih
dari komposit. Hal ini juga dibenarkan oleh (Gibson, 1994) yang menyatakan
bahwa salah satu factor yang mempengaruhi kekuatan dari komposit adalah
jenis serat dan matrik. Pasangan matrik dan serat yang baik akan menentukan
kualitas komposit tersebut. Faktor lain yang berpengaruh pada kekuatan
komposit adalah diameter serat, panjang serat, orientasi sudut serat, distribusi
serat, dan kandungan serat. (Gibson, 1994)
Jamasri (2005) melakukan penelitian komposit serat buah sawit acak
bermatrik polyesteri . Limbah serat sawit dicuci dengan air dan dikeringkan
secara alami di dalam ruangan. Untuk mengetahui kandungan air serat dilakukan
dengan pemanasan dalam oven pada suhu 62oC. Serat dengan diameter 1 mm
dengan panjang 4-6 cm dipergunakan sebagai penguat pada komposit dengan
matrik unsaturated polyester dengan resin 157 BQTN (UPRs) dan 1% (w/w)
hardened metil etil keton peroksid (MEKPO). Pembuatan komposit dilakukan
dengan metode cetak tekan untuk variasi fraksi berat. Sedangkan harga modulus
dan regangan patah untuk fraksi berat sampai 30% tidak memberikan
peningkatan yang signifikan dan terjadi peningkatan fraksi diatas 36%.(Jamasri,
2005)
Arif (2008) meneliti pengaruh fraksi volume serat kelapa pada komposit
matrik poliyester terhadap kekuatan tarik, impak dan bending dengan
mempersiapkan serat kelapa dengan panjang 1 cm dengan panjang 1 cm. Serat
kelapa dengan panjang 1 cm matrik polyester dengan variasi fraksi volume serat
sebesar 5%, 10%, 20% dan 30%. Dari hasil pengujian didapatkan uji tarik terbaik
3,63 kg/mm2 pada 3,18 Kg/mm2 , pada fraksi volume 30% juga diperoleh nilai
impact sebesar 2,61 J/m2. (Arif, 2008)
2.1.1. Matrik
Material komposit terdiri dari matrik dan filler (pengisi). Matrik diartikan
sebagai material pengikat antara serat atau partikel namun tidak terjadi reaksi
kimia dengan bahan pengisi. Secara umum matrik berfungsi sebagai pengikat
bahan pengisi, sebagai penahan dan pelindung serat dari efek lingkungan dari
kerusakan baik kerusakan secara mekanik maupun kerusakan akibat reaksi
kimia, serta untuk mentransfer beban dari luar ke bahan pengisi.
2.1.2. Resin Polyester
Unsaturated Polyester Resin (UPR) merupakan jenis resin termoset atau
lebih populernya sering disebut polyester saja. UPR berupa resin cair dengan
viskositas yang cukup rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan
katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin
termoset lainnya.
Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang digunakan dalam penelitian ini
adalah seri Yukalac 157® BQTN-EX Series, dimana memiliki beberapa
spesifikasi sendiri, yaitu :
Tabel 2.1 Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin seri Yucalac 157®BQTN-EX
Item Satuan Nilai Tipikal Catatan
Berat jenis - 1,215 250C
Kekerasan - 40 Barcol/GYZJ 934-1
Suhu distorsi
panas
0C 70
Penyerapan air % 0,188 24 jam
Suhu ruangan % 0,466 7 hari
Kekuatan
Fleksural
Kg/mm2 9,4 -
Modulus Fleksural Kg/mm2 300 -
Daya rentang Kg/mm2 5,5 -
Modulus rentang Kg/mm2 300 -
Elongasi % 2,1 -
(Sumber : Justus, 2001 dalam nurmalita, 2010)
Polyester juga digunakan untuk membuat botol, film, tarpaulin, kano,
tampilan kristal cair, hologram, penyaring, saput (film) dielektrik untuk
kondensator, penyekat saput buat kabel dan pita penyekat. Polyester kristalin
cair merupakan salah satu polimer kristalin cair yang digunakan industri yang
pertama dan digunakan karena sifat mekanis dan ketahanan terhadap panasnya.
Kelebihan itu penting dalam penggunaannya sebagai segel mampu kikis dalam
mesin jet. Polyester keras panas (thermosetting) digunakan sebagai bahan
pengecoran, dan resin polyester chemosetting digunakan sebagai resin pelapis
kaca serat dan dempul badan mobil yang non logam. Polyester tak jenuh yang
diperkuat kaca serat banyak digunakan dalam bagian badan dari kapal pesiar
serta mobil. Polyester digunakan pula secara luas sebagai penghalus (finish)
pada produk kayu berkualitas tinggi seperti gitar, piano, dan bagian dalam
kendaraan / perahu pesiar. Perusahaan Burns London, Rolls-Royce, dan
Sunseeker merupakan salah satu perusahaan yang memakai polyester untuk
memperhalus produk-produk mereka. Sifat-sifat tiksotropi dari polyester yang
bisa dipakai sebagai semprotan membuatnya ideal untuk digunakan pada kayu
gelondongan bijian-terbuka, sebab mampu mengisi biji kayu dengan cepat,
dengan ketebalan saput yang terbentuk dengan kuat per lapisan. Polyester yang
diawetkan bisa diampelas dan dipoleskan ke produk akhir. Polyester yang
digunakan dalam penelitian ini adalah polyester tak jenuh seri Yucalac
157®BQTN-EX yang umum ada dipasaran dengan spesifikasi seperti ditampilkan
dalam Tabel 2.1
2.1.3. Katalis
Katalis adalah zat yang ditambahkan kedalam suatu reaksi dengan
maksud memperbesar kecepatan reaksi. Katalis merupakan bahan berbentuk
cairan jernih berbau menyengat. Fungsinya sebagai katalisator agar resin lebih
cepat mengeras. Penambahan katalis ini cukup sedikit saja tergantung pada
jenis resin yang digunakan. Selain itu umur resin juga mempengaruhi jumlah
katalis yang digunakan. Artinya resin yang sudah lama dan mengental akan
membutuhkan katalis lebih sedikit bila dibandingkan dengan resin baru yang
masih encer. Zat kimia ini biasanya dijual bersama dengan dengan resin. Katalis
dicampurkan ke dalam resin sesuai perhitungan yang telah ditentukan sebanyak
1 % dari volume resin, ( Syarief, 2011 )
2.1.4. Wax (Mold Release)
Wax (Mold Release) Bahan ini sepintas mirip mentega/keju ketika masih
di dalam wadahnya. Berfungsi sebagai pelicin pada tahap pencetakan dan agar
resin tidak menempel pada cetakan.
2.2. Pengertian Material Komposit
Komposit adalah suatu material yang terdiri dari campuran atau kombinasi
dua atau lebih material baik secara mikro atau makro, dimana sifat material yang
tersebut berbeda bentuk dan komposisi kimia dari zat asalnya (Smith, 1996).
Pendapat lain mengatakan bahwa komposit adalah sebuah kombinasi material
yang berfasa padat yang terdiri dari dua atau lebih material secara skala
makroskopik yang mempunyai kualitas lebih baik dari material pembentuknya
(Imra, 2009; Jacob, 1994).
Jenis material pembentuk komposit dapat dikelompokkan ke dalam empat
bagian, yaitu:
1. Matrik
2. Material penguat (reinforcement)
3. Material pengisi (filler)
4. Material penambah (additive)
Karena itu semakin banyak pengetahuan tentang bahan pembentuk
termasuk interaksi di antaranya, akan sangat membantu dalam menciptakan
produk komposit yang mempunyai kemampuan maksimal. Sebaliknya, bila
kurang cermat dalam pemilihan bahan akan sangat merugikan.
2.2.1. Klasifikasi Material Komposit
Secara umum diklasifikasikan atas tiga macam yaitu, (Imra, 2009).
1. Metal Matrix Composites (MMCs),
2. Polymer Matrix Compsites (PMCs) dan
3. Ceramics Matrix Coposites (CMCs)
Perbedaan ketiganya adalah matrik yang digunakan sesuai dengan
namanya yaitu matrik logam, polimer, dan keramik. MMCs yang umum
digunakan adalah aluminium paduan dengan fiber boron atau Silicon Carbide,
sedangkan PMCs yang umum digunakan adalah polimer dari jenis
thermosetting. Untuk CMCs biasanya digunakan Si3N4 dan Al2O3.
2.2.2. Klasifikasi Komposit Berdasarkan Bentuk Kompenen Strukturnya
Secara garis besar komposit diklasifikasikan menjadi tiga :
A. Komposit serat (Fibrous Composites)
Secara alami serat yang panjang mempunyai kekuatan yang lebih
dibanding serat yang berbentuk curah (bulk). Merupakan jenis komposit yang
hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat
berupa serat/fiber. (fibers glass, carbon fibers, aramid fibers/polyaramide dan
sebagainya). Serat disusun secara acak atau dengan orientasi tertentu bahkan
bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
Kebutuhan akan penempatan serat dan arah serat yang berbeda pada
gambar 2.1 menjadikan komposit diperkuat serat dibedakan lagi menjadi
beberapa bagian diantaranya (Jacobs, 1994).
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 2.1. Tipe komposit serat (a) Continous fiber composite. (b) Woven
fiber composite (c) Discontinuous Fiber Composite (d) Hybrid composite
(Imra, 2009; Budinski, 1995)
a) Continous fiber composite (komposit diperkuat dengan serat continue)
Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan
lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering
digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan.
Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.
b) Woven fiber composite (komposit diperkuat dengan serat anyaman).
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. Komposit terdiri dari lapisan matrik diikuti lapisan
susunan serat anyaman.
c) Discontinuous Fiber Composite
Komposit dengan serat pendek, 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 dibawah
dari penguatan dengan serat lurus pada jenis serat yang sama.
d) Hybrid fiber composite
Merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak.
Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua
tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
B. Komposit Partikel (Particulate Composites)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel serbuk penguatnya dan
terdistribusi secara merata dalam matriknya. Bahan penguat dimensinya kurang
lebih sama, seperti bulat serpih, balok, serta bentuk- lainnya yang memiliki
sumbu hampir sama, yang kerap disebut partikel, dan terbuat dari satu atau lebih
material yang dibenamkan dalam suatu matrik dengan material yang berbeda.
Gambar 2.2 Particulate Compos (Jacobs, 1994)
Partikelnya bisa logam atau non logam (Gambar 2.2). Selain itu ada pula
polimer yang mengandung partikel yang hanya dimaksudkan untuk
memperbesar volume material dan bukan untuk kepentingan sebagai
bahan penguat (Jacobs, 1994)
C. Komposit Laminat (Laminates Composites)
Terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap
lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri. Komposit ini terdiri dari bermacam-
macam lapisan material dalam satu matrik. (Jacobs, 1994) seperti :
1. Bimetal adalah lapis dari dua buah logam yang mempunyai koefisien ekspansi
thermal yang berbeda. Bimetal akan melengkung seiring dengan berubahnya
suhu sesuai dengan perancangan, sehingga jenis ini sangat cocok untuk alat
ukur suhu.
2. Pelapisan logam. Pelapisan logam yang satu dengan yang lain dilakukan
untuk mendapatkan sifat terbaik dari keduanya.
3. Kaca yang dilapisi. Konsep ini sama dengan pelapisan logam. Kaca yang
dilapisi akan lebih tahan terhadap cuaca.
4. Komposit lapis serat. Dalam hal ini lapisan dibentuk dari komposit serat dan
disusun dalam berbagai orientasi serat. Komposit jenis ini biasa digunakan
untuk panel sayap pesawat dan badan pesawat.
Gambar 2.3. Laminated Composites (Jacobs, 1994)
D. Komposit Serpihan (Flake Composite)
Komposit serpihan terdiri atas serpihan-serpihan yang saling menahan
dengan mengikat permukaan atau dimasukkan ke dalam matriks. Pengertian dari
serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan
dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar permukaannya.
Sifat- sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar
dan datar sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu
bahan penguat yang tinggi untuk luas penampang lintang tertentu. Pada
umumnya serpihan-serpihan saling tumpang tindih pada suatu komposit
sehingga dapat membentuk lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi
kerusakan mekanis karena penetrasi atau perembesan.
2.2.3. Metode Pembuatan Polimer Matrik Komposit
Pada bagian ini akan dibahas beberapa cara pembuatan komposit
dengan matrik polimer.
2.2.3.1. Proses Cetakan Terbuka (Open-Mold Process)
2.2.3.1.1. Contact Molding/ Hand Lay Up
Resin dituangkan diatas serat didalam rongga cetakan seperti Gambar 2.4
dengan cara manual. Resin langsung berkontak dengan udara, biasanya proses
pencetakan dilakukan pada temperatur kamar.
Gambar 2.4 Proses Pencetakan dengan Contact Molding/Hand Lay-Up (Smith, 1996)
2.2.3.1.2. Vacuum Bag
Gambar 2.5 Proses Pencetakan dengan Vacuum Bag (Jacobs, 1994)
Menggunakan pompa vacuum (Gambar 2.5) untuk menghisap udara
yang ada dalam wadah tempat diletakkannya komposit yang akan dilakukan
proses pencetakan. Udara yang ada diluar penutup plastic akan menekan kearah
dalam. Hal ini akan menyebabkan udara yang terperangkap dalam specimen
komposit akan dapat diminimalkan.
2.2.3.1.3. Pressure Bag
Memiliki kesamaan dengan metode vacuum bag, namun cara ini tidak
memakai pompa vakum tetapi menggunakan udara atau uap bertekanan yang
dimasukkan malalui suatu wadah elastis (Gambar 2.6). Wadah elastis ini yang
akan berkontak pada komposit yang akan dilakukan proses.
Gambar 2.6 Proses Pencetakan dengan Pressure Bag (Jacobs, 1994)
2.2.3.1.4. Spray-Up
Gambar 2.7 Proses Pencetakan dengan Spray-Up (Smith, 1996)
Proses spray-up dilakukan dengan cara penyemprotan serat (fibre) yang telah
melewati tempat pemotongan (chopper). Sementara resin yang telah dicampur
dengan katalis juga disemprotkan secara bersamaan (Gambar 2.7). Wadah
tempat pencetakan spray- up telah disiapkan sebelumnya.
2.2.3.1.5. Filament Winding
Fiber tipe roving atau single strand dilewatkan melalui wadah yang berisi
resin (Gambar 2.8), kemudian fiber tersebut akan diputar sekeliling mandrel yang
sedang bergerak dua arah, arah radial dan arah tangensial. Proses ini dilakukan
berulang, sehingga cara ini didapatkan lapisan serat dan fiber sesuai dengan
yang diinginkan.
Gambar 2.8 Proses Pencetakan dengan Filament Winding (Smith, 1996)
2.2.3.2. Proses Cetakan Tertutup (Closed mold Processes)
2.2.3.2.1. Proses Cetakan Tekan (Compression Molding)
Gambar 2.9 Proses Pencetakan dengan Compression Molding (Callister, 1991)
Proses cetakan ini menggunakan hydraulic sebagai penekannya. Fiber yang
telah dicampur dengan resin dimasukkan ke dalam rongga cetakan, kemudian
dilakukan penekanan dan pemanasan (Gambar 2.9).
2.2.3.2.2. Injection Molding
Fiber dan resin dimasukkan kedalam rongga cetakan bagian atas, kondisi
temperatur dijaga supaya tetap dapat mencairkan resin. Resin cair beserta fiber
akan mengalir ke bagian bawah, kemudian injeksi dilakukan oleh mandrel ke
arah nozel menuju cetakan (Gambar 2.10)
Gambar 2.10 Proses Pencetakan dengan Injection Molding (Jacobs, 1994)
2.2.3.2.3. Continuous Pultrusion
Gambar 2.11 Proses Pencetakan dengan Continuous Pultrusion (Callister, 1996)
Fiber jenis roving dilewatkan melalui wadah berisi resin, kemudian secara
kontinu dilewatkan ke cetakan pra cetak dan diawetkan (cure), kemdian
dilakukan pengerolan sesuai dengan dimensi yang diinginkan (Gambar 2.11)
2.3. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS)
Saat ini perkebunan kelapa sawit telah menyebar di 22 propinsi, yang
pada tahun 2010 luasnya mencapai 8,3 juta Ha, yang mana sekitar 41%
merupakan perkebunan rakyat (Ditjenbun, 2012). Semakin luasnya perkebunan
kelapa sawit akan diikuti dengan peningkatan produksi dan jumlah limbah kelapa
sawit. Dalam proses produksi minyak sawit, TKKS merupakan limbah terbesar
yaitu sekitar 23% tandan buah segar (TBS). Komponen utama limbah pada
kelapa sawit ialah selulosa dan lignin, sehingga limbah ini disebut sebagai limbah
lignoselulosa (Widiastuti dan Tri, 2007). Dalam satu ton kelapa sawit, terdapat
230-250 kg tandan kosong kelapa sawit, 130-150 serat, 65 kg cangkang dan 55-
60 kg biji dan 160-200 kg minyak mentah (Fauzi, 2005).
Contoh gambaran, apabila sebuah pabrik kelapa sawit dengan kapasitas
30 ton/jam akan menghasilkan LCPKS 360 m3/hari dan TKKS 138 m3/hari
sehingga hasil perpaduan kedua limbah tersebut akan diolah menghasilkan
kompos TKKS sebesar 70 ton/hari. Limbah sebanyak ini semuanya dapat diolah
sehingga tidak menimbulkan masalah pencemaran, sekaligus mengurangi biaya
pengolahan limbah yang cukup besar (PPKS, 2008).
Gambar 2.12 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Sumber : http://www.infosawit.com/index.php/berita-lintas/2500-limbah-sawit-
untuk-bioetanol-dan-xilitol
Tabel 2.2 Komposisi senyawa kandungan dalam Tandan Kosong Kelapa Sawit
Sumber : Dian Anggraini dan Han Roliadi, 2011
Tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan salah satu jenis limbah
padat yang dihasilkan dalam industri minyak sawit. Jumlah TKKS ini cukup besar
karena hampir sama dengan jumlah produksi minyak sawit mentah. Limbah
tersebut belum banyak dimanfaatkan secara optimal. Komponen terbesar dari
Senyawa Presentase (%)
Lignin 17-20
Alfa-selulosa 43-44
Pentosan 27
Hemi-selulosa 34
Abu 0,7-4
Silika 0,2
TKKS adalah selulosa (40-60 %), disamping komponen lain yang jumlahnya lebih
kecil seperti hemiselulosa (20-30 %), dan lignin (15-30 %) (Dekker, 1991). Salah
satu alternatif pemanfaatan tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai pupuk
organik dengan melakukan pengomposan (Fauzi et al., 2002).
Tandan kosong kelapa sawit mengandung serat yang tinggi. Kandungan
utama TKKS adalah selulosa dan lignin. Selulosa dalam TKKS dapat mencapai
54- 60%, sedangkan kandungan lignin mencapai 22-27% (Hambali, 2007). Dua
bagian tandan kosong kelapa sawit yang banyak mengandung selulosa adalah
bagian pangkal dan bagian ujung tandan kosong sawit yang agak runcing dan
agak keras. (Hasibuan, 2010).
2.3.1. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan kosong kelapa sawit dari perusahaan sawit memiliki beberapa
manfaat sebagai pupuk kompos,pakan ternak, bahan-bahan komposit, dan
bioetanol.
Gambar 2.13 Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit sebagai Pupuk
Kompos Dan Komposit.
(Sumber : www.isroi.com ; www.inovasi.lipi.go.id)
2.4. Fraksi Volume
Salah satu faktor yang sangat penting dalam menentukan karakteristik
material komposit adalah perbandingan antara matriks dengan serat. Sebelum
melakukan proses pencetakan komposit, terlebih dahulu dilakukan perhitungan
perbandingan keduanya.
Dalam menentukan perbandingan antara komponen matriks dengan serat
(pengisi) material komposit ini biasanya dilakukan dengan menggunaka dua
metode, yaitu:
2.5.1. Metode Fraksi Massa
Metode ini digunakan jika massa komponen matriks dan pengisi material
komposit tidak jauh berbeda atau serat yang dipakai cukup berat. Untuk
menghitung perbandingan massa digunaka persamaan sebagai berikut:
Massa Komposit :
Massa Serat Komposit :
Massa Matriks Komposit :
Dimana = massa komposit (gr), = massa serat komposit (gr), =
massa matriks komposit (gr), = massa serat (gr), = fraksi massa (%), =
massa matriks (gr).
2.5.2. Metode Fraksi Volume
Metode ini digunakan apabila berat antara komponen matriks dan
penguat (serat) material komposit jauh berbeda. Fraksi volume dapat dihitung
menggunakan persamaan berikut:
Massa Komposit
Massa Jenis Komposit
Massa Serat
Fraksi Volume Serat
Dimana = massa komposit (gr), = massa serat (gr), = massa matriks
(gr), = massa jenis komposit (gr/cm3), = volume komposit (cm3), = fraksi
massa serat (%), = fraksi volume serat (%), = massa jenis matriks (gr/cm3)
2.5. Papan Partikel
2.5.1. Pengertian Papan Partikel
Menurut Iskandar (2009), papan partikel adalah lembaran hasil
pengempaan panas campuran partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya
dengan perekat organik dan bahan lainnya.
Papan partikel adalah lembaran bahan yang terbuat dari serpihan kayu
atau bahan-bahan yang mengandung lignoselulosa seperti keping, serpih, untai
yang disatukan dengan menggunakan bahan pengikat organic dengan
memberikan perlakuan panas, tekanan, kadar air, katalis dan sebagainya (FAO,
1997).
Menurut Haygreen dan Bowyer (1996), papan partikel adalah produk
panel yang dihasilkan dengan memanpatkan partikel-partikel kayu sekaligus
mengikatnya dengan suatu perekat. Tipe-tipe papan partikel yang banyak itu
sangat berbeda dalam hal ukuran dan bentuk partikel, jumlah resin (perekat)
yang digunakan dan kerapatan panel yang dihasilkan. Penggunaan papan
partikel sangat luas, menurut Haygreen dan Bowyer (1996) pada sejumlah
pemakaian, papan partikel digunakan sebagai pilihan lain terhadap kayu lapis.
Bahan utama papan partikel menurut Walker (1993), yaitu :
1. Sisa industri serbuk gergaji, pasahan dan potongan-potongan kayu
2. Sisa pengambilan kayu, penjarangan dan jenis bukan komersial
3. Bahan material berlignoselulosa bukan kayu seperti rami, ampas tebu,
bambu, tandan kelapa sawit, serat nenas, enceng gondok dan lain-lain.
Adapun tipe-tipe partikel yang digunakan untuk bahan baku pembuatan
papan partikel menurut Haygreen dan Bowyer (1996), yaitu :
Pasahan (shaving), partikel kayu kecil berdimensi tidak menentu yang dihasilkan
apabila mengetam lebar atau mengetam sisi ketebalan kayu.
a. Serpih (flake), partikel kecil dengan dimensi yang telah ditentukan
sebelumnya yang dihasilkan dengan peralatan yang telah dikhususkan.
b. Biskit (wafer), serupa serpih tetapi bentuknya lebih besar. Biasanya lebih
dari 0,025 inci tebalnya dan lebih 1 inci panjangnya.
c. Tatal (chips), sekeping kayu yang dipotong dari suatu blok dengan pisau
yang besar atau pemukul.
d. Serbuk gergaji, dihasilkan oleh pemotongan dengan gergaji.
e. Untaian, pasahan panjang tetapi pipih dengan permukaan yang sejajar.
f. Kerat, bentuk persegi potongan melintang dengan panjang paling sedikit
4 kali ketebalannya.
g. Wol kayu, keratin yang panjang, berombak, ramping.
2.5.2. Kegunaan Papan Partikel
Penggunaan papan partikel (komposit) dibedakan menjadi dua bagian,
yaitu:
a. Struktural Komposit
Dipergunakan untuk dinding, atap, bagian lantai, tangga,
komponen kerangka, mebel dan lain-lain. Bahan yang digunakan
untuk memikul beban di dalam penggunaannya, penggunaan perekat
eksterior akan menghasilkan papan eksterior sedangkan pemakaian
perekat interior akan menghasilkan papan partikel interior.
b. Non Struktural Komposit
Komposit ini tidak digunakan untuk memikul beban, penggunaan
akhir produknya untuk pintu, jendela, mebel, bahan pengemas,
pembatas ubin, bagian interior mobil dan lain-lain.
2.6. Sifat Mekanik Material Komposit Pengujian
Sifat mekanik material komposit yang diuji meliputi :
2.6.1. Pengujian Impact
Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan
bahan terhadap beban kejut. Pengujian ini merupakan suatu upaya untuk
mensimulasikan kondisi operasional material yang sering ditemui dalam
perlengkapan transportasi atau konstruksi dimana beban uji mengalami
deformasi.
Pada pengujian impak ini, kita mengukur energi yang diserap untuk
mematahkan benda uji. Kita mengunakan pendulum beban yang berayun dari
suatu ketinggian tertentu dan menmbu benda uji hingga mengakibatkan
perpaahan. Setelah benda uji patah, bandul akan berayun kembali. Dan
banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan
merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut. Pada
gambar di atas dapat dilihat bahwa setelah benda uji patah akibat deformasi,
bandul pendahuluan melanjutkan ayunan hingga posisi .
d.
b.c.
a.
Gambar 2.15 Skematik pengujian impak dengan benda material (a) pengujian
impact dengan metode izzod (b) pengujian impact dengan pengujian charpy (c)
Alat yang di gunakan untuk pengujian impact (d)
( Sumber : https://www.academia.edu/7853597/Destructive_Test_-
_Pengujian_Impak_BAB_3_ )
Bila bahan tersebut tangguh yaitu makin mampu menyerap energi lebih
besar maka makin rendah posisi . Suatu material dikatakan tangguh bila
memiliki kempuan menyerap suatu beban kejut yang besar tanpa terjadinya retak
atau deformasi dengan mudah.
2.6.2. Pengujian Charpy dan Izzod
Pada pengujian impak energi yang diserap oleh benda uji biasanya
dinyatakan dalam satuan joule dan dibaca langsung pada skala (dial) penunjuk
yang telah dikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. Harga impak (HI) suatu
bahan yang diuji dengan metode Charpy.
Energi yang diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh –mgh’), adalah
ukuran dari energi impak. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis
vertikal sebelum dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap
garis vertikal setelah membentur spesimen adalah β. Dengan mengetahui
besarnya energi potensial yang diserap oleh material maka kekuatan impak
benda uji dapat dihitung
Eserap = energi awal – energi yang tersisa
= m.g.h – m.g.h’
= m.g.(R-Rcos α) – m.g.(R- R.cos β)
Esrp = m.g.R.(cos β - cos α)
dengan :
Esrp : energi serap (J)
m : berat pendulum (kg) = 6,490 kg
g : percepatan gravitasi (m/s2) = 9.8 m/s2
R : panjang lengan (m) = 0,5 m
α : sudut pendulum sebelum diayunkan = 150o
β : sudut ayunan pendulum setelah mematahkan specimen
Harga impak dapat dihitung dengan :
dengan :
HI : Harga Impak (J/mm2)
Esrp : energi serap (J)
Ao : Luas penampang (mm2)
Pengujian impak dapat diidentifikasi sebagai berikut :
1. Material yang getas, bentuk patahannya akan bermukaan merata, hal ini
menunjukkan bahwa material yang getas akan cenderung patah akibat
tegangan normal.
2. Material yang ulet akan terlihat meruncing, hal ini menunjukkan bahwa
material yang ulet akan patah akibat tegangan geser.
3. Semakin besar posisi sudut β akan semakin getas, demikian sebaliknya.
Artinya pada material getas, energy untuk mematahkan material cenderung
semakin kecil, demikian sebaliknya.
Benda uji dikelompokan menjadi 2 golongan standar (ASTM E-23) yaitu
batang uji Charpy (Metode Charpy – USA) dan batang uji Izod (Metode Izod –
Inggris dan Eropa).
Secara umum benda uji impak dikelompokkan ke dalam dua golongan
sampel standar yaitu : batang uji Charpy yang biasanya digunakan di Amerika
sedangkan batang uji Izod digunakan di Inggris dan Eropa. Benda uji Charpy
memiliki luas penampang lintang bujur sangkar (10 X 10 mm) dan panjang 55
mm memiliki takik (notch) berbentuk V dengan sudut , jari-jari dasar 0,25 mm
dan kedalaman 2 mm. Benda uji Izod mempunyai penampang lintang bujur
sangkar atau lingkaran dengan bentuk takik V di dekat ujung yang dijepit,
ukurannya untuk Izod 10 x 10 x 75 mm (tinggi x lebar x panjang). Perbedaan
pembebanan antara metode Charpy dan Izod seperti gambar di bawah.
Gambar 2.16 Skema Pembebanan impak pada benda uji charpy (a) dan Izzod
(b)
( Sumber : https://www.academia.edu/7853597/Destructive_Test_-
_Pengujian_Impak_BAB_3_ )
Ada beberapa nomor standar uji metode Izod sesuai dengan ASTM, yaitu :
a. ASTM D 256 – 00.
b. ASTM D 256 – 01.
c. ASTM D 256 – 02.
d. ASTM D 256 – 03.
e. ASTM D 256 – 04.
Takik Charpy V
b.a.
B eb an im p ak
Dalam Penelitian ini akan digunakan metode pengujian impak dengan
metode izod menggunakan standar jenis ASTM D256-00 dengan dimensi
sebagai berikut:
Gambar 2.17 Spesifikasi Spesimen Uji Impact ASTM D256-00
Sumber : (Unila, 2010)
2.7. Jenis Patahan
Takik (nocth) dalam benda uji standar ditunjukkan sebagai suatu
konsentrasi tegangan sehingga perpatahan diharapkan akan terjadi di bagian
tersebut. Selain bentuk V dengan sudut 45o, takik dapat pula berbentuk lubang
kunci (key hole). Secara umum perpatahan dibagi tiga yaitu:
2.7.1. Perpatahan Berserat (Fibrous Fracture)
Melibatkan mekanisme pergeseran bidang-bidang kristal di dalam bahan
yang ulet (ductile). Ditandai dengan permukaan patahan berserat yang
berbentuk dimpel yang menyerap cahaya dan berpenampilan buram.
2.7.2. Perpatahan Granular (Kristalin)
Dihasilkan oleh mekanisme pembelahan (cleavage) pada butir-butir dari
bahan yang rapuh (brittle). Ditandai dengan permukaan patahan yang datar yang
mampu memberikan daya pantul cahaya yang tinggi (mengkilat).
2.7.3. Perpatahan Campuran (Berserat dan Granular)
Merupakan kombinasi dua jenis perpatahan.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Dan Waktu Penelitian
3.1.1. Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Mesin Universitas Lambung
Mangkurat dan laboratorium material Teknik Mesin Universitas Brawijaya
Malang.
3.1.2. Waktu Penelitian
Waktu penelitian ini dilakukan kurang lebih selama 3 bulan ( September –
November) tahun 2015 – ( Desember) tahun 2015.
3.2. Bahan Dan Alat Penelitian
3.2.1. Bahan Penelitian
Bahan Penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Serat tandan kosong kelapa sawit
2. Unsaturated Polyester type 157 BQTN
3. Hardener MEKPO dengan kadar 1%.
4. Air aquades
5. Kertas ampelas ( ukuran 120, 800 dan 1000) untuk membersihkan
cetakan spesimen.
6. Kit Wax
3.2.2. Alat Penelitian
Beberapa alat yang diperlukan dalam penelitian adalah
Alat yang digunakan terdiri dari :
1. Timbangan digital
2. Mesin Pengujian uji impact khusus pengujian material komposit
3. Mikroskop optik digunakan untuk pengamatan struktur mikro.
4. Mikrometer untuk pengukuran pembuatan geometri spesimen
5. Alat Cetakan dari kaca (1.5 cm × 1.0 cm x 12 cm)
3.3. Cara Penelitian
Dalam Tugas Akhir ini, menjelaskan bagaimana tata cara pengumpulan
data penelitian :
3.5.1. Persiapan Penelitian
1. Pada awal penelitian dilakukan :
a. Pembuatan cetakan
b. Pembuatan komposit
2. Pengujian Impact
a. Pembuatan spesimen uji impact
Spesimen dipotong-potong sesuai dengan ukuran yang sudah
ditetapkan pada standar ASTM D 256-00.
b. Melakukan pengujian impact
Spesimen uji impact dibuat dengan ukuran geometri sesuai
standar ASTM D 256-00.
Pembuatan takikan sesuai dengan standar ASTM D 256-00.
Pasang spesimen uji pada pencekam pada pencekam alat uji
impact charpy dan kencangkan, yang perlu diperhatikan dalam
pemasangan ini adalah posisi spesimen harus tegak lurus dan
takiakn harus menghadap ke arah datang pendulum dan di atas
batas pencekam.
Angkat pendulum ke posisi pengunci.
3. Pengamatan struktur mikro
a. Pengamatan permukaan patah akibat beban impact
3.4. Pelaksanaan Penelitian
Tahap Persiapan
Pembuatan Serat tandan kelapa (SSK) dengan
panjang 1 cm
Pembuatan cetakan
Persiapkan matrik polyester
Penimbangan serat ssk dengan fraksi
volume (20, 30, 40, 50)%
Pembuatan komposit
Penimbangan matriks polyester (80, 70, 60,
50)%
Pengeringan spesimen pada panas matahari selama 1 jam
Pembuatan spesimen uji impak
Pembuatan komposit
Mulai
3.5. Mitode Pembuatan Papan Partikel Komposit
3.5.1. Perlakuan Tandan Kelapa Sawit
1. Tandan kosong kepala sawit di peroleh dari limbah perkebunan
kelapa sawit yang ada di HASNUR.
2. Tandan kosong kepala sawit kemudian dibersihkan mengunakan air
dan di keringkan selama satu hari.
3. Tandan kosong kepala sawit kemudian dipotong sepanjang 1 cm.
4. Pengeringan spesimen dengan di jemur dibawah matahari.
5. Tebal variasi komposisi papan partikel cangkang Tandan kosong
kepala sawit dengan Perekar.
Tabel 3.1 Variasi komposisi papan partikel tandan kosong kelapa sawit dengan
perekat
Pengamatan hasil patahan pengujian impak
Analisis dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Pengambilan Data
Spesimen
Variasi Komposit
Serat Kelapa Sawit Perekat
A 50% 50%
B 40% 60%
C 30% 70%
D 20% 80%
3.5.2. Cetakan
Untuk pengujian Impact ini, cetakan yang digunakan terbuat dari kaca dengan
ukuran 12,7 cm x 10,1 cm x 1,3 cm (bagian dalam).
3.5.3. Proses Pembuatan Benda Uji/Spesimen Yang Menggunakan Resin
Polyester
1) Alat dan bahan dipersiapkan dahulu.
2) Tahap awal yaitu pengolesan wax mold release atau kit mobil
secara merata pada cetakan untuk memudahkan pengambilan
benda uji dari cetakan.
3) Resin dituang dalam wadah sesuai yang dibutuhkan, Katalis
dicampurkan ke dalam resin sesuai perhitungan yang telah
ditentukan (sebanyak 1 % dari volume resin) ke dalam gelas
pencampur kemudian aduk hingga campuran tersebut sampai
merata.
Tabel 3.2 Campuran Resin Dan Serat Tandan Kosong
No Fraksi Volume
Total Volume Cetakan (ml) Serat(ml) Resin(ml)
1 20%:80% 40 8 32
2 30%:70% 40 12 28
3 40%:60% 40 16 24
4 50%:50% 40 20 20
4) Siapkan partikel Serat Kelapa Sawit digelas ukur sebanyak yang
diperlukan, kemudian tuangkan partikel serat kelapa sawit ke
cairan resin secara bertahap agar memudahkan proses
pengadukan. Aduk sampai rata antara resin dan partikel ampas
serat kelapa sawit.
5) Setelah rata tuangkan dicetakan yang telah disiapkan, mudian
ratakan permukaannyan menggunakan kuas.
6) Untuk proses pengeringan dibawah sinar matahari, proses ini
dilakukan sampai benar-benar kering yaitu 5 – 10 jam dan apabila
masih belum benar-benar kering maka proses pengeringan dapat
dilakukan lebih lama.
7) Proses pengambilan komposit dari cetakan yaitu menggunakan
pisau pemotong atau cutter.
3.5.4. Variabel Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimental. Variabel yang digunakan
dalam penelitian ini sebagai berikut:
Variabel bebas yang digunakan adalah perbandingan komposisi antara
tandan kosong kelapa sawit dan yang dilakukan, yaitu :
50% (Serat Kelapa Sawit) : 50% (Matrik)
40% (Serat Kelapa Sawit) : 60% (Matrik)
30% (Serat Kelapa Sawit) : 70% (Matrik)
20% (Serat Kelapa Sawit) : 80% (Matrik)
Variabel yang digunakan adalah uji impact khusus mengujian komposit
Variabel terkontrol yang digunakan antara lain:
1. Campuran katalis (1% dari volume resin. Ahyar, 2012)
2. Cetakan terbuka, metode Hand Lay Up.
DAFTAR PUSTAKA
Arif, Yunito Akhmad, 2008, Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Kelapa Pada
Komposit Matriks Polyester Terhadap Kekuatan Tarik, Impact Dan
Bending, Teknik Material, ITS, Surabaya.
ASTM. D 256 – 00 Standard test methods for determining the izod pendulum
impact resistance of plastics.
BKPMD Kalsel. 2015. Potensi Kelapa Sawit di Kalimantan Selatan.
Budinski K.G. (1995). Engineering Material Properties and Selection,4th, Prentice
Hall,Inc A Simon andSchuster Company,USA.
Callister, W. D. (1991). Material Science and Engineering an Introduction, John
Willey and Sons Inc, New York.
Diharjo, K. Dan Triyono, T.2003. “Buku Pegangan Kuliah Material Teknik”.
Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Imra, Iswandi. (2009). Pengaruh Proses Vakum Dan Variasi Tekanannya
Terhadap Sifat Tarik Komposit Serat Alam (Coir Fibre Reinforced Resin
Composite). Tugas Akhir, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Andalas, Padang.
Jacobs J.A.,Kilduft T.K. (1994). Engineering Material Technology Structure,
Processing, Property and Selection 2. Prentice Hall,Inc A Simon Schuster
Company, USA
Jamasri, Diharjo K, dan Gunesti, 2005, Kajian Sifat Tarik Komposit Serat Buah
SawitAcak Bermatrik Polyester, Media Teknika No. 4 Tahun XXVII Edisi
November 2005No. ISSN 0216-3012, Universitas Gadjah Mada,
Yogyakarta.
S. Josep, K. Josep, and S. Thomas, Int. J. Polym. Mater (2006)
Salam, Hisyam. Teknologi Bagian Luar Mobil. Yogyakarta : Gramedia.2012
Savetlana, Shirley, Andriyanto, Andreas. 2012. “Sifat-Sifat Mekanik Komposit
Serat TKKS-Polyester”, Jurnal Mechanical. Jurusan Teknik Mesin,
Universitas Lampung.
Surdia, T., Saito, S. Pengetahuan Bahan Teknik, Edisi ketiga, PT. Pradnya
Paramita, Jakarta, 1992
Smith, William F.,1993.Foundations of Materials Science and Engineering,
McGraw-Hill Inc.New York:
Smith, W.F. (1996). Priciples of Materials Science and Engineering,2nd ed, Mc
Graw-Hil, Singapore.
Syrief, Akhmad. (2012). Pengaruh Waktu Perlakuan Potassium Permanganate
(Kmno4) Terhadap Kekuatan Lentur Dan Impak Komposit Berpenguat
Anyaman Serat Purun Tikus ( Eleocharis Dulcis ) Bermatrik Polyester.
Tesis, Jurusan Teknik Mesin, Universitas Brawijaya, Malang
Winfield AG. (1979). Plastics and Rubber Int 1979; 4(1): 23–28.
WittigW. (1994). Kunststoffeim Automobilbau. Dusseldorf: VDI-Verlag.