lokantara-analisis kekuatan impact komposit polyester-serat tapis kelapa dengan variasi

Dinamika Teknik Mesin, Volume 2 No.1, Januari 2012 I Putu Lokantara: Analisis Kekuatan Impact Komposit

Analisis Kekuatan Impact Komposit Polyester-Serat Tapis Kelapa Dengan VariasiPanjang Dan Fraksi Volume Serat Yang Diberi Perlakuan NaOH

I Putu Lokantara**Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Bali,, IndonesiaAbstrak

Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis kekuatan impact komposit polyester berpenguat serattapis kelapa yang diberi perlakuan NaOH pada panjang dan fraksi volume serat yang bervariasi

Komposit yang dibuat menggunakan penguat serat tapis kelapa dengan matrik berupa resinunsaturated polyester (UPRs) jenis Yukalac 157 BQTN-EX dengan 1% hardener jenis MEKPO dengan variasipanjang serat tapis kelapa 5 mm, 10 mm dan 15 mm sedangkan variasi fraksi volume serat 20%, 25%, 30%.Komposit dibuat dengan teknik press hand lay-up dengan perlakuan serat menggunakan campuran NaOH-Air.Perlakuan serat tapis kelapa dengan direndam di air mendidih dengan suhu 100 C selama 1 jam, selanjutnyaserat tapis kelapa dikeringkan menggunakan oven dengan suhu 65 C selama 12 jam setelah itu serat tapiskelapa direndam didalam larutan NaOH - Air (5 gram NaOH + 95 ml air) selama 2 Jam. Komposit selanjutnyadi post curing selama 12 jam dengan suhu 65 C. Spesimen uji komposit dipotong sesuai standar ASTM D 256untuk spesimen uji impact. Selanjutnya spesimen komposit dilakukan pengujian impact.

Kekuatan impact meningkat seiring meningkatnya fraksi volume dan panjang serat. Nilai kekuatanimpact terbesar terdapat pada pengujian impact dengan komposit panjang serat 15 mm dengan Fraksi Volume30% sebesar 0.0255 Nm/mm2. Hasil pengamatan struktur mikro menunjukkan bahwa pada panjang serat 15 mmikatan antara matrik dan serat lebih kuat dibandingkan dengan variasi panjang serat 5 mm dan 10mm sehinggakomposit yang dihasilkan lebih kuat dan mempunyai nilai kekuatan impact yang lebih besar. Semakin panjangserat yang digunakan akan mengurangi crack deflection sehingga kekuatan impact menjadi semakin baik.Demikian pula dengan fraksi volume yang semakin tinggi menyebabkan matrix flow berkurang sehinggakekuatan impact akan meningkat.

Keywords: Kekuatan Impact, Fraksi Volume Serat, Panjang Serat, matrix flow

1.PENDAHULUANKomposit adalah suatu material yang

terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material,dimana sifat mekanik dari material pembentuknyaberbeda-beda dimana satu material sebagai fasapengisi (matrik) dan yang lainnya sebagai fasapenguat (reinforcement). Pemanfaatan bahankomposit sebagai bahan alternatif pengganti bahanlogam dalam bidang rekayasa semakin meluas. Halini disebabkan karena keuntungan yang dimilikioleh bahan komposit berpenguat serat alami sepertikonstruksi menjadi lebih ringan, tahan korosi, dankekuatannya dapat didesain sesuai dengan arahpembebanan. Penggunaan serat alami untuk bahanpenguat pada komposit saat ini sedang berkembangdengan pesat. Serat alami memiliki banyakkeunggulan dibandingkan dengan serat sintetisantara lain ringan, dapat didaur ulang, dapat teruraioleh bakteri pembusuk, dapat diperbaharui danmempunyai kekuatan serta kekakuan yang relatiftinggi. Dalam penelitian ini akan diteliti bahankomposit polymer dengan berpenguat serat tapiskelapa. Dipilihnya serat tapis kelapa sebagaipenguat karena serat tapis kelapa kurang mendapatperhatian dan jumlahnya berlimpah ruah sehinggadapat mengangkat derajat bahan limbah tersebut

menjadi bahan bernilai teknis dan ekonomis yanglebih tinggi.

Penelitian pendahuluan yang telahdilakukan tentang komposit berpenguat serat alamiadalah penelitian komposit polyester denganpenguat serat tapis kelapa dengan panjang serat 10mm yang diberi perlakuan alkali NaOH 5 % selama2 jam didapat hasil untuk kekuatan bendingtertinggi sebesar 125,98 Mpa [1], dan penelitiankomposit polyester berpenguat serat tapis kelapayang diberi perlakuan 5 % NaOH selama 2 jam danfraksi volume 12,2 % dengan perlakuanperendaman komposit ke dalam air pada suhuruangan untuk mengetahui pengaruh penyerapanair terhadap kekuatan bendingnya dimana kekuatanbending komposit polyester tapis kelapamengalami peningkatan hingga perendaman 24 jamyaitu sebesar 41,4 % dibandingkan dengan sebelumdirendam[2] .

Dari latar belakang diatas maka perlu untukmelakukan penelitian pengaruh variasi panjangserat tapis kelapa dan fraksi volume serat terhadapkekuatan impact komposit tersebut. Hal ini ditelitiuntuk mengetahui panjang serat dan fraksi volumeserat yang optimal yang mampu menghasilkankekuatan impact maksimum,.

47


2. METODOLOGIAlat dan Bahan Penelitian2.1 Alat

1. Alat uji : mesin uji lenturLeybold buatan Jerman. Alat Uji Impact(Charpy Type).

2. Alat cetak : alat cetak teknik PressHand Lay-Up.

3. Alat ukur : Timbangan digital,gelas ukur, beker, neraca pegas, mistar,dan jangka sorong.

4. Alat pengering : oven.5. Alat Keselamatan : sarung tangan karet

dan masker.6. Alat bantu : Gergaji, gunting,

amplas, pisau, pengaduk, penjepit,sendok, selotip, kuas.

7. Alat pembersih : lap, kapi dan tinner.

2.2 Bahan1. Matrik : Resin unsaturated

polyester (UPRs) jenis Yukalac 157BQTN.

2 Reinforced : Serat tapis kelapa (CocosVeridis) berukuran panjang 5 mm, 10mm dan 15 mm.

3. Hardener ( pengeras ) : Jenis MetilEtil Keton Peroxide jenis MEKPO.

4. Bahan perlakuan serat : NaOH5. Perekat / Lem G.6. Selotip.7. Gliserin.8. Air mineral.9. Aceton.

2.3. Langkah-Langkah Penelitiano Tapis Kelapa yang digunakan untuk

pembuatan serat dipilih pada lapisanketiga dari pelepah pohon, kemudianujung tapis yang tipis dipotong untukmemudahkan memisahkan seratnya.

o Tapis kelapa dirobek-robek menjadibeberapa bagian kecil namun masihberupa lembaran serat. Setelahdidapatkan serat tapis kelapanya, serattapis kelapa dikeringkan dengan djemurdisinar matahari. Serat kelapa yang telahkering dipotong dengan ukuran 5 mm,10mm dan 15 mm.

o Perlakuan serat tahap pretreatment padaserat tapis kelapa yaitu serat tapis kelapadirendam didalam air mendidih dengansuhu 100 C selama 1 jam untukmenghilangkan kotoran atau getah yangmasih menempel pada serat tapiskelapa[2]

o Selanjutnya serat tapis kelapadibersihkan dengan menggunakan airmengalir sampai air bilasan benar-benarbersih. Serat tapis kelapa yang telahbersih, selanjutnya keringkan serat tapiskelapa tersebut dengan cara masukanserat tapis kelapa ke dalam oven dengansuhu 65 C selama 12 jam[2].

o Perlakuan tahap treatment pada serattapis kelapa yaitu serat tapis kelapa yangsudah dikeringkan tadi, lalu direndamdidalam larutan zat kimia NaOH denganair (5 gram NaOH dan 95 ml air) selama2 jam kemudian bilas dengan air sampaibersih[1].

o Penentuan masa jenis serat dengan caramenimbang serat di udara danmenimbang serat dalam minyak tanah.Setelah diketahui masa jenis serat tapismaka dapat ditentukan berat kompositpada masing-masing fraksi volume yangdiinginkan. Selanjutnya serat tapiskelapa siap diproses untuk menjadikomposit.

o Siapkan 2 bingkai kaca dengan ukuran600 600 mm dengan tebal 10 mmyang berfungsi sebagai landasan tempatcetakan komposit bagian bawah dansebagai penutup cetakan bagian ataskomposit.

o Siapkan 4 bilah kaca dengan ukuran 300 50 3 mm yang berfungsi sebagaitempat cetakan untuk proses pembuatankomposit.

o Letakkan bingkai kaca dilantai yangdatar, lalu tempelkan 4 bilah kacadengan memakai lem G, lalu beritekanan pada bilah kaca yang dilem tadisampai benar-benar kering.

o Cetakan kaca siap untuk dipakai dalampembuatan komposit.

o Bersihkan cetakan dengan memakai airmengalir sampai bersih, setelah itukeringkan dan bersihkan memakai kainkering dan halus

o Cetakan komposit yang telah kering tadidibersihkan lagi dengan memakai tinnerA, baik untuk cetakan bagian bawah dancetakan bagian atas sehingga cetakankaca komposit tersebut bersih dengan

48


sempurna. Biarkan beberapa saat hinggatinner mengering lalu bersihkanmemakai kain kering.

o Gliserin dioleskan dengan setipismungkin dipermukaan bingkai cetakankomposit baik untuk cetakan bagianbawah dan cetakan bagian atas, agarkomposit setelah kering nanti tidakmenempel pada cetakan

o Campurkan larutan matrik yaitu resindengan hardener dengan persentase 1%hardener, jadi untuk penelitian inidicampurkan larutan 990 ml resindengan 10 ml katalis, dimana larutantersebut diaduk hingga resin dan katalistercampur dengan sempurna.

o Tuangkan setengah larutan resin dankatalis tersebut dicetakan kaca, rapikandengan memakai kapi dan sendok.Tabur serat tapis kelapa dengan orientasiacak, serat tapis kelapa diatur agar dapatmengisi seluruh bagian dari cetakankomposit tersebut.

o Setelah serat tapis kelapa ditata denganbaik, selanjutnya tuangkan sisa larutanresin dan katalis tersebut dicetakan kacahingga menutupi seluruh bagian dariserat tapis kelapa tersebut.

o Cetakan kaca ditutup dengan memakaicetakan kaca bagian atas yang telahterlebih dahulu dilapisin gliserin.

o Tutup dengan perlahan-lahan, arahkanvoid yang tedapat pada cetakan agarkeluar dari cetakan tersebut dengan caracetakan kaca bagian atas tadi ditekansecara perlahan-lahan hingga void dapatdiarahkan keluar dari cetakan kacatersebut.

o Berikan beban pada cetakan kaca bagianatas, dengan maksud agar kompositdapat terbentuk dengan baik dansempurna.

o Setelah 24 jam atau setelah kompositkering, lepaskan beban dari cetakanbagian atas dan lepaskan komposit daricetakan kaca tersebut

o Selanjutnya komposit berpenguat serattapis kelapa telah siap untuk dijadikanspesimen uji lentur.

o Proses Post Curing. Kompositdimasukkan ke dalam oven dengantemperatur 65 oC selama 2 jam[2].Tujuannya untuk menghilangkangelembung-gelembung udara dan uapair yang terperangkap pada komposit,untuk mempercepat proses pengeringanpada komposit dan untuk mengetahuiapakah komposit sudah homogen yaitujika lembaran komposit tidakmelengkung.

o Komposit yang berhasil dicetak, diamatiapakah ada void atau tidak dengan caramenerawang lembaran komposit.

o Komposit yang berhasil dicetak diamatikelengkungannya, dengan cara manual.Dengan meletakkan lembaran kompositdiatas lembaran kaca, lembarankomposit dinyatakan layak pakai untukspesimen uji apabila seluruh permukaanlembaran komposit menyentuh denganbaik pada lembaran kaca tersebut.

o Spesimen uji impact dibuat sesuaidengan standar ASTM D- 256 [4]

o Spesimen yang sudah terbentukdilakukan pengujian impact.

Skematik Alat Uji Impact (Charpy Type) dan Alat Cetakan

Gambar 2.1 Skema Alat Uji Impact (Charpy Type)49


Gambar 2.2 Kedudukan Spesimen Uji pada alat Uji

Skematik Alat Cetak Komposit

Lapisan bagian Atas dan Bawah

Cetakan Tengah

Gambar 2.3 Alat Cetak Teknik Press Hand Lay-Up

50


3 HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Hasil Pengujian Uji ImpactTabel 3.1 Kekuatan Impact Komposit (N.m)

Perlakuan Serat Fraksi VolumeNaOH 20% 25% 30%

0.007777550 0.015500031 0.015487836Panjang Serat 0.011627321 0.015487836 0.011631911

5 mm 0.007779092 0.015484790 0.0116250230.011625023 0.011636476 0.0232271850.015472607 0.011634184 0.015487836

Rata-rata 0.010856319 0.013948663 0.0154919580.011645646 0.027098383 0.015515302

Panjang Serat 0.011634184 0.011634184 0.02323175410 mm 0.019359795 0.015500031 0.023231754

0.015484790 0.019359795 0.0232271850.015496992 0.015496992 0.015527528

Rata-rata 0.014724282 0.017817877 0.0201467050.019359795 0.027098383 0.027103713

Panjang Serat 0.023231754 0.011636476 0.02712505415 mm 0.011636476 0.027103713 0.030969580

0.015503095 0.027077062 0.0193788690.023227185 0.023250047 0.023250047

Rata-rata 0.018591661 0.023233136 0.025565452

Variasi Fraksi Volume Serat dan Panjang SeratTerhadap Kekuatan Impact

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

20% 25% 30%Fraksi Volume Serat

Keku

atan I

mpac

t (N.m

/mm2

)

5 mm10 mm15 mm

Grafik 3.1. Pengaruh Variasi Fraksi Volume dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan Impact

51


Variasi Panjang Serat dan Fraksi Volume Serat TerhadapKekuatan Impact Komposit

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

5 mm 10 mm 15 mmPanjang Serat

Keku

atan I

mpac

t (N.m

/mm2

)20%25%30%

Grafik 3.2. Pengaruh Variasi Panjang Serat dan Fraksi Volume Terhadap Kekuatan Impact

3.2. Pembahasan Uji ImpactBerdasarkan Grafik 3.1 dapat terlihat

bahwa hubungan antara panjang serat terhadapkekuatan impact mengalamai peningkatan, dimanakekuatan impact tertinggi terdapat pada panjangserat 15 mm dan kekuatan impact terkecil terdapatpada panjang serat 5 mm. Dalam gambar 3.2terlihat juga hubungan antara fraksi volumeterhadap kekuatan impact mengalami peningkatan,dimana kekuatan impact tertinggi didapat padafraksi volume 30% dan nilai kekuatan impactterkecil didapat pada fraksi volume 20%.

Dari Grafik 3.2 menunjukkan hubunganantara panjang serat dan fraksi volume terhadap

kekuatan impact mengalami peningkatan darivariasi panjang serat 5mm, 10mm, 15mm danfraksi volume 20%, 25%, 30%. Dari Pengujian danperhitungan data maka didapatkan nilai kekuatanimpact tertinggi pada komposit dengan panjangserat 15 mm dengan fraksi volume 30% sebesar0.0255 Nm/mm2 Sedangkan panjang serat 5 mmdengan fraksi volume 20% didapat nilai kekuatanimpact terkecil sebesar 0.0108 Nm/mm2, dan nilaikekuatan impact dengan panjang serat 10 mmdengan fraksi volume 30% sebesar 0.0201Nm/mm2.

3.3. Pembahasan Foto MikroBerdasarkan Gambar 3.3 terdapat interaksi

antara matrik dan serat masih cukup besarberpengaruh terhadap kekuatan impact kompositserat tapis kelapa. dimana terlihat pullout yangdisebabkan kerapuhan matrik yang menyebabkanserat terlepas, rapuhnya matrik disebabkancampuran resin dan catalis kurang sempurna danpada saat pengadukan yang kurang merata, sertaterdapatnya void. dan terlihat juga guratan-guratanmatrik (matriks flow) yang masih banyak padapermukaan patahan yang memiliki pengaruh jugaterhadap kekuatan impact komposit tersebut. danterdapat crack deflection yang disebabkan karenaposisi serat pada permukaan patahan miringmengikuti daerah patahan.Pada Gambar 3.4 terdapat perbedaan dimanakomposit dengan panjang serat 5 mm dengan fraksi

30% permukaan patahannya tampak lebih gelapyang artinya sudah semakin sedikit terjadinyainteraksi antara serat dan matrik terhadappembebanan pada uji impact, walaupun masihterlihat ada pullout dan matrik flow yang terjadi,kecil pengaruhnya karena jumlah serat dan luaspermukaan retakan sudah mengecil.Pada Gambar 3.3 pada komposit dengan kekuatanimpact terkecil di daerah patahan terlihat jugapartikel-partikel kecil yang menempel pada matrikyang berbentuk seperti pecahan-pecahan kecil, inidiakibatkan karena di daerah yang mengalamipecahan-pecahan kecil masih kebayankan catalisyang disebabkan kurang merata campuran dan saatpengadukan antara resin dengan catalis. Sedangkanpada gambar 3.4 terlihat partikel-partikel tersebutsudah sedikit.

52


Ganbar 3.3 Foto Mikro pada komposit fraksi volume 20% dengan pembesaran 10x pada stereomicroscope a). Panjang serat 5 mm, b). Panjang serat 10 mm, c). Panjang serat 15 mm

Gambar 3.4 Foto Mikro pada komposit fraksi volume 30% dengan pembesaran 10x pada stereomicroscope a). Panjang serat 5 mm, b). Panjang serat 10 mm, c). Panjang serat 15 mm

(b)(a)

Pullout

Pullout CrackDeflectionCrackDeflection

Matriksflow

CrackDeflection

Matriksflow

Matriksflow

(c)

Pullout(a) (b)

Pullout

Pullout Matriks flow

CrackDeflection

CrackDeflection

Matriks flow

(c)

53


4 KESIMPULAN4.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan padabab-bab sebelumnya dapat diambil beberapakesimpulan sebagai berikut :

1. Kekuatan impact meningkat seiringmeningkatnya fraksi volume dan panjangserat. Nilai kekuatan impact terbesarterdapat pada pengujian impact dengankomposit panjang serat 15 mm denganFraksi Volume 30% sebesar 0.0255Nm/mm2.

2. Hasil pengamatan struktur mikromenunjukkan bahwa pada panjang serat15 mm ikatan antara matrik dan serat lebihkuat dibandingkan dengan variasi panjangserat 5 mm dan 10mm sehingga komposityang dihasilkan lebih kuat danmempunyai nilai kekuatan impact yang

lebih besar. Semakin panjang serat yangdigunakan akan mengurangi crackdeflection sehingga kekuatan impactmenjadi semakin baik. Demikian puladengan fraksi volume yang semakin tinggimenyebabkan matrix flow berkurangsehingga kekuatan impact akanmeningkat.

4.2 SaranDiharapkan pada penelitian selanjutnyadilakukan pencetakan dengan fraksivolume yang lebih besar yaitu diatas 30%seperti 35%, 40% ataupun 50%. Sehinggadapat diketahui kondisi optimum darifraksi volume serat yang menghasilkankekuatan impact maksimum.

DAFTAR PUSTAKA[1] Suardana, N P G, Dwidiani Ni Made, (2007),

Analisa Kekuatan Tarik Dan LenturKomposit Polyester Serat Tapis KelapaOrientasi Acak Dengan Variasi WaktuPerlakuan NaOH.

[2] Suardana, N.P.G, Cok Putri (2007), PengaruhPerendaman Air Terhadap Sifat MekanisKomposit Serat Tapis Kelapa DenganOrientasi Acak.

[3] ASTM ( 2003 ) D 256 Standard Test Methodsfor Void Content of Reinforced Plastics.ASTM Internasional, USA.

[4] Jamasri, Diharjo, K, Handiko, G. W. (2005),Studi Perlakuan Alkali Terhadap Sifat TarikKomposit Limbah Serat Sawit Polyester,Prosiding Seminar Nasional Tahunan TeknikMesin IV, Universitas Udayana, Bali.

[5] Lokantara Putu, Suardana, N P G, (2007),Analisis Arah dan Perlakuan Serat TapisSerta Rasio Epoxy Hardener Terhadap SifatFisis dan Mekanis Komposit Tapis/Epoxy,Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakram Vol. 1 No.1, (15-21).

[6] Mohan Rao, K.M., and Mohana Rao, K., (2005),Extraction and tensile properties of naturalfibers : Vakka, date and bamboo, Elsevier,Composite structures.

[7] Oksman, K., Skrifvars, M., Selin, J-F., (2003),Natural Fiber as Reinforcement in PolylacticAcid (PLA) Composites, Composites Scienceand Technology 63, Sciencedirect.com, 1317-1324.

[8] Suardia, T, Saito, S. (1985). Ilmu PengetahuanBahan Teknik, Pradnya Paramita Jakarta.

[9] Satyanarayana, K. G., dkk (1982), StructureProperty Studies of Fibres From VariousParts of The Coconut Tree. Journal ofMaterial Science 17, India

[10] Taurista, A.Y, Riani, A.O, Putra, K.H. (2003),Komposit Laminat Bambu Serat WovenSebagai Bahan Alternatif Pengganti FiberGlass Pada Kulit Kapal. ITS, Surabaya..

[11] Wr Wijang, Ariawan Dody, (2006), PengaruhModifikasi Serat Terhadap KarakteristikKomposit UPRs Cantula, Jurnal TeknikMesin Poros Volume 9 Nomer 3, ( 200-206 ).

54

lokantara-analisis kekuatan impact komposit polyester-serat tapis kelapa dengan variasi

Documents