pengaruh anyaman serat goni dengan matrik epoxy...
TRANSCRIPT
PENGARUH ANYAMAN SERAT GONI DENGAN
MATRIK EPOXY TERHADAP KEKUATAN
BENDING DAN IMPACT
Skripsi
diajukan sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin
Oleh
Tri Eko Guntur Wijaya
5212414017
TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
PERSETUJUAN PEMBIMBING
Nama : Tri Eko Guntur Wijaya
NIM : 5212414017
Program Studi : Teknik Mesin
Judul : Pengaruh Anyaman Serat Goni Dengan Matrik Epoxy Terhadap
Kekuatan Bending dan Impact
Skripsi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia ujian
Skripsi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang.
Semarang, Maret 2019
Mengetahui,
Pembimbing
Dr. Rahmat Doni Widodo, S.T., M.T.
NIP. 197509272006041002
iii
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul Pengaruh Anyaman Serat Goni Dengan Matrik Epoxy
Terhadap Kekuatan Bending dan Impact telah dipertahankan di depan sidang
Panitia Ujian Skripsi Fakultas Teknik UNNES pada tanggal … bulan … tahun
……..
Oleh
Nama : Tri Eko Guntur Wijaya
NIM : 5212414017
Program Studi : Teknik Mesin
Panitia:
Ketua Sekretaris
Rusiyanto, S.Pd., M.T.Nama Samsudin Anis S.T., M.T.Ph.D ama
NIP. 197403211999031002 NIP. 197601012003121002
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik UNNES
Dr. Nur Qudus, M.T., IPM.
NIP. 196911301994031001
Penguji 1 Penguji 2 Pembimbing
Rusiyanto, S.Pd., M.T. Ir. Agus Nugroho, S.Pd., M.T. IPP Dr. Ir. Rahmat Doni Widodo,
NIP.197403211999031002 NIP.19810816201401131 S.T., M.T., IPP.
NIP. 197509272006041002
iv
PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini, adalah asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar
akademik (sarjana, magister, dan/atau doktor), baik di Universitas Negeri
Semarang (UNNES) maupun di perguruan tinggi lain.
2. Karya tulis ini adalah murni gagasan, rumusan, dan penelitian saya sendiri,
tanpa bantuan pihak lain, kecuali arahan Pembimbing dan masukan Tim
Penguji.
3. Dalam karya tulis ini tidak terdapat karya atau pendapat yang telah ditulis atau
dipublikasikan orang lain, kecuali secara tertulis dengan jelas dicantumkan
sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan
dicantumkan dalam daftar pustaka.
4. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian hari
terdapat penyimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya
bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah
diperoleh karena karya ini, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang
berlaku di perguruan tinggi ini.
Semarang, Mei 2019
Yang membuat pernyataan,
Tri Eko Guntur Wijaya
NIM. 5212414017
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Motto
Mencari ridho orang tua untuk mendapat
ridho dari sang Pencipta
Persembahan
Skripsi ini saya persembahkan untuk kedua
orang tua, semata-mata membuat mereka
bahagia. Dengan ridhonya kelak semoga itu
yang akan mengantarkan ke surga.
vi
SARI ATAU RINGKASAN
Wijaya, Tri Eko G. 2019. Pengaruh Anyaman Serat Goni Dengan Matrik Epoxy
Terhadap Kekuatan Bending dan Impact. Pembimbing: Dr. Rahmat Doni Widodo,
S.T., M.T. Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang.
Penggunaan serat sintetis sebagai penguat komposit memiliki dampak
negatif pada lingkungan. Serat goni sebagai pengganti serat sintetis merupakan
hasil olahan dari serat alam yang pemanfaatannya sebatas untuk mengemas hasil
pertanian. Untuk meningkatkan fungsinya serat goni digunakan dalam penelitian
ini sebagai penguat material komposit. Penelitian ini bertujuan mengetahui
pengaruh variasi anyaman serat goni dengan matrik epoxy terhadap kekuatan
bending dan impact.
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah eksperimen. Pembuatan
komposit menggunakan metode hand lay-up, satu lapisan anyaman dengan variasi
anyaman plain, twill, dan random. Pengujian bending dilakukan dengan metode
pengujian three point bending dan impact dengan metode charpy sesuai standar
ASTM D790-02 dan ASTM D6110-04.
Hasil penelitian menunjukkan rata-rata kekuatan bending dan modulus
elastisitas tertinggi pada variasi anyaman twill sebesar 67,700 MPa dan 3,925 GPa.
Hasil menunjukkan semakin tinggi kekuatan bending maka semakin tinggi modulus
elastisitasnya. Nilai rata-rata energi serap dan kekuatan impact tertinggi terdapat
pada variasi anyaman plain 1,9 J dan 0,0143 J/mm2 diatas kekuatan helm SNI yang
hanya sebesar 0,0097 J/mm2. Kekuatan bending dan impact tertinggi komposit serat
goni dipengaruhi oleh pola anyaman dan interaksi antara epoxy - serat goni yang
lebih baik. Perlu adanya penggunaan variasi anyaman berlapis untuk mengetahui
kekuatan bending dan impact yang lebih optimal.
Kata Kunci: komposit epoxy, serat goni, anyaman, uji bending, uji impact.
vii
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul
Pengaruh Anyaman Serat Goni Dengan Matrik Epoxy Terhadap Kekuatan Bending
dan Impact. Skripsi ini disusun sebagai salah satu persyaratan meraih gelar Sarjana
Teknik pada Program Studi S1 Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang. Shalawat
dan Salam disampaikan kepada Nabi Muhammad SAW, mudah-mudahan kita semua
mendapatkan safaat di yaumil akhir nanti, Aamiin.
Penyelesaian karya tulis ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena
itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih serta penghargaan
kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri
Semarang atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menempuh
studi di Universitas Negeri Semarang.
2. Bapak Dr. Nur Qudus, MT, Dekan Fakultas Teknik. Bapak Rusiyanto, S.Pd.,
M.T, Ketua Jurusan Teknik Mesin. Bapak Samsudin Anis S.Pd., M.T.Ph.D,
Koordinator Program Studi Teknik Mesin atas fasilitas yang disediakan bagi
mahasiswa.
3. Bapak Dr. Rahmat Doni W, S.T., M.T., yang penuh perhatian dan atas
perkenaan memberi bimbingan dan dapat dihubungi sewaktu-waktu disertai
kemudahan menunjukkan sumber-sumber yang relevan dengan penulisan
karya ini.
4. Bapak Rusiyanto, S.Pd., M.T. dan Bapak Ir. Agus Nugroho, S.Pd., M.T.,
IPP. selaku Penguji I dan Penguji II yang telah memberi masukan yang sangat
berharga berupa saran, ralat, perbaikan, pertanyaan, komentar, tanggapan,
menambah bobot dan kualitas karya tulis ini.
5. Semua dosen Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri
Semarang yang telah memberi bekal pengetahuan yang berharga.
6. Bapak saya dan keluarga yang tidak hentinya mendukung dan mendoakan saya
untuk segera menyelesaikan skripsi ini.
viii
7. Berbagai pihak yang telah memberi bantuan untuk karya tulis ini yang tidak
dapat disebutkan satu persatu.
Semoga segala bantuan dan kebaikan tersebut mendapat limpahan dan balasan
dari Allah SWT. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat dan memberikan
tambahan pengetahuan dan wawasan yang semakin luas bagi para pembaca.
Semarang, Mei 2019
Penulis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
PERSETUJUAN PEMBIMBING ....................................................................... ii
PENGESAHAN .................................................................................................... iii
PERNYATAAN KEASLIAN .............................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v
SARI ATAU RINGKASAN ................................................................................ vi
PRAKATA ........................................................................................................... vii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ............................................................................................ 1
1.2. Identifikasi Masalah .................................................................................... 3
1.3. Pembatasan Masalah ................................................................................... 3
1.4. Rumusan Masalah ....................................................................................... 4
1.5. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 4
1.6. Manfaat Penelitian ....................................................................................... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ................................. 6
2.1. Kajian Pustaka ............................................................................................. 6
2.2. Landasan Teori ............................................................................................ 7
2.2.1. Komposit .............................................................................................. 7
2.2.2. Jenis Lapisan Komposit ..................................................................... 11
x
2.2.3. Epoxy .................................................................................................. 12
2.2.4. Serat Goni ........................................................................................... 12
2.2.5. Perlakuan Alkali (NaOH) ................................................................... 14
2.2.6. Anyaman ............................................................................................ 15
2.2.7. Fraksi Volum dan Fraksi Berat .......................................................... 18
2.2.8. Pengujian Bending.............................................................................. 19
2.2.9. Pengujian Impact ................................................................................ 24
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 28
3.1. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ............................................................... 28
3.1.1. Waktu ................................................................................................. 28
3.1.2. Tempat ................................................................................................ 28
3.2. Desain Penelitian ....................................................................................... 29
3.2.1. Diagram Alir Pelaksanaan .................................................................. 29
3.2.2. Proses Penelitian ................................................................................ 30
3.3. Alat dan Bahan Penelitian ......................................................................... 37
3.3.1. Alat Penelitian .................................................................................... 37
3.3.2. Bahan Penelitian ................................................................................. 41
3.4. Parameter Penelitian .................................................................................. 42
3.4.1. Parameter Bebas ................................................................................. 42
3.4.2. Parameter Terikat ............................................................................... 43
3.4.3. Parameter Terkontrol.......................................................................... 43
3.5. Teknik Pengumpulan Data ........................................................................ 45
3.5.1. Dokumentasi....................................................................................... 45
3.5.2. Uji Laboratorium ................................................................................ 45
3.6. Kalibrasi Instrumen ................................................................................... 45
xi
3.6.1. Timbangan digital .............................................................................. 45
3.6.2. Jangka sorong ..................................................................................... 46
3.7. Teknik Analisis Data ................................................................................. 46
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 47
4.1. Deskripsi Data ........................................................................................... 47
4.1.1. Hasil Uji Bending ............................................................................... 47
4.1.2. Hasil Uji Impact ................................................................................. 48
4.2. Analisis Data ............................................................................................. 49
4.2.1. Analisis Hasil Uji Bending ................................................................. 50
4.2.2. Analisis Hasil Uji Impact ................................................................... 55
4.3. Pembahasan ............................................................................................... 57
4.3.1. Pengaruh Variasi Anyaman Terhadap Kekuatan Bending dan Modulus
Elastisitas Bending ........................................................................................ 57
4.3.2. Pengaruh Variasi Anyaman Terhadap Kekuatan Impact ................... 59
4.3.3. Perbandingan Hasil Hasil Penelitian Dengan Material Batok Helm .. 60
BAB V PENUTUP ............................................................................................... 62
5.1. Kesimpulan ................................................................................................ 62
5.2. Saran .......................................................................................................... 62
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 64
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... 68
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1.Sifat Mekanik Serat Alam ....................................................................... 2
Tabel 2.1. Sifat mekanik resin epoxy .................................................................... 12
Tabel 2.2. Klasifikasi kualitas serat kenaf ........................................................... 13
Tabel 2.3. Sifat mekanik dari serat kenaf .............................................................. 14
Tabel 2.4. Kelebihan dan kekurangan pengujian three point bending dan four
point bending. ....................................................................................... 20
Tabel 3.1. Kebutuhan material untuk spesimen uji bending dan impact .............. 33
Tabel 3.2. Kebutuhan jumlah spesimen uji bending dan impact .......................... 36
Tabel 3.3. Spesifikasi TORONTECH Hydraulic UTM ........................................ 40
Tabel 3.4. Data hasil pengukuran nilai kekuatan bending .................................... 43
Tabel 3.5. Data hasil pengukuran nilai modulus elastisitas bending .................... 44
Tabel 3.6. Data hasil pengukuran nilai kekuatan impact ...................................... 44
Tabel 4.1. Hasil pengujian bending....................................................................... 48
Tabel 4.2. Hasil pengujian kekuatan impact ......................................................... 49
Tabel 4.3. Nilai kekuatan bending ........................................................................ 51
Tabel 4.4. Nilai modulus elastisitas bending ........................................................ 53
Tabel 4.5. Nilai kekuatan impact .......................................................................... 56
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Variasi pola anyaman (a). Plain, (b). Twill, (c). Random .................. 6
Gambar 2.2. Tipe discontinuous reinforcement. (a) Aligned discontinuous fibers,
(b) off-axis aligned discontinuous fibers, (c) randomly oriented
discontinuous fibers, (d) particulate reinforcement, dan (e) hybrid
multiscale reinforcement. ................................................................. 10
Gambar 2.3. Tipe komposit serat, (a) Continuous fiber composite, (b) woven
composite, (c) chopped fiber composite, dan (d) hybrid composite . 11
Gambar 2.4. (a) Lamina dan (b) Laminate ............................................................ 11
Gambar 2.5. Serat kenaf yang telah dianyam ....................................................... 13
Gambar 2.6. Struktur mikro SEM (a) Untreatment NaOH, (b) Treatment NaOH 14
Gambar 2.7. Benang weft dan benang warp ......................................................... 15
Gambar 2.8. Anyaman plain ................................................................................. 16
Gambar 2.9. Anyaman twill .................................................................................. 16
Gambar 2.10. Anyaman satin................................................................................ 17
Gambar 2.11. Anyaman cross-ply ......................................................................... 17
Gambar 2.12. Anyaman unidirectional ................................................................. 18
Gambar 2.13. Three point bending ....................................................................... 21
Gambar 2.14. Four point bending ......................................................................... 23
Gambar 2.15. Skematik alat uji impact ................................................................. 26
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian ..................................................................... 29
Gambar 3.2. Proses menganyam twill ................................................................... 34
Gambar 3.3. Model lapisan komposit searah ........................................................ 34
xiv
Gambar 3.4. Spesimen uji bending ASTM D790-02 (mm) .................................. 35
Gambar 3.5. Spesimen uji impact ASTM D6110-04 (mm) .................................. 36
Gambar 3.6. Kuas 1/2″ .......................................................................................... 37
Gambar 3.7. Roller ................................................................................................ 37
Gambar 3.8. Cetakan uji bending dan impact ....................................................... 38
Gambar 3.9. Alat penganyam................................................................................ 38
Gambar 3.10. Timbangan digital .......................................................................... 38
Gambar 3.11. Jangka sorong ................................................................................. 39
Gambar 3.12. Kaca ................................................................................................ 39
Gambar 3.13. Alat uji Bending TORONTECH .................................................... 39
Gambar 3.14. Alat uji Impact GOTECH .............................................................. 40
Gambar 3.15. Lembaran serat goni ....................................................................... 41
Gambar 3.16. Hardener dan Epoxy....................................................................... 41
Gambar 3.17. Mirror glaze ................................................................................... 42
Gambar 3.18. Cairan NaOH .................................................................................. 42
Gambar 4.1. Grafik hasil uji bending anyaman twill ............................................ 47
Gambar 4.2. Hasil uji impact anyaman plain ........................................................ 49
Gambar 4.3. Grafik variasi anyaman terhadap kekuatan bending ........................ 51
Gambar 4.4. Grafik variasi anyaman terhadap modulus elastisitas bending ........ 54
Gambar 4.5. Grafik variasi anyaman terhadap kekuatan impact (HI) .................. 56
Gambar 4.6 Grafik kekuatan impact variasi anyaman dan helm SNI ................... 61
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Komposit merupakan salah satu jenis material yang dibuat dengan
menggabungkan dua macam bahan yang mempunyai sifat berbeda menjadi material
baru dengan sifat yang berbeda pula (Widiartha, et al., 2012: 92). Komposit pada
umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat sebagai pengisi (filler) dan bahan
pengikat serat yang disebut matrik (Pramono, et al., 2016: 212). Material komposit
yang diperkuat serat sistetis telah banyak digunakan saat ini. Penggunaan serat
sintetis sebagai penguat komposit memiliki dampak negatif pada lingkungan karena
limbahnya tidak dapat terurai secara alami (Muhajir, et al., 2016: 1). Oleh karena
itu, penggunaan serat alami menjadi solusi.
Saat ini serat alam banyak digunakan sebagai bahan baku untuk produk
otomotif (Ayrilmis, et al., 2011: 919). Penggunaan serat alam kenaf sebagai
penguat komposit merupakan langkah baik, mengingat keuntungan menggunakan
serat alam lignoselulosa kenaf sebagai sumber selulosa dengan keuntungan
ekonomis, ekologis, kepadatan rendah, non-abrasi selama pemprosesan, sifat
mekanik yang tinggi, dan biodegradabilitas (Nishino et al., 2003: 1281). Serat alam
memiliki karakteristik ringan, mudah didapat, mudah diolah, non-abrasif,
kepadatan rendah, biaya rendah, memiliki nilai kekuatan yang relatif baik, dan
mudah didaur ulang (Jawaid, et al., 2011: 5190). Serat alam banyak ditemukan di
Indonesia seperti serat goni, serat bambu, serat nanas, serat ijuk. Serat goni yang
2
berasal dari tanaman kenaf akan dijadikan sebagai penguat pembuatan komposit.
Sifat mekanik serat kenaf dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1.Sifat Mekanik Serat Alam (Arphita dan Yogesha, 2017: 2757)
Serat Tensile strength
(MPa)
Young’s modulus
(GPa) Elongation (%)
Kenaf 930 53 1,6
Bambu 290 17 -
Pisang 529-914 27-32 5,9
Rami 500 44 2
Pada Tabel 1.1 Serat kenaf memiliki kekuatan mekanik yang relatif baik
sebagai penguat komposit seperti kekuatan tarik 110-930 MPa dan Young modulus
4,3-53 MPa (Osman, et al., 2013: 188). Serat goni yang digunakan berasal dari
karung goni, karena pemanfaatan karung goni masih sebatas untuk mengemas hasil
pertanian dan industri. Serat goni selain untuk karung, juga dimanfaatkan sebagai
bahan kerajinan. Pemanfaatan serat goni menjadi penguat komposit merupakan
langkah yang tepat, guna meningkatkan fungsinya yang selama ini masih sebatas
karung goni dan untuk kerajinan tangan.
Anuar dan Zuraida, (2011: 462) menemukan bahwa penggunaan serat kenaf
meningkat signifikan sebagai sumber bahan alami yang berkontribusi terhadap
pengembangan aset yang ramah lingkungan untuk industri otomotif, industri
olahraga, kemasan makanan, dan industri furnitur. Serat merupakan salah satu
unsur dari komposit yang dapat menentukan karakteristik suatu bahan seperti
kekuatan, kekakuan, dan keuletan. Aspek lain yang menentukan karakteristik
komposit adalah pola anyaman serat. Kadir, et al., (2014: 16) meneliti pengaruh
pola anyaman terhadap kekuatan tarik dan bending komposit berpenguat serat
3
bambu dengan pola anyaman adalah plain, twill, dan random. Serat goni
diharapkan dapat menjadi bahan alternatif sebagai serat penguat komposit yang
memiliki keunggulan. Aplikasi dari komposit serat goni dengan matrik epoxy akan
digunakan sebagai bahan alternatif pembuatan batok helm di Indonesia.
1.2. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, maka dapat
mengidentifikasikan masalah sebagai berikut:
1. Pemanfaatan serat goni masih sebatas untuk karung dan kerajinan
tangan.
2. Perkembangan teknologi rekayasa bahan membutuhkan adanya bahan
penguat komposit alternatif pengganti serat sintetis yang murah dan
ramah lingkungan.
3. Perlu adanya pola anyaman untuk menghasilkan material komposit serat
goni untuk meningkatkan sifat komposit.
1.3. Pembatasan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, masalah yang dibahas
dalam penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal sebagai berikut:
1. Penguat yang digunakan sebagai bahan komposit adalah serat goni dan
resin epoxy sebagai matriknya.
2. Penguat bahan komposit penggunakan 1 lapisan anyaman serat goni.
3. Jenis epoxy resin dan hardener yang digunakan sebagai matrik pada
penelitian ini adalah bisphenol-A dan polyaminamida
4
4. Variasi pola anyaman goni yang digunakan adalah pola anyaman plain,
twill, dan random.
5. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian mekanik meliputi uji
bending dan impact.
6. Pengujian bending yang digunakan adalah three point bending dan
pengujian impact menggunakan Charpy Impact Strength Test.
7. Standar yang digunakan pada pengujian bending dan impact
menggunakan standart ASTM D790-02 dan ASTM D6110-04.
1.4. Rumusan Masalah
Berdasarkan batasan masalah yang telah diuraikan, rumusan masalah dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana kekuatan bending material komposit serat goni dengan
matrik epoxy menggunakan pola anyaman plain, twill, dan random?
2. Bagaimana kekuatan impact material komposit serat goni dengan matrik
epoxy menggunakan pola anyaman plain, twill, dan random?
1.5. Tujuan Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah yang telah diuraikan, tujuan penelitian ini
sebagai berikut:
1. Mengetahui kekuatan bending material komposit serat goni dengan
matrik epoxy menggunakan pola anyaman plain, twill, dan random.
2. Mengetahui kekuatan impact material komposit serat goni dengan
matrik epoxy menggunakan pola anyaman plain, twill, dan random.
5
1.6. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian ini dalam pembuatan bahan komposit adalah
sebagai berikut:
1. Hasil dari penelitian diharapkan dapat menjadi salah satu kontribusi bagi
dunia industri pembuatan helm berbasis serat alami.
2. Hasil penelitian diharapkan dapat menjadi referensi atau data
pembanding untuk pembuatan komposit dengan penguat serat goni.
3. Menambah wawasan dan ilmu pengetahuan bagi peneliti, kalangan
akademis, dan sebagai tambahan pustakan untuk Program Studi Teknik
Mesin.
6
BAB II
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1. Kajian Pustaka
Penelitian terdahulu yang relevan dijadikan sebagai kajian pustaka serta
acuan untuk penelitian yang akan dilakukan. Kadir, et al., (2014) melakukan
penelitian tentang pengaruh pola anyaman terhadap kekuatan tarik dan bending
komposit berpenguat serat bambu. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui pengaruh pola anyaman terhadap kekuatan tarik dan bending komposit
berpenguat serat bambu. Penelitian ini menggunakan tiga variasi anyaman yaitu
anyaman plain, twill, dan random. Hasil penelitian menunjukkan bahwa anyaman
plain memiliki kekuatan tertinggi dibanding dengan anyaman twill dan random,
dengan tegangan tarik sebesar 20,234 N/mm2 dan nilai kekuatan bending 41,707
N/mm2).
Penelitian yang dilakukan Kadir, et al., (2014) menunjukkan bahwa pola
anyaman mempengaruhi kekuatan tarik komposit, karena serat yang dianyam
memiliki ikatan antarmuka yang lebih baik dibandingkan dengan serat yang tidak
dianyam. Variasi anyaman plain, twill, dan random dijadikan sebagai acuan pada
penelitian ini untuk mengetahui kekuatan bending dan impact maksimum.
Gambar 2.1. Variasi pola anyaman (a). Plain, (b). Twill, (c). Random
(Sumber: Kadir, 2014: 12)
7
Purboputro dan Hariyanto, (2017) melakukan penelitian yang berjudul
“Analisis sifat tarik dan impak komposit serat rami dengan perlakuan alkali dalam
waktu 2, 4, 6, dan 8 jam bermatrik poliester”. Perlakuan alkali 5% NaOH terhadap
serat rami dapat membersihkan lapisan lilin (lignin dan kotoran) pada permukaan
serat sehingga menghasilkan kekuatan ikatan interfacial antara serat dengan matrik
polyester. Perlakuan serat dilakukan selama 0, 2, 4, 6, dan 8 jam, kekuatan tarik
bahan komposit serat rami memiliki kekuatan tarik dan modulus young tertinggi
pada perlakuan serat 8 jam dan 2 jam. Hasil kekuatan impak tertinggi didapat pada
perendaman 4 jam.
Hasil penelitian yang dilakukan Purboputro dan Hariyanto, (2017) pada
serat rami dengan perendaman 5% NaOH selama 4 jam dengan waktu terbaik
digunakan sebagai perlakuan alkalisasi serat goni pada penelitian ini. Penelitian
terdahulu menunjukkan bahwa pola anyaman dan perlakukan alkali mempengaruhi
kekuatan material komposit.
2.2. Landasan Teori
2.2.1. Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau
lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda
dimana satu material sebagai fasa pengisi (matrix) dan yang lain sebagai fasa
penguat (reinforcement) (Astika, et al., 2013: 115). Komposit pada umumnya
terdiri dari dua unsur, yaitu serat sebagai pengisi (filler) dan bahan pengikat serat
yang disebut matrik (Pramono, et al., 2016: 212). Material komposit memiliki
kegunaan pada berbagai bidang rekayasa dan industri serta tuntutan penggunaan
8
material yang murah, ringan, sifat mekanik yang baik dan tidak korosif, sehingga
dapat menjadi bahan alternatif selain logam (Saduk, et al., 2017: 121). Komposit
disusun oleh 2 unsur material yaitu :
1. Reinforcement
Bagian utama penyusun komposit adalah penguat (reinforcement)
yang berfungsi sebagai penerima distribusi tegangan atau menahan beban
pada komposit. Berdasarkan material pembentuknya, serat diklasifikasikan
menjadi serat alam dan serat sintetis. Serat alam adalah serat yang berasal
dari alam seperti serat tumbuhan dan hewan (Kadir, et al., 2014: 11). Serat
alam memiliki kelebihan ringan, mudah didapat, mudah diolah, non-abrasif,
kepadatan rendah, biaya rendah, memiliki nilai kekuatan yang relatif baik,
dan mudah di daur ulang (Jawaid, et al., 2011: 5190). Serat alam juga
memiliki kelemahan tidak tahan kelembaban, kualitas sangat bervariasi dan
tidak tahan terhadap temperatur tinggi.
Serat sintetis adalah serat yang terbuat dari bahan sistetis yang dibuat
dari bahan-bahan anorganik dengan komposisi kimia tertentu, seperti serat
gelas, karbon, kevlar, nylon dan lain-lain (Rahman dan Kamiel, 2011: 133).
Serat sintetis memiliki kekuatan tarik yang baik dibandingkan dengan serat
alam, namun penggunaanya memiliki dampak negatif pada lingkungan
karena limbahnya tidak dapat terurai secara alami.
2. Matrix
Matrix sebagai bagian terbesar dari material komposit dapat terbuat
dari tiga material dasar yaitu logam, polimer, dan keramik. Menurut
9
Callister, (2007: 596) komposit dibagi menjadi 3 berdasarkan matrik
penyusunnya,yaitu:
a. PMC (Polymer Matric Composite)
PMC jenis komposit dengan matrik polimer seperti epoxy, polyester,
polyamide. Keuntungan dari komposit ini adalah harganya murah,
kemudahan fabrikasi dan memiliki sifat mekanik yang cukup baik.
Kekurangan komposit jenis PMC adalah tidak tahan terhadap
temperatur tinggi.
b. MMC (Metal Matric Composite)
MMC jenis komposit dengan matrik logam. Keuntungan dari
komposit ini adalah memiliki sifat mekanik yang baik, ketahanan abrasi,
dan konduktivitas termal yang baik. Kekurangan matrik logam adalah
biaya mahal dibandingkan PMC dan penggunaan MMC terbatas.
c. CMC (Ceramic Matric Composite)
CMC jenis komposit dengan matrik keramik. Keuntungan dari
komposit ini adalah tahan terhadap oksidasi, temperatur tinggi,
ketangguhan dan kekuatan tinggi. Kekurangan komposit jenis CMC
memiliki tingkat kegetasan tinggi dan proses pembuatan yang mahal.
Berdasarkan penempatannya menurut Gibson, (1994: 6) 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. Komposit jenis ini paling
10
sering digunakan. Komposit tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan
antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh
matriknya.
2. Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)
Komposit bi-dirtectional tidak mudah dipengaruhi oleh pemisahan
antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan, 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 5 (Gibson, 1994: 220):
a. Aligned discontinuous fiber
b. Off-axis aligned discontinuous fiber
c. Randomly oriented discontinuous fiber
d. particulate reinforcement
e. hybrid multiscale reinforcement
Gambar 2.2. Tipe discontinuous reinforcement. (a) Aligned discontinuous
fibers, (b) off-axis aligned discontinuous fibers, (c) randomly oriented
discontinuous fibers, (d) particulate reinforcement, dan (e) hybrid
multiscale reinforcement.
(Gibson, 1994: 220)
11
4. Hybrid Fiber Composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat
lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat mengganti
kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Gambar 2.3. Tipe komposit serat, (a) Continuous fiber composite, (b)
woven composite, (c) chopped fiber composite, dan (d) hybrid composite
(Gibson, 1994: 6)
2.2.2. Jenis Lapisan Komposit
Terdapat dua jenis lapisan komposit berlapis berdasarkan arah serat lapisan
yaitu lamina dan laminate. Lamina adalah satu lembar komposit atau kumpulan
beberapa serat dengan arah serat tertentu sedangkan laminate adalah gabungan dari
dua atau lebih lamina dengan arah serat bervariasi.
Gambar 2.4. (a) Lamina dan (b) Laminate
(Campbell, 2010: 7)
12
2.2.3. Epoxy
Resin epoxy dibentuk dari reaksi in situ, dimana resin epoxy dan hardener
dicampur dalam satu tempat kemudian terjadi proses pengerasan (polimerisasi).
Resin digunakan pada banyak aplikasi seperti automotif, perkapalan, dan peralatan
elektronik. Resin epoxy memiliki keuntungan (Harper, 2000: 62) yaitu:
1. Mempunyai sifat adhesive yang baik untuk fiber dan resin.
2. Memiliki tingkat penyusutan yang rendah dan kestabilan dimensi yang
baik.
3. Tahan terhadap zat kimia dan stabil terhadap zat asam.
4. Fleksibilitas dan kekuatan tinggi.
5. Tahan terhadap korosi.
Tabel 2.1. Sifat mekanik resin epoxy (Callister, 2007)
Sifat Nilai
Modulus elastisitas (GPa)
Kekuatan tarik (MPa)
Elongasi (%)
Densitas (gr/cm3
2,41
27,6-90
3-6
1,11-1,40
2.2.4. Serat Goni
Komposit serat alam memiliki peran penting dalam industri otomotif dan
kontruksi. Serat alam seperti, jute, kenaf, abaca, dan rami banyak digunakan dalam
industri untuk membuat komposit dengan metode hand lay up atau metode mekanis
lainnya. Serat goni yang dibuat dari serat kenaf (Hibiscus cannabinus, L. family
Malvaceae) adalah tanaman memiliki panjang serat 3-5 mm (Widiartha, et al.,
13
2012: 92). Tanaman ini mudah dibudidayakan dan sangat adaptif diberbagai
lingkungan tumbuh seperti lahan tadah hujan, lahan banjir, dan lahan gambut.
Gambar 2.5. Serat kenaf yang telah dianyam
Tanaman kenaf merupakan salah satu tanaman penghasil serat alam yang
berasal dari batang (hard fiber). Serat kenaf menurut penjelasan Ciptandi, (2014:
36) telah dikembangkan di Indonesia sejak tahun 1978 pada program Intensifikasi
Serat Karung Rakyat (ISKARA). Serat kenaf kelas C atau serat serat goni saat itu
sebagian besar hanya dijadikan sebagai karung goni. Serat goni belum digunakan
secara optimal dan dianggap sebagai serat bernilai jual rendah dikarenakan tidak
ada eksplorasi yang memadai, terutama di bidang tekstil, serta kurangnya
pengembangan inovasi terhadap produk. Namun demikian, kualitas serat kenaf
kelas-a menarik pemilik industri bisnis untuk dijadikan sebagai bahan baku seperti
geo-textile, fiber board dan particle board. Berikut klasifikasi kualitas serat:
Tabel 2.2. Klasifikasi kualitas serat kenaf (Ciptandi, 2014: 37)
Kualitas serat Gambar Deskripsi Karakteristik Serat Kenaf
Kelas A
Serat lembut, putih, mengkilap, bersih dari
getah, dan tidak kusut.
Kelas B
Serat lembut dan mrngkilap bagus, masih
mengandung sedikit getah, sedikit kusut,
berwarna putih kusam.
Kelas C
Serat kasar dan kaku, masih mengandung
bagian kulit kayu, kusut, rapuh, kotor, dan
berwarna coklat kehitaman.
14
Tabel 2.3. Sifat mekanik dari serat kenaf (Osman, et al., 2013: 188)
Fiber Density
(gr/cm3)
Ultimate
tensile
strength
(MPa)
Young
modulus
(MPa)
Fiber
diameter
(mm)
Fiber
length
(mm)
Serat Kenaf 1,04 – 1,5 110 - 930 4,3 - 53 0,024 – 0,14 1 - 60
2.2.5. Perlakuan Alkali (NaOH)
Perlakuan alkali (NaOH) pada serat adalah untuk membersihkan kotoran
yang menempel seperti lignin (lilin), hemiselulosa dan mengurangi kandungan air
yang ada pada serat alam. Serat alam mempunyai sifat hydrophilic yaitu
kecenderungan suka dengan air, sedangkan resin polimer memiliki sifat
hydrophobic yang sukar bercampur dengan air. Pengaruh perlakuan alkali terhadap
sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan optimum air
mampu direduksi sehingga sifat alami hydrophilic serat dapat memberikan
kekuatan ikatan interfacial dengan matrik polimer secara optimal (Bismarck, et al.,
2002: 873). Larutan NaOH dipilih karena NaOH merupakan larutan basa yang
tegolong mudah larut dalam air dan termasuk basa kuat yang dapat terionisasi
dengan sempurna (Nurudin, et al., 2011: 210). NaOH digunakan pada penelitian ini
sebesar 5% berdasarkan penelitian yang dilakukan Purboputro dan Hariyanto,
(2017).
Gambar 2.6. Struktur mikro SEM (a) Untreatment NaOH, (b) Treatment NaOH
(Fiore, et al., 2015: 17)
15
2.2.6. Anyaman
Pola anyaman dapat mempengaruhi kekuatan komposit, selain bahan matrik
dan serat (Kadir, 2014: 12). Menganyam adalah mengatur bilah atau lembaran-
lembaran secara menindih atau saling menyilang. Bahan-bahan yang digunakan
untuk menganyam antara lain pandan, akar, serat alam, dan bahan yang digunakan
pada tekstil. Pola anyaman yang dikembangkan antara lain anyaman polos (plain),
twill, satin dan kombinasinya. Pola anyaman memiliki jenis orientasi warp dan weft
yang homogen maupun hibrida.
Gambar 2.7. Warp dan weft pada struktur anyaman
(Berthelot, 1999: 26)
Terdapat lima pola anyaman yang biasa digunakan yaitu, plain weave, twill
weave, satin weave, cross-ply weave, unidirectional weave (Berthelot, 1999: 26).
a. Anyaman Polos (Plain Weave)
Anyaman polos paling banyak digunakan karena memiliki pola yang paling
sederhana. Setiap serat saling menyilang dengan rumus 1x1 yang artinya
benang weft diatas benang warp dan seterusnya sehingga membentuk garik
kotak-kotak. Anyaman jenis ini memiliki tingkat kesulitan yang kecil dibanding
16
anyaman yang lain serta memiliki jumlah silangan dalam anyaman yang paling
banyak.
Gambar 2.8. Anyaman plain
(Berthelot, 1999: 27)
b. Anyaman Twill
Anyaman twill adalah anyaman dasar kedua, pada permukaan terlihat
anyaman dengan garis miring tidak putus, jika garis miring berjalan dari kanan
bawah ke kiri atas disebut twill kiri, sedangkan jika garis miring berjalanan dari
kiri bawah ke kanan atas disebut twill kanan. Anyaman twill memiliki jumlah
benang weft dan warp yang melewati satu sama lain sebelum ditemui dapat
bervariasi. Menenun twill 2x1 dilakukan dengan cara, satu benang warp diatas
dan dua benang weft di bawah, sedangkan untuk menenun twill 2x2, dua benang
warp diatas dan dua benang weft di bawah.
Gambar 2.9. Anyaman twill
(Berthelot, 1999: 27)
17
c. Anyaman Satin
Anyaman satin didefinisikan oleh sejumlah penggunaan, biasanya 4 atau 8
yang menunjukkan benang satin melewati 4 atau 8 benang warp. Hal ini
menyebabkan salah satu sisi anyaman sebagian besar benang satin dan sisi lain
benang warp. Anyaman satin memiliki daya tahan yang cukup baik dan bentuk
kompleks.
Gambar 2.10. Anyaman satin
(Berthelot, 1999: 27)
d. Anyaman Cross-Ply
Anyaman cross-ply dengan dua lapisan benang menyeberang yang berposisi
tanpa ikatan dan diikat menjadi satu oleh benang halus yang hampir tidak
terlihat pada kekuatan mekanik dari anyaman. Anyaman cross-ply tidak
terdapat ikatan menekan yang menimbulkan efek geser dan mengarah ke kain
mengakibatkan kekuatan yang sangat tinggi.
Gambar 2.11. Anyaman cross-ply
(Berthelot, 1999: 27)
18
e. Anyaman Undirectional
Anyaman searah (undirectional) yaitu benang sejajar ke arah benang weft,
dan benang weft disatukan oleh benang warp, sehingga anyaman ini
kebanyakan searah. Kekuatan mekanik maksimum diperoleh pada arah benang
weft.
Gambar 2.12. Anyaman unidirectional
(Berthelot, 1999: 27)
2.2.7. Fraksi Volum dan Fraksi Berat
Fraksi Volume komposit adalah perbandingan jumlah volume suatu unsur
pembentuk komposit terhadap jumlah volume total komposit. Hubungan Antara
fraksi volume dan fraksi berat saling berkaitan dengan massa jenis masing-masing
sehingga dapat menghitung massa serat dan matrik. Menghitung fraksi volume,
parameter yang harus diketahui adalah massa jenis matrik, massa jenis serat,
volume komposit dan berat serat. Parameter yang sudah diketahui digunakan untuk
menghitung massa serat dan massa matriks komposit dengan rumus sebagai berikut
(Berthelot, 1999: 11-12):
Rumus menghitung fraksi volume serat (Vf):
Vf = 𝑣𝑓
𝑣𝑐 ………………………………………………………..……..(2.1)
19
Rumus menghitung fraksi volume matriks (Vm):
Vm = 𝑣𝑚
𝑣𝑐 ………………………………………………………….(2.2)
Dimana jumlah fraksi volume komposit adalah 1 sehingga berlaku persamaan:
Vm = 1 – Vf ………………………………………………….……..(2.3)
Rumus menghitung massa serat (mf):
mf = νf x ρf ………………………………………………………..(2.4)
Rumus menghitung massa matrik (mm):
mm = νm x ρm ……………………………………………………….(2.5)
Keterangan: Vf = fraksi volume serat (%)
νf = volume serat (cm3)
νm = volume matrik (cm3)
Vm = fraksi volume matrik (%)
νc = volume komposit (cm3)
mf = massa serat (gr)
ρf = massa jenis serat (gr/cm3)
mm = massa matrik (gr)
ρm = massa jenis matriks (gr/cm3)
2.2.8. Pengujian Bending
Pengujian bending adalah proses pengujian material dengan cara di tekan
untuk mendapatkan hasil berupa data tentang kekuatan lengkung (bending).
Kekuatan bending adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat
pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau terjadinya kegagalan.
20
Besar kekuatan bending tergantung pada jenis material dan pembebanan, bagian
atas spesimen mengalami tekanan sedangkan bagian bawah mengalami tegangan
tarik. Material komposit tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima
sehingga spesimen mengalami kegagalan dan patah.
Proses pengujian bending memiliki 2 macam pengujian, yaitu three point
bending dan four point bending (Berthelot, 1999: 405-410). Perbedaan dari kedua
pengujian ini terletak pada bentuk dan jumlah point yang digunakan. Three point
bending menggunakan dua point pada bagian bawah sebagai tumpuan dan satu
point pada bagian atas sebagai penekan. Four point bending menggunakan dua
point sebagai tumpuan dan dua point sebagai penekan. Pengujian three point
bending dan four point bending memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing
seperti pada Tabel 2.3 karena tiap pengujian memiliki cara perhitungan yang
berbeda-beda.
Tabel 2.4. Kelebihan dan kekurangan pengujian three point bending dan four point
bending (Khamid, 2011).
Three Point Bending Four Point Bending
Kelebihan
Kemudahan persiapan spesimen dan
pengujian
Pembuatan point lebih mudah
Penggunaan rumus perhitungan lebih
mudah
Hasil pengujian lebih akurat
Kekurangan
Kesulitan menentukan titik tengah,
karena jika posisi point tidak ditengah
penggunaan rumus berubah
Kemungkinan terjadi pergeseran
menyebabkan benda uji pecah dan
patah tidak di tengah maka rumus yang
digunakan kombinasi tegangan
lengkung dengan tegangan geser
Pembuatan point lebih rumit
Dua point atas harus menekan dengan
bersamaan pada benda uji. Jika salah
satu point terlebih dahulu menekan
makan terjadi three point bending,
sehingga rumus yang digunakan
berbeda
21
a. Three Point Bending
Three point bending adalah pengujian yang menggunakan 2 tumpuan dan 1
penekan. Spesimen uji dikenai beban satu titik tepat dibagian tengah spesimen uji
(½ L). Pembebanan harus tepat berada pada ½ L, agar mendapatkan momen
maksimum pada pengujian. Standar yang digunakan adalah ASTM D790-02.
Gambar 2.13. Three point bending
Sumber: (Berthelot, 1999: 406)
Rumus perhitungan pengujian three point bending:
𝐼 =𝑏𝑑3
12 ………………………………………………..…………………..... (2.6)
Momen yang terjadi pada komposit dapat dihitung dengan persamaan:
M =1
2. P.
1
2. L
M =1
4P. L ……………………………….……….….………………...……. (2.7)
Tegangan bending dihitung menggunakan persamaan (ASTM D790-02: 4):
σ =M.𝑦
𝐼 …………………………………………...…………………………. (2.8)
σ =1
2.P.
1
2.L.
1
2.𝑑
1
12.𝑏.𝑑3
σ =3.P.L
2.b.d2 ………………………………………………….....………..…….. (2.9)
22
Regangan bending atau flexural Strain merupakan perubahan fraksional di panjang
permukaan luar benda uji berada di tengah bentang, dimana strain maksimum
terjadi. Ini dapat dihitung menggunakan persamaan:
ε =6.D.d
L2 ……………………………………………………………….…. (2.10)
Sedangkan untuk menentukan modulus elastisitas bending menggunakan rumus
sebagai berikut:
E =L3.m
4.b.d3 …………………………………………………..........…………... (2.11)
m =△P
△l …………………………………………………........…………..….. (2.12)
Keterangan:
𝜎 = Tegangan bending (N/mm2)
ε = Regangan bending
E = Modulus elastisitas (N/mm2)
M = Momen lentur (N.mm)
m = slope initial tangent (N/mm)
P = Beban yang diberikan (N)
L = Jarak antara titik tumpuan (mm)
b = Lebar spesimen (mm)
d = Tebal spesimen (mm)
D = Defleksi (mm)
I = Momen inersia pada penampang persegi (mm4)
l = Displacement (mm)
y = Jarak dari sumbu netral ke tegangan normal
23
b. Four Point Bending
Four point bending adalah pengujian dengan menggunakan 2 tumpuan dan
2 penekan. Spesimen uji dikenai beban dua titik yaitu tepat dibagian tengah
spesimen uji (1/4 L). Pembebanan metode ini lebih baik dibandingkan three point
bending dikarenakan adanya rentang pada spesimen yang menyebabkan tegangan
geser = 0. Sebagaimana sifat bahan terhadap suatu pembebanan akan mengalami
perubahan bentuk (deformasi) secara bertahap dari elastis menjadi plastis hingga
mengalami patah.
Gambar 2.14. Four point bending
Sumber: (Berthelot, 1999: 410)
Berdasarkan persamaan 2.3 diatas, bila digunakan metode pembebanan
four point bending maka akan mendapatkan tegangan bending maksimum yang
dapat dihitung menggunakan persamaan:
σ =M.𝑦
𝐼
σ =1
2.P.
1
4.L.
1
2.d
1
12.b.d3
σ =3.P.L
4.b.d2 …………………………………………………………….…. (2.13)
24
Keterangan:
𝜎 = Tegangan bending (N/mm2)
E = Modulus elastisitas (N/mm2)
M = Momen lentur (N/mm)
P = Beban yang diberikan (N)
L = Jarak antara titik tumpuan (mm)
b = Lebar spesimen (mm)
d = Tebal spesimen (mm)
Penelitian ini menggunakan pengujian three point bending karena untuk
metode four point bending memiliki dua point atas yang harus menekan dengan
bersamaan pada benda uji. Jika salah satu point terlebih dahulu menekan maka
terjadi three point bending, sehingga rumus yang digunakan berbeda.
2.2.9. Pengujian Impact
Pengujian impact merupakan uji mengukur kekuatan material terhadap
benturan dengan menumbuk benda kerja menggunakan pendulum. Tujuan
pengujian impact adalah untuk mengetahui kekuatan maksimum material saat
meneriman beban kejut. Pengujian impact terdiri dari dua teknik pengujian yaitu
charpy dan izod (Callister, 2007: 223). Spesimen charpy berbentuk batang dengan
penampang lintang bujur sangkar dengan takikan V. Beban didapatkan dari
tumbukan palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian h. Spesimen
diposisikan di dasar alat uji impact. Pendulum saat dilepas ujung pisau akan
menabrak dan mematahkan spesimen pada ditakikan yang bekerja sebagai titik
25
konsentrasi tegangan. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk mencapai
ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h.
Energi yang diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’) yaitu
energi potensial dan energi mekanik. Energi potensial adalah energi yang dimiliki
suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau kedudukan dari benda tersebut
dapat dikatakan dengan energi diam karena benda mengalami perubahan energi
potensial menjadi energi gerak. Energi potensial gravitasi dimiliki oleh benda
karena posisinya relatif terhadap bumi. Setiap benda yang memiliki energi potensial
gravitasi dapat melakukan kerja apabila benda tersebut bergerak menuju permukaan
bumi. Besarnya h adalah 0. Energi potensial dapat dirumuskan sebagai berikut:
Ep = m. g. h ………………………………………………….…….……..…. (2.14)
Energi mekanik merupakan gabungan dari energi potensial dan energi
kinetik dengan rumus sebagai berikut:
Em = Ep + Ek …………………………………………………….………..…. (2.15)
Besarnya energi kinetik adalah konstan, karena massa bandul tidak berubah.
Terdapat posisi tertinggi atau saat sudut bandul terbesar, energi potensial
mempunyai nilai terbesar dan energi kinetik sama dengan 0. Saat bandul
mempunyai ketinggian maksimum, bandul mempunyai kecepatan sama dengan 0
dan saat bandul tidak mempunyai ketinggian energi kinetik bandul adalah yang
terbesar.
Ek = ½ m. v2 ……………………………………………………….……..…. (2.16)
Sehingga dapat dihitung:
Em = Ep + Ek ………………………………………………………….…..…. (2.17)
26
= m. g. h + ½ m. v2
= m. g. h + 0
Gambar 2.15. Skematik alat uji impact
(Callister, 2007: 224)
Usaha yang dilakukan pendulum waktu memukul spesimen atau energi yang
diserap spesimen sampai patah dapat dihitung dengan rumus:
Eserap = (Ep + Ek) - energi tersisa
= m.g.h – m.g.h
= m.g. (h - R.cos 𝛼) – m.g. (h- R. cos 𝛽)
Eserap = m.g.R (cos 𝛽 – cos 𝛼)...................................................................... (2.18)
Dimana:
Eserap : Energi Serap (J)
Ep : Energi potensial
27
Ek : Energi kinetik
Em : Energi mekanik
m : Massa pendulum (kg)
g : gravitasi (9,81 m/s2)
R : Jarak lengan pengayun (m)
h : Jarak awal antara pendulum dengan benda uji (m)
h’ : Jarak akhir antara pendulum dengan benda uji (m)
𝛼 : Sudut pendulum sebelum diayunkan 30o
𝛽 : Sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen
𝐻𝐼 = 𝐸𝑠𝑒𝑟𝑎𝑝 /𝐴 ………...……………………………….………………... (2.19)
Dimana:
HI : Harga Impak (J/mm2)
A : Luas penampang di bawah takik (mm2)
Pengujian jenis izod mempunyai penampang lintang bujur sangkar dengan
takikan V di dekat ujung takikan. Perbedaan mendasar charpy dengan izod adalah
pada peletakan spesimen. Takik (notch) memiliki sudut 450 dengan kedalaman 2
mm seperti pada Gambar 2.15.
62
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka didapatkan beberapa
kesimpulan yaitu sebagai berikut:
1. Variasi anyaman twill pada komposit serat goni memiliki kekuatan bending
dan modulus elastisitas tertinggi diantara bentuk anyaman lainnya yaitu
sebesar 67,700 MPa dan 3,925 GPa. Hal ini disebabkan interaksi antara
matrik epoxy-serat goni yang lebih baik dengan pola anyaman 2/2.
Anyaman plain memiliki kekuatan bending dan modulus elastisitas sebesar
64,594 MPa dan 2,430 GPa. Anyaman random memiliki nilai kekuatan
bending 60,603 MPa dan modulus elastisitas 1,174 GPa.
2. Variasi anyaman plain pada komposit serat goni memiliki kekuatan impact
tertinggi dibandingkan dengan anyaman twill dan random yaitu sebesar
0,0143 J/mm2. Hal ini disebabkan anyaman plain dengan pola 1/1 memiliki
jumlah silangan anyaman paling banyak sehinga serat tidak mudah bergeser
membuat anyaman plain lebih kuat dan memiliki energi serap tinggi.
Anyaman twill dan random memiliki nilai kekuatan impact 0,0108 J/mm2
dan 0,0092 J/mm2.
5.2. Saran
Saran yang dapat diberikan terhadap penelitian pengaruh anyaman serat
goni material komposit adalah sebagai berikut:
63
1. Perlu penelitian lebih lanjut dengan menggunakan metode vacum pada
proses pembuatan spesimen komposit untuk mengurangi terbentuknya
rongga-rongga udara pada spesimen.
2. Perlu adanya pengamatan SEM untuk mengetahui struktur mikro patahan
bending dan impact komposit serat goni.
3. Perlu adanya penggunaan variasi anyaman yang berlapis untuk mengetahui
kekuatan bending yang optimal.
64
DAFTAR PUSTAKA
Anuar, H., dan A. Zuraida. 2011. Improvement in Mechanical Properties of
Reinforced Thermoplastic Elastomer Composite with Kenaf Bast Fibre.
Composites Part B 42 (3): 462–465.
Arphita.G.R dan B. Yogesha. 2017. An Overview on Mechanical Property Evaluation
of Natural Fiber Reinforced Polymers. Material Today : Proceding 4 : 2755-2760.
Astika, I. M., I. P. Lokantara, dan I. M. G. Karohika. 2013. Sifat Mekanis Komposit
Polyester dengan Penguat Serat Sabut Kelapa. Energi Dan Manufaktur 6(2):
115–122.
ASTM D 790-02. Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced
and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials. West
Conshohocken, United States: ASTM International.
ASTM D 6110-04. Standard Test Method for Determining the Charpy Impact
Resistance of Notched Specimens of Plastics. West Conshohocken, United
States: ASTM International.
Ayrilmis, N., S. Jarusombuti, V. Fueangvivat, P. Bauchongkol, dan R. H. White.
2011. Coir Fiber Reinforced Polypropylene Composite Panel for Automotive
Interior Applications. Fibers and Polymers 12(7): 919–926.
Berthelot, J.M. 1999. Composite Materials, Mechanical Behaviour and Structural
Analysis. Springer-Verlag, New York.
Bismarck, A., I. Aranberri-Askargorta, J. Springer, T. Lampke, B. Wielage, A.
Stamboulis, H. H. Limbach. (2002). Surface Characterization of Flax , Hemp
65
and Water Uptake Behavior. Polymer Composites 23(5): 872–894.
Blatt F. J. 1986. Principles of Physics: 2th. Allyn and Bacon, Inc. Boston.
Callister, W. D. dan D. G. Rethwisch. 2007. Materials Science and Engineering:
an introduction. 7th. United States of America: John Wiley & Sons, Inc.
Campbell, F. C. 2010. Introduction to Composite Materials: ASM International.
Ciptandi, F., K. Kahdar, dan A. Sachari. 2014. Quality Improvement of Raw
Material of Natural Fibre Preparation using Pectinase Enzyme Case Study:
The Harvest of Kenaf Fibre in Laren District , Lamongan Regency , East Java
6(10): 36–40.
Fiore, V., G. D. Bella, dan A. Valenza. 2015. Composites : Part B The Effect Of
Alkaline Treatment On Mechanical Properties Of Kenaf Fibers And Their
Epoxy Composites. Composites Part B, 68: 14–21.
Gibson, R. F. (2012). Principles of Composite Material Mechanics. 3rd. : Taylor &
Francis Group, LLC.
Harper, C. A. 2000. Modern Plastics Handbook / Modern Plastics. United States
of America: The McGraw-Hill Companies, Inc.
Jawaid, M., H. P. S. Abdul Khalil, dan A. Abu Bakar. 2011. Woven Hybrid
Composites: Tensile and Flexural Properties of Oil Palm-Woven Jute Fibres
Based Epoxy Composites. Materials Science and Engineering A, 528(15):
5190–5195.
Kadir, A., Aminur, dan Marzan. 2014. Pengaruh Pola Anyaman Terhadap Kekuatan
Tarik Dan Bending Komposit Berpenguat Serat Bambu. Jurnal Ilmiah Teknik
Mesin 6(1): 9–18.
66
Khamid, A. 2011. Rancang Bangun Alat Uji Bending Dan Hasil Pengujian Untuk
Bahan Besi Cor. Tugas Akhir. Program Studi Diploma III Teknik Mesin
Semarang.
Muhajir, M., M. A. Mizar, dan D. A. Sudjimat. 2016. Analisis Kekuatan Tarik
Bahan Komposit Matriks Resin Berpenguat Serat Alam Dengan Berbagai
Varian Tata Letak. Jurnal Teknik Mesin 24 (2): 1–8.
Mulyo, B. T. 2018. Analisis Kekuatan Impak pada Komposit Serat Daun Nanas
untuk Bahan Dasar Pembuatan Helm SNI. Skripsi. Program Studi Teknik
Mesin Universitas Negeri Semarang.
Nishino, T., K. Hirao, M. Kotera, K. Nakamae, dan H. Inagaki. 2003. Kenaf
Reinforced Biodegradable Composite. Composites Science and Technology
63(9): 1281–1286.
Nurudin, A., A. As’ad, dan W. Y. Atmodjo. (2011). Karakterisasi Kekuatan
Mekanik Komposit Berpenguat Serat Kulit Waru (Hibiscus Tiliaceus)
Kontinyu Laminat Dengan Perlakuan Alkali Bermatriks Polyester. Jurnal
Rekayasa Mesin, 2(3), 209–217.
Osman, E., A. Vakhguelt, S. Mutasher, dan I. Sbarski. 2013. Effect of Water
Absorption on Tensile Properties of Kenaf Fiber Unsaturated. Suranaree J.
Sci. Technol 20(3): 183–195.
Pankaj, P. Dilpreet, B. Chad, U. Sreekala, B. 2016. Influence of Hybridizing Flax
and Hemp-Agave Fibers with Glass Fiber as Reinforcement in a Polyurethane
Composite. North Dakota State University.
Pramono, M. D., M. Farid, dan S. T. Wicaksono. 2016. Pengaruh Komposisi
67
Material Biokomposit dengan Matriks Polyester Berpenguat Serat Alam
Terhadap Kekuatan Mekanik dan Fisik. Jurnal Teknik ITS 5(2): 212–215.
Purboputro, P. I., dan A. Hariyanto. 2017. Analisis Sifat Tarik Dan Impak Komposit
Serat Rami Dengan Perlakuan Alkali Dalam Waktu 2, 4, 6, Dan 8 Jam
Bermatrik Poliester. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 18(2): 64–75.
Rahman, M. B. N., dan B. P. Kamiel. 2011. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap
Sifat-sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik
Poliester. Jurnal Ilmiah Semesta Teknika 14(2): 133-138.
Saduk, M., dan F. P. Niron. 2017. Analisis Kekuatan Bending dan Kekuatan Impact
Komposit Epoxy Diperkuat Serat Pelepah Lontar. Jurnal Rekayasa Mesin
8(3): 121–127.
Sugiyono. 2011. Metode Penelitian Kuantitatif dan R&D. Bandung: CV Alfabeta.
Utomo, F. D. 2017. Pengaruh Variasi Anyaman Material Komposit Epoxy
Berpenguat Bilahan Bambu Terhadap Kekuatan Bending. Skripsi. Program
Studi Teknik Mesin Universitas Negeri Semarang.
Widiartha, I. G., N. H. Sari, dan Sujita. 2012. Study Kekuatan Bending dan Struktur
Mikro Komposit Polyethylene yang Diperkuat oleh Hybrid Serat Sisal dan
Karung Goni. Dinamika Teknik Mesin 2(2): 31–38.