i

PENGARUH FRAKSI VOLUME TERHADAP KEKUATAN IMPACT DAN FOTO MIKRO KOMPOSIT CAMPURAN SERAT KELAPA

DAN DURIAN

SKRIPSI

Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan

Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

oleh

Andri Agustian Razzak

5201412006

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2017

ii

iii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Yang bertanda tangan di bawah ini

Nama Mahasiswa : Andri Agustian Razzak

NIM : 5201412006

Program Studi : Pendidikan Teknik Mesin, S1

Fakultas : Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang

Dengan ini menyatakan bahwa skripsi dengan judul “Pengaruh Fraksi Volume

Terhadap Kekuatan Impact dan Foto Mikro Komposit Campuran Serat

Kelapa dan Durian” ini merupakan hasil karya saya sendiri dan belum pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di perguruan tinggi manapun.

Sumber informasi atau kutipan dari karya saya telah disebutkan dalam teks dan

tercantum dalam daftar pustaka.

Semarang, Maret 2017

Andri Agustian Razzak

NIM. 5201412006

iv

ABSTRAK

Razzak, Andri Agustian, 2017. Judul “Pengaruh Fraksi Volume Terhadap

Kekuatan Impak dan Foto Mikro Komposit Campuran Serat Kelapa dan Durian”.

Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

Rusiyanto, S.Pd., M.T. dan Dr. Rahmat Doni Widodo, S.T., M.T.

Kata Kunci : komposit serat,fraksi volume serat,kekuatan impact.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh fraksi

volume serat dan perlakuan alkali terhadap kekuatan impact dan foto mikro

komposit campuran serat kelapa dan serat durian.

Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah penelitian

eksperimen. Teknik analisis data yang digunakan pada penelitian ini adalah

statistik dekriptif, yaitu hasil dari beberapa pengujian dihitung nilai impact-nya

kemudian disajikan dalam bentuk tabel dan grafik. Bahan penelitian adalah serat

kulit durian dan serat sabut kelapa sebagai bahan penguat komposit, resin epoxyjenis Bisphenol A-epichlorohydrin sebagai matrik, dicampur dengan hardener jenis Polyaminoamide dan diberi perlakuan serat berupa perendaman larutan

NaOH 5% selama 1 jam. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara press hand lay-up.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan impact rata-rata untuk resin

epoxy tanpa serat adalah sebesar 0,0294 J/mm². Nilai impact rata-rata komposit

dengan variasi fraksi volume serat kulit durian 20% dan serat sabut kelapa 30%

yaitu sebesar 0,0784 J/mm². Nilai impact rata-rata komposit dengan variasi fraksi

volume serat kulit durian 20% dan serat sabut kelapa 40% yaitu sebesar 0,0866

J/mm². Nilai impact rata-rata komposit dengan variasi fraksi volume serat kulit

durian 20% dan serat sabut kelapa 50% yaitu sebesar 0,1150 J/mm². Nilai rata-rata

kekuatan impact tertinggi dihasilkan dari komposit dengan fraksi volume serat

kulit durian 20% dan serat sabut kelapa sebesar 50% yaitu mencapai 0,1150

J/mm². Peningkatan energi serap impact dan kekuatan impact secara signifikan

terjadi pada fraksi volume serat sabut kelapa 50% dan fraksi volume serat kulit

durian 20%. Fenomena yang terjadi pada spesimen serat adalah fiber pull outsedangkan pada spesimen epoxy mengalami patah getas dan spesimen bumpermengalami patah ulet.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dan pengamatan fenomena

yang terjadi selama proses penelitian maka dapat diambil kesimpulan bahwa

semakin besar penambahan fraksi volume serat terhadap komposit, maka semakin

besar nilai kekuatan impact yang dihasilkan. Penambahan serat sabut kelapa dan

serat kulit durian meningkatkan kekuatan impact komposit matrik epoxy.

Perlakuan alkali berpengaruh terhadap karakteristik serat dimana permukaan serat

menjadi lebih bersih.

v

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan

rahmat, hidayah dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

penyusunan skripsi yang berjudul “Pengaruh Fraksi Volume Terhadap

Kekuatan Impact dan Foto Mikro Komposit Campuran Serat Kelapa dan

Durian”.

Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari hambatan dan kesulitan, tetapi

berkat bimbingan dari dosen dan bantuan dari seluruh pihak penulisan skripsi ini

dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu penulis sampaikan terimakasih

kepada:

1. Dr.Nur Qudus, M.T., Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang

yang telah memberikan ijin penelitian di UNNES.

2. Rusiyanto, S.Pd., M.T., selaku pembimbing I yang telah memberikan

bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan skripsi.

3. Dr. Rahmat Doni Widodo, S.T., M.T., selaku pembimbing II yang telah

memberikan bimbingan dan pegarahan dalam penyusunan skripsi.

4. Dr. Heri Yudiono, S.Pd., M.T., selaku penguji skripsi yang telah memberikan

bimbingan, arahan, saran serta masukan dalam penyusunan skripsi.

5. Dr. Ir. Basyirun, S.Pd., M.T, IPP. Ketua Laboratorium Teknik Mesin

Universitas Negeri Semarang yang telah memberikan ijin penggunaan

laboratorium pengujian bahan UNNES.

vi

6. Imam Sukoco, SST. Teknisi laboratorium pengujian bahan Universitas

Negeri Semarang yang telah memberikan pengarahan selama melakukan

pengujian di laboratorium teknik mesin UNNES.

7. Kedua orang tua yang selalu mendoakan dan memberi motivasi.

8. Semua Pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini

yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.

Ibarat pepatah mengatakan tiada gading yang tak retak, penulisan skripsi

ini juga masih perlu banyak perbaikan, masukan, kritik dan saran yang

membangun sangat diharapkan agar skripsi ini lebih baik lagi.

Semarang, Maret 2017

Penulis

vii

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

1. Tomorrow is a dream, A day is yours. Do it now or never, cause you can’t

buy tomorrow.

2. Better three hours to soon than one minute to late

3. Taklukkan dirimu, maka kau dapat menaklukkan dunia

4. Takut dan bersandarlah hanya kepada ALLAH, maka kau akan merasakan

hidup dengan penuh kebahagiaan dan rasa syukur.

SKRIPSI INI SAYA PERSEMBAHKAN KEPADA :

1. Mama ,alm. papa dan adik-adikku yang selalu mendoakan

dan memberikan dukungan dan motivasi tanpa henti.

2. Keluarga besar, teman seperjuangan PTM S1 UNNES

angkatan 2012, teman-teman program PKL, PPL dan KKN.

3. Keluarga besar FT UNNES dan seluruh pihak yang telah

membantu dalam penyusunan skripsi ini.

4. Temanku yang aku semogakan menjadi teman hidup, selalu

mendukung dan menyemangatiku tanpa henti dengan penuh

cinta.

viii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL................................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN................................................................... ii

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ................................................... iii

ABSTRAK ................................................................................................ iv

PRAKATA ................................................................................................ v

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................ vii

DAFTAR ISI ............................................................................................ viii

DAFTAR SATUAN, SIMBOL DAN SINGKATAN .............................. x

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xv

BAB I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah ............................................................. 1

B. Identifikasi Masalah .................................................................... 4

C. Pembatasan Masalah ................................................................... 5

D. Rumusan Masalah ....................................................................... 5

E. Tujuan Penelitian ........................................................................ 6

F. Manfaat Penelitian ...................................................................... 6

BAB II. KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Teori

1. Komposit ................................................................................... 7

2. Klasifikasi Komposit................................................................. 7

3. Serat Alam (Natural Fiber) ....................................................... 9

4. Serat Kulit Durian (Durian Skin Fiber) .................................... 10

5. Serat Sabut Kelapa (Coconut fiber) .......................................... 11

6. Penempatan Arah Serat ............................................................. 13

7. Matrik ........................................................................................ 15

8. Katalis ....................................................................................... 17

9. Resin Epoxy............................................................................... 17

10. Fraksi Volume Komposit ........................................................ 18

ix

11. Perlakuan Alkali ...................................................................... 20

12. Sifat-sifat Mekanik .................................................................. 21

13. Uji Impact Charpy .................................................................. 22

B. Kajian Penelitian yang Relevan ................................................... 27

C. Kerangka Pikir Penelitian ............................................................ 28

BAB III. METODE PENELITIAN

A. Desain Penelitian .......................................................................... 30

B. Alat dan Skema Peralatan Penelitian ............................................ 30

1.Alat Uji Spesimen ...................................................................... 31

C. Spesimen Uji Impact .................................................................... 32

D. Diagram Alir Penelitian ................................................................ 33

E. Proses Penelitian

1. Pembuatan Serat Sabut Kelapa .............................................. 34

2. Pembuatan Serat Kulit Durian ............................................... 35

3. Proses Pembuatan Spesimen .................................................. 35

4. Proses Pengujian

4.1 Pengujian Impact .............................................................. 40

4.2 Uji Foto Mikro ................................................................. 41

F. Teknik Pengumpulan Data

1. Jumlah Kebutuhan Spesimen .................................................. 43

2. Pengujian Bahan ..................................................................... 43

G. Teknik Analisis Data ..................................................................... 44

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Hasil ........................................................................................ 45

2. Pembahasan ............................................................................. 60

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

1. Kesimpulan ............................................................................. 65

2. Saran........................................................................................ 66

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 67

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. 70

x

DAFTAR SIMBOL, SATUAN DAN SINGKATAN

Simbol Arti

ºC Derajat Celcius

º Derajat (sudut)

% Persen

² Kuadrat

³ Kubik

µ Mikron

νƒ volume serat

Vf Fraksi volume serat

Vc Volume komposit

νm Volume matrik

Vm Frkasi volume matrik

mƒ massa serat

�ƒ massa jenis serat

Mm masa matrik

�m masa jenis matrik

α Sudut pendulum sebelum diayunkan

ß1 Sudut setelah pendulum mematahkan spesimen

ß2 Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen

R Panjang lengan pendulum

w Berat pendulum

m Massa pendulum

xi

g percepatan gravitasi

A Luas penampang patahan spesimen

Sin Sinus

Cos Cosinus

V Voltage

Hz Hertz

xii

Satuan Arti

Kg Kilogram

gr Gram

MPa MegaPascal

GPa GigaPascal

gr/cm³ Gram per sentimeter kubik

µm Mikronmili

m Meter

cm Centimeter

cm³ Centimeter kubik

mm Milimeter

mm² Milimeter kuadrat

KJ/m² KiloJoule per meter kuadrat

Kgf/mm² KilogramForce per milimiter kuadrat

N Newton

m/s² Meter per detik kuadrat

N/mm² Newton per milimeter kuadrat

J Joule

xiii

Singkatan Arti

PP Polyprophylene

PE Polyethylene

EATC European Alliance for Thermoplastic Composites

NaOH Natrium Hidroksida

DSF Durian Skin Fibre

PMC Polymer Matrix Composite

PI Polyamide

PS Polysulfone

PEEK Polu Ether Ether Ketone

PPS Polyhenylene Sulfide

CMC Ceramic Matrix Composite

MMC Metal Matrix Composite

MEKPO Metil Ethyl Katon Peroxside

ISO Internasonal Standard Operation

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Komposisi Kimia Pada Kulit Durian dan Serat Kulit Durian ................... 11

2.2 Sifat Mekani Serat Kelapa dan Beberapa Serat Lain ................................ 12

2.3 Spesifikasi Resin Epoxy ............................................................................. 18

3.1 Perhitungan Fraksi Volume Matrik ............................................................ 36

3.2 Jumlah Kebutuhan Spesimen Pengujian Impact ........................................ 43

3.3 Hasil Pengujian Impact Charpy ................................................................ 43

4.1 Data Hasil Nilai Energi Impact Keseluruhan ............................................. 45

4.2 Data Hasil Kekuatan Impact Keseluruhan ................................................. 46

4.3 Signifikansi Perbandingan Nilai Energi Serap Impact .............................. 47

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Penampang Serat Kelapa............................................................................ 13

2.2 Tipe Komposit Serat ................................................................................. 15

2.3 Struktur Kimia Epoxy ................................................................................ 18

2.4 Skema Sudut Kerja Uji Impak Charppy ................................................... 23

2.5 Skema Sudut ß1 dan ß2 ............................................................................. 24

3.1 Mesin Uji Impact ...................................................................................... 31

3.2 Standar ISO 179 – 1 .................................................................................. 32

3.3 Diagram Alur Penelitian ............................................................................ 33

3.4 Skema Peralatan Penelitian ........................................................................ 40

3.5 Alat Uji Struktur Mikro ............................................................................ 42

4.1 Grafik Rata-rata Energi Serap Impact ....................................................... 45

4.2 Grafik Rata-rata Kekuatan Impact ........................................................... 46

4.3 Foto Mikro Variasi Serat Sabut Kelapa 30% ............................................. 53

4.4 Foto MikroVariasi Serat Sabut Kelapa 40% .............................................. 54

4.5 Foto Mikro Variasi Serat Sabut Kelapa 50% ............................................. 54

4.6 Foto Mikro Matrik Resin Epoxy Tanpa Serat ............................................ 55

4.7 Foto Mikro Bumper Mobil ........................................................................ 56

4.8 Penampang Patahan Spesimen Vf 30% .................................................... 57

4.9 Penampang Patahan Spesimen Vf 40% .................................................... 57

4.10 Penampang Patahan Spesimen Vf 50% .................................................. 58

4.11 Penampang Patahan Spesimen resein epoxy tanpa serat .......................... 59

xvi

4.11 Penampang Patahan Spesimen Sampel Bumper Mobil ........................... 59

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Dunia automotif merupakan industri yang berkembang sangat pesat, salah

satu hal yang menjadi perhatian adalah pemilihan jenis dan kualitas bahan baku

material untuk pembuatan komponen kendaraan. Pembuatan komponen tersebut

meliputi beberapa jenis material yang menjadi bahan baku utama seperti baja dan

plastik. Komponen bumper dan dashboard mobil menjadi salah satu contohnya,

selama ini bahan baku didominasi oleh penggunaan material plastik berupa

polypropylene (PP) dan polyethylene (PE). Menurut Satoru (2010: 1) “lebih dari

setengah material plastik yang digunakan dalam pembuatan komponen automotif

adalah polypropylene (PP), dikarenakan harganya yang cukup terjangkau dan

memiliki mampu cetak yang baik”. Selain itu, beberapa komponen lainnya dibuat

menggunakan bahan material lain berupa baja.

Beberapa tahun terakhir perkembangan dunia automotif berfokus pada

upaya untuk menurunkan total biaya, terutama biaya operasional kendaraan

dengan cara penurunan berat kendaraan sehingga mengurangi konsumsi bahan

bakar, hal ini berpengaruh besar kepada pemilihan jenis material bahan baku

pembuatan komponen kendaraan yang dipertimbangkan dari sisi berat material

tersebut terhadap berat kendaraan hasil produksi. Para engineer dan perusahaan-

perusahaan manufaktur automotif berlomba-lomba untuk menurunkan berat

kendaraan melalui upaya peningkatan performa material dan subtitusi dengan

material yang lebih ringan (Reinforced Plastics, 2004: 26-32).

2

European Alliance for Thermoplastics Composites (EATC) melaporkan

pada tahun 2010, rata-rata berat mobil ukuran sedang diperkirakan dapat

diturunkan dari 1.400 kg menjadi 1.150 kg dengan pemanfaatan material baru

yang bersifat lebih ringan, dalam hal ini adalah pemanfaatan plastik yang

meningkat 19% dari total berat kendaraan, serta penurunan sebanyak 10% berat

dari subtitusi baja dengan material lain (Reinforced Plastics, 2003: 8). Hal ini

membuka kesempatan bagi material-material lain yang memiliki kemampuan

mekanik yang baik untuk menjadi bahan baku alternatif pembuatan komponen

kendaraan, salah satu diantaranya adalah komposit.

Komposit sendiri saat ini menjadi salah satu material yang diunggulkan

sebagai bahan baku pembuatan komponen kendaraan, khususnya mobil. Bledzki

(2006: 453) menjelaskan bahwa ada banyak perusahaan automotif yang telah

menggunakan komposit berpenguat serat alam untuk berbagai komponen mobil

yang mereka produksi, diantaranya adalah Audi, BMW, FIAT, Opel, Peugeot,

Ford, Mitshubishi, Volkswagen, SEAT, Volvo, Renault dan Rover. Selain beberapa

produsen diatas, komponen pada mobil seri E-Class keluaran Mercedes-Benz

juga menggunakan komposit berpenguat serat alam sebagai bahan material

pembuatan komponen yang mencapai 50 jenis komponen kendaraan. Hal ini

menunjukkan bahwa potensi komposit berpenguat serat alam sebagai bahan

material pembuatan komponen kendaraan sangat besar.

Potensi tersebut menyebabkan penelitian tentang penggunaan serat alam

sebagai bahan penguat pada komposit meningkat pesat. Beberapa jenis serat alam

yang sudah pernah diteliti diantaranya adalah serat sabut kelapa dan serat kulit

3

durian. Wambua (2003: 1261) dalam penelitiannya mengatakan bahwa kekuatan

tarik dan modulus komposit meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi

volume serat sabut kelapa. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa

penambahan serat sabut kelapa sebagai bahan penguat komposit berpengaruh

positif terhadap peningkatan kekuatan mekaniknya. Hasil serupa juga terjadi pada

penambahan serat kulit durian untuk bahan penguat komposit sebagimana

dikemukakan oleh Triono (2010), bahwa penambahan serat kulit durian pada

pengujian kekuatan tarik komposit mempunyai nilai kekuatan yang meningkat

dibandingkan dengan kekuatan komposit yang tidak diperkuat dengan serat kulit

durian.

Hasil dari kedua penelitian di atas menunjukkan bahwa penambahan serat

kulit durian dan serat sabut kelapa meningkatkan kekuatan mekanik komposit,

namun sifat mekanik dari kedua serat masih bisa ditingkatkan dengan berbagai

cara maupun perlakuan. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan

menggabungkan kedua jenis serat sebagai bahan penguat komposit membentuk

komposit serat gabungan atau yang disebut hybrid fiber composite, maka

dimungkinkan akan menghasilkan komposit dengan sifat mekanik baru yang

diharapkan lebih tinggi dibandingkan dengan komposit yang diperkuat dengan

salah satu jenis serat saja. Perbandingan komposisi untuk campuran serat perlu

diteliti dengan mencoba beberapa variasi fraksi volume agar dapat mengetahui

ukuran perbandingan yang menghasilkan kekuatan mekanik tertinggi. Semakin

baik sifat mekanik yang dimiliki oleh suatu komposit maka akan semakin besar

potensi penggunaanya sebagai bahan baku pembuatan komponen kendaraan,

4

karena pada beberapa jenis komponen kendaraan contohnya bumper mobil,

membutuhkan kekuatan impact yang baik sehingga upaya untuk meningkatkan

kekuatan impact komposit perlu dilakukan. Penilitan yang akan dilakukan yaitu

pembuatan komposit dengan bahan penguat berupa dua jenis serat yaitu serat

sabut kelapa dan serat kulit durian yang ditujukan sebagai bahan baku pembuatan

bumper mobil. Pada penelitian ini digunakan resin epoxy sebagai matrik. Agar

penelitian ini lebih terfokus maka peneliti hanya meneliti serat sabut kelapa dan

serat kulit durian yaitu dari variasi penambahan fraksi volume serat pada matriks

resin epoxy, dimana komposisi serat kulit durian ditentukan berdasarkan nilai

awal terjadinya peningkatan sifat mekanik yang signifikan pada hasil uji tarik

penelitian sebelumnya yaitu sebesar 20%. Variasi fraksi volume serat sabut kelapa

sebesar 30%, 40% dan 50% ditentukan berdasarkan penelitian terdahulu dimana

penggunaan serat sebagai penguat komposit yaitu berkisar antara 0% sampai 50%,

sehingga peneliti mengambil 3 variasi tertinggi.

B. Identifikasi Masalah.

Berdasarkan latar belakang di atas, maka identifikasi masalah dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Perlu adanya subtitusi material baja dengan material lain yang lebih ringan

yaitu komposit sebagai bahan baku pembuatan komponen kendaraan

menyebabkan penelitian tentang komposit perlu dilakukan. Salah satu

jenis komposit yang digunakan yaitu komposit berpenguat serat alam.

5

2. Kekuatan mekanik komposit perlu ditingkatkan untuk pemafaatan sebagai

material subtitusi pengganti baja dalam pembuatan komponen kendaraan

3. Perlunya penelitian mengenai perbandingan fraksi volume serat sabut

kelapa dan serat kulit durian sebagai serat gabungan penguat komposit.

C. Pembatasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

1. Serat alam yang digunakan adalah serat sabut kelapa dan serat kulit durian.

2. Pengujian mekanik yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji impact

charpy dan uji struktur mikro.

3. Fraksi volume serat kulit durian yaitu sebesar 20%.

4. Variasi fraksi volume serat sabut kelapa yaitu 30%, 40% dan 50%.

5. Perlakuan alkali menggunakan larutan NaOH dengan konsentrasi 5%.

6. Matrik yang digunakan adalah matrik epoxy.

D. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari penelitian ini adalah:

1. Bagaimana hasil foto mikro komposit campuran serat kelapa dan durian

berbahan matrik epoxy.

2. Bagaimana pengaruh penambahan fraksi volume serat sabut kelapa dan

serat kulit durian terhadap kekuatan impact charpy komposit matrik

epoxy.

6

E. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Untuk mengetahui hasil foto mikro komposit campuran serat kelapa dan

durian berbahan matrik epoxy.

2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan fraksi volume serat sabut kelapa

dan serat kulit durian terhadap kekuatan impact charpy komposit matrik

resin epoxy.

F. Manfaat Penelitian

1. Menambah pengetahuan dan wawasan baru mengenai peningkatan sifat

mekanik komposit melalui penggunaan dua jenis serat alam yaitu serat

sabut kelapa dan serat kulit durian.

2. Memperoleh data kekuatan impact charpy dari komposit serat sabut kelapa

dan serat kulit durian, sehingga diharapkan dapat digunakan sebagai bahan

baku alternatif ramah lingkungan dan ekonomis dan dapat diterapkan

sebagai pengganti komposit sintetis maupun bahan non komposit.

3. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memperkaaya perkembangan

ilmu pengetahuan dibidang ilmu bahan pembuatan komposit berpenguat

serat alam.

7

BAB II`

KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Teori

1. Komposit

Komposit terdiri dari dua jenis material berbeda yang dibuat pada skala

makroskopik dimana ketika digabungkan akan meningkatkan sifat bahan yang

lebih baik daripada sifat dari masing–masing bahan pembentuknya. “beberapa

sifat dapat diubah dengan membentuk komposit tersebut seperti kekakuan,

kekuatan, reduksi massa, anti korosi, sifat thermal, kelelahan, dan keausan”

(Reddy,1945). Surdia dan Saito (1985: 280) menyatakan bahwa “pada umumnya

bahan komposit adalah kombinasi dari dua atau lebih bahan yang memiliki

sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing–masing komponennya,

berbeda bentuk baik secara fisika maupun kimia dan tidak saling melarutkan

antara materialnya”. Sementara itu, Van Vlack (1985: 591) mengatakan bahwa

“komposit terdiri dari dua (atau lebih) bahan yang berbeda yang membentuk suatu

kesatuan”.

2. Klasifikasi Komposit

Klasifikasi komposit dapat dibentuk dari sifat dan stukturnya. Schwartz,

(1984) dalam Rusmiyatno (2007) menjelaskan bahwa “bahan komposit dapat

diklasifikasikan kedalam beberapa jenis”.

Komposit dapat dibedakan berdasarkan matrik pembentuknya dan jenis

bahan penguatnya.

8

Berdasarkan matrik pembentuknya komposit dibagi menjadi:

1. CMC = Ceramic Matrix Composite

CMC atau komposit keramik yaitu komposit yang menggunakan bahan

keramik sebagai matrik pembentuknya.

2. PMC = Polymer Matrix Composite

PMC atau komposit polimer yaitu komposit yang menggunakan bahan

polimer atau plastik sebagai matrik pembentuknya.

3. MMC = Metal Matrix Composite

MMC atau komposit logam yaitu komposit yang menggunakan bahan

logam sebagai matrik pembentuknya.

Berdasarkan bahan penguatnya (reinforce) komposit dibedakan menjadi:

1. Penguat serat

Komposit Serat (Fibrous Composite)

Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak

keunggulan, oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak

dipakai. Bahan komposit serat tediri dari serat-serat yang diikat oleh

matrik yang saling berhubungan. Bahan komposit serat ini terdiri dari dua

macam, yaitu serat panjang (continuos fiber) dan serat pendek (short fiber

atau whisker). Serat yang digunakan sebagai penguat komposit memiliki

beberapa ketentuan diantaranya mempunyai diameter yang lebih kecil dari

diameter matrik namun harus lebih kuat, dan memiliki tegangan tarik yang

tinggi.

9

2. Penguat Partikuler

Komposit Partikel (Particulate Composite)

Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari

partikel-partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite).

Menurut definisinya, partikelnya berbentuk-beberapa macam seperti bulat,

kubik, tetragonal atau bahkan bentuk-bentuk yang tidak beraturan secara

acak, tetapi secara rata-rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel

umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit

keramik. Bahan komposit partikel pada umumnya lebih lemah dibanding

bahan komposit serat. Bahan komposit partikel mempunyai keunggulan,

seperti ketahanan terhadap aus, tidak mudah retak dan mempunyai daya

pengikat dengan matrik yang baik.

3. Serat Alam / Natural Fiber

Salah satu jenis komposit yang mulai banyak digunakan adalah komposit

dengan penguat berupa serat alam. “Potensi penggunaan komposit berpenguat

serat alam sangat besar dan akan terus meningkat karena memiliki banyak sifat

yang menguntungkan dibandingkan dengan serat sintetis” (Saxena, 2011: 121).

Serat alam merupakan serat yang diperoleh dengan cara memproses bagian

dari hewan, tumbuhan dan mineral. Serat alam dari tumbuhan biasanya didapat

dengan memproses bagian batang, daun, akar dan juga kulit. Contoh serat tersebut

diantaranya adalah rami kasar (flax), rami halus (hemp), goni (jute), kapas

(cotton), kapuk, sabut kelapa (coco fiber) dan serat kulit durian (durian skin

10

fiber). Dalam penelitian ini, serat alam yang akan digunakan adalah serat sabut

kelapa dan serat kulit durian.

4. Serat Kulit Durian (Durian Skin Fiber)

Nur Aimi et al., (2014) menerangkan bahwa buah durian atau yang memiliki

bahasa latin Durio zibethinus murray disebut sebagai raja dari semua buah (king

of fruits) dan menjadi salah satu pendapatan terbesar bagi para petani lokal di

negara Thailand, Malaysia dan Indonesia. Selama ini pemanfaatan durian hanya

dimanfaatkan sebagai tanaman buah sedangkan untuk bagian kulit buah hanya

menjadi limbah, padahal dalam satu buah durian mengandung sekitar 60 – 70%

serat kulit durian / Durian Skin Fiber (DSF).

Manshor et al., (2014) mengungkapkan, dari data yang diambil mentri

pertaniaan dan industri Malaysia, produksi buah durian diperkirakan mencapai

320.164 MT (Metrik Ton). Produksi pada tahun 2013 tersebut 20.000 lebih

banyak dibandingkan tahun sebelumnya. Pada setiap satu buah durian, hanya

sekitar 50-65 % daging buah yang dikonsumsi, itu artinya ada sekitar 45-55 %

yang dianggap sebagai bahan yang terbuang termasuk kulit,biji dan bagian lain.

Kemudian dari 250.000 MT, 60-70% setara dengan 85.000 MT yang terbuang

tersebut dikumpulkan. Pada umumnya, dari 1kg kulit durian yang terbuang,

mengandung 40% serat kulit durian yang dapat dimanfaatkan.

Limbah ini memiliki potensi yang baik untuk dapat dimafaatkan sebagai

bahan produk biomasa melalui penggabungan sebagai pengisi (filler) atau

penguatan kedalam matriks polimer. Penamabahan serat kedalam bahan polimer

11

harus mampu meningkatkan kinerja bahan dasar dan juga mengurangi kepadatan

serta menurunkan biaya akhir produk. Serat kulit durian hampir sama dengan serat

alam lainnya dimana pada serat kulit durian menggandung selulosa, hemiselulosa,

lignin dan komponen lain.

Masrol et al., (2015) meneliti tentang sifat mekanik kimiawi yang dimiliki

oleh kulit durian berserta serat kulit durian. Kandungan kimia pada durian adalah

sebagai berikut:

Tabel 2.1 komposisi kimia pada kulit durian dan serat kulit durian

(Masrol et al., 2015)

Chemical Composition Standard

Dried

durian

peel (%)

Dried

durian peel

fiber (%)

Durian

peel

(%)

Ash content TAPPI-T211-om-93 5,5 4,3 4,35

Alkohol-benzene-

solubilityTAPPI-T211-om-93 13,4 11,5 -

Ethanol-benzene-

solubilityTAPPI-T211-om-93 - - 16,65

Ethanol solubility TAPPI-T211-om-93 - - 2,68

Lignin(ash corrected) TAPPI-T211-om-93 10,9 10,7 15,45

Holocellulose Acid Chlorite’s Browing 47,1 54,2 73,54

a-cellulose TAPPI-T211-om-93 31,6 35,6 60,45

Hemi-cellulose - 15,5 18,6 13,09

5. Serat Sabut Kelapa (Coco Fiber)

Sabut kelapa adalah serat yang diambil dari penutup luar yang berserat dari

buah kelapa dan merupakan tanaman asli daerah tropis. Sabut juga dianggap

sebagai serat biji, meskipun penampilannya serupa dengan serat dari kulit pohon

12

dengan selulosa (sekitar 44%), lignin (45%), pektin dan senyawa terkait (3%),

serta air (5%). Dengan kandungan lignin yang lebih tinggi membuat serat lebih

keras dan kaku.

Serat sabut kelapa memiliki kekuatan dan modulus elastisitas yang rendah

dibandingkan dengan beberapa jenis serat alam lainnya, namun elongasi paling

tinggi diantara serat-serat lainnya seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.2

Tabel 2.2 Sifat mekanik serat kelapa dan beberapa serat lain

(Najib, 2010)

Fiber PropertiesTensile

Strenght(MPa)

Young’s Modulus

(GPa)

Elongation (%)

Density(gr/cm³)

Diameter(µm)

Length(mm)

Ramie bast

1050 61,5 3,6 – 3,8 1,5 – 1,6 40 - 80 6 - 26

Kenaf bast 930 53 1,6 1,4 200 2 - 6

Coco Shell 175 4 - 6 25 1,2

100 -

400-

Sisal leaf 835 9,4 - 22 2 - 4

1,16 –

1,550 - 200 1 -5

Bananabast 540 - 3 1,3 50 - 250 -

Penampang membujur dan penampang melintang dari serat sabut kelapa

ditunjukkan pada Gambar 1.1 dimana ada banyak rongga di dalam serat, dan kira-

kira sepertiga dari sebagian besar serat diisi oleh udara. Udara yang terperangkap

ini menimbulkan ketahanan dari serat, membuat serat dapat terapung di air, dan

meningkatkan waktu yang dibutuhkan untuk air agar dapat menembus serat. Sifat

13

sabut kelapa adalah kurang dapat dipengaruhi oleh kondisi basah dibanding serat

keras lainnya.

Ketebalan serat sabut kelapa membatasi produk yang dapat dibuat oleh sabut

menjadi kasar dan berat. Kekuatan sabut kelapa tidak tinggi,tetapi nilai elongasi

lebih tinggi dibandingkan dengan serat nabati lainnya, hingga 15-40%, juga

kurang rentan terhadap keriput dan rusak karena rongga berisi udara. Sabut kelapa

dapat menahan paparan semua jenis cuaca, sehingga serat praktis untuk digunakan

diluar ruangan.

Gambar 1.1 (a)Penampang membujur , (b)Penampang melintang

(Najib, 2010)

6. Penempatan Arah Serat

Gibson (1994) mengatakan bahwa “untuk memperoleh komposit yang kuat

harus dapat menempatkan serat dengan benar”. Berdasarkan penempatan serat,

terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

1.Continuous Fiber Composite

Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat panjang dan lurus,

membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering

14

digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini

dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.

2. Woven Fiber Composite (bi-dirtectional)

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan

seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya

yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan akan melemah.

3. Discontinuous Fiber Composite

Discontinuous Fiber Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek.

Tipe ini dibedakan lagi menjadi tiga yaitu:

a) Aligned discontinuous fiber

b) Off-axis aligned discontinuous fiber

c) Randomly oriented discontinuous fiber

Tipe acak sering digunakan pada produksi dengan volume besar karena faktor

biaya manufakturnya yang lebih murah. Kekurangan dari jenis serat acak adalah

sifat mekanik yang masih di bawah dari penguatan dengan serat lurus pada jenis

serat yang sama.

4. Hybrid Fiber Composite

Merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak.

Tipe ini digunakan supaya dapat mengganti kekurangan sifat dari kedua tipe serat

yang ada dan dapat menggabungkan kelebihannya. Dalam penelitian ini, komposit

yang akan dibuat dibentuk sesuai dengan tipe hybrid dimana komposit merupakan

gabungan dari dua buah serat, dalam hal ini serat yang dgunakan adalah serat

sabut kelapa dan serat kulit durian. Serat sabut kelapa disusun dengan tipe lurus

15

atau continuous sedangkan serat kulit durian disusun dengan tipe acak atau

chopped.

Continuous Fiber Composite Woven Fiber Composite

Randomly oriented discontinuous fiber Hybrid fiber composite

Gambar 2.2 Tipe Komposit serat

(Gibson. 1994)

7. Matrik

Reddy (1945) menjelaskan bahwa “Matrik dalam komposit berfungsi sebagai

bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, melindungi dari perusakan

eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser

antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan”. Matrik

memiliki kekuatan yang masing-masing seperti halnya kekuatan pada setiap jenis

serat yang berbeda beda. Matrik dibedakan menjadi 3 jenis berdasarkan fasa

pembentuknya, yaitu:

16

1. PMC (Polymer Matrix Composite)

Merupakan komposit yang menggunakan material polimer sebagai fasa

pengisi matrik. Contoh: Fiberglass dan polymer diperkuat dengan serat

karbon. Bahan Polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam

komposit ada dua macam adalah thermoplastic dan termoset. Thermoplastic

dan termoset ada banyak macam jenisnya yaitu:

a. Thermoplastic

− Polyamide (PI),

− Polysulfone (PS),

− Poluetheretherketone (PEEK),

− Polyhenylene Sulfide (PPS),

− Polypropylene (PP),

− Polyethylene (PE) dll.

b. Thermosetting

− Epoksi,

− Polyester.

− Phenolic,

− Plenol,

− Resin Amino,

− Resin Furan dll.

2. CMC (Ceramic Matrix Composite)

Merupakan komposit yang menggunakan material keramik sebagai fasa

pengisi matrik. Contoh: Karbon/Gelas, Boron

17

3. MMC (Metal Matrix Composite)

Merupakan komposit yang menggunakan material metal sebagai fasa

pengisi matrik. Contohnya: Karbon/Alumunium, Boron/Alumunium.

8. Katalis

Katalis ini digunakan untuk membantu proses pengeringan resin dan serat

dalam komposit. Waktu yang dibutuhkan resin untuk berubah menjadi plastik

tergantung pada jumlah katalis yang dicampurkan. Dalam penelitian ini jenis

katalis yang digunakan adalah katalis jenis metil ethyl katon peroxide (MEKPO)

yang berbentuk cair, berwarna bening. Semakin banyak katalis yang ditambahkan

maka akan semakin cepat proses curringnya, tetapi apabila pemberian katalis

berlebihan maka akan menghasilkan material yang getas ataupun resin bisa

terbakar. Penambahan katalis yang baik 1% dari volume resin. Bila terjadi reaksi

akan timbul panas antara 60 ºC – 90 ºC. Panas ini cukup untuk mereaksikan resin

sehingga diperoleh kekuatan dan bentuk plastik yang maksimal sesuai dengan

bentuk cetakan yang diinginkan.

9. Resin Epoxy

Salah satu jenis matriks sering digunakan adalah resin epoxy. Resin epoxy

mempunyai kegunaan yang luas dalam indutri kimia teknik, mekanik, dan sipil

sebagai bahan perekat, cat pelapis, dan benda-benda cetakan. Selain itu resin

epoxy mempunyai kekuatan yang tinggi, resin epoxy juga mempunyai ketahanan

kimia yang baik.

18

Ethoxyline resins atau yang lebih dikenal dengan resin epoxy memiliki

karakteristik dari 1,2-epoxy grup (I) per molekul Brydson (1999: 744).

O

Rumus molekul : CH CH

Gambar 2.3 Struktur Kimia Epoxy

(Brydson. 1999)

Resin epoxy memiliki beberapa sifat dan ditunjukkan dalam Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Spesifikasi Resin Epoxy

(Rusmiyatno, 2007)

Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal

Massa jenis gr/cm³ 1,17

Penyerapan air (suhu tuang) ºC 0,2

Kekuatan tarik Kgf/mm² 5,95

Kekuatan tekan Kgf/mm² 14

Kekuatan lentur Kgf/mm² 12

Temperatur Pencetakan ºC 90

10. Fraksi Volume Komposit

Dalam proses pembuatan komposit, salah satu yang harus dilakukan sebelum

memulai proses pembuatan komposit adalah menentukan dan menghitung

komposisi matrik dan serat yang akan digunakan. Perbandingan antara matrik

dengan serat akan menentukan karakteristik mekanik dari komposit tersebut

(Matasina M et al. 2014: 51). Umumnya perbandingan tersebut dapat ditunjukkan

H H

19

dalam bentuk fraksi volume serat (νƒ) atau fraksi berat serat (wƒ). Formulasi

kekuatan komposit sering lebih banyak menggunakan fraksi volume serat.

Berthelot J.M (1999: 11-12) mengatakan “fraksi volume serat dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan berikut”.

Rumus menghitung volume serat (νƒ):

νƒ = Vf x Vc ................................................................................................(1.1)

Rumus menghitung volume matrik (νm):

νm = Vm x Vc .............................................................................................(1.2)

Rumus menghitung massa serat (mƒ):

mƒ = νf x �ƒ ...............................................................................................(1.3)

Rumus menghitung massa matrik (mm):

mm = νm x �m ........................................................................................(1.4)

Keterangan:

νƒ = volume serat (cm³)

Vf = Fraksi volume serat (%)

Vc = Volume komposit (cm³)

νm = Volume matrik (cm³)

20

Vm = Frkasi volume matrik (%)

mƒ = massa serat (gr)

�ƒ = massa jenis serat (gr/cm³)

Mm = masa matrik (gr)

�m = masa jenis matrik (gr/cm³)

Analisis teoritis mengenai karakteristik mekanik komposit berdasarkan

pada bahwa ikatan antar matrik dan serat terjadi secara baik, meskipun pada

kenyataanya tidak demikian, karena pergeseran antara deformasi dan muka pasti

terjadi dalam komposit akibat pembebanan.

11. Perlakuan Alkali

Sifat mekanik dan fisik dari komposit yang diperkuat serat tergantung pada

beberapa parameter, salah satunya adalah perlakuan pada serat yaitu perlakuan

alkali (NaOH). Perlakuan NaOH pada serat dilakukan dengan tujuan untuk

membersihkan permukaan serat dari kotoran dan getah yang menempel sehingga

ikatan antar permukaan antara serat dan matrik menjadi lebih baik. Selain

mempunyai banyak keuntungan, serat alam juga memiliki banyak kelemahan,

diantaranya adalah kekuatannya yang rendah khususnya terhadap beban kejut,

kehandalannya juga rendah, tidak tahan pada suhu tinggi, kualitasnya sangat

bervariasi tergantung dari musim, umur, kondisi tanah, dan lingkungan. Untuk

mengatasi kelemahan tersebut, maka serat diberi perlakuan alkali (NaOH)

( Jorhans J.S Nesimnasi et al. 2015: 1-2).

21

Dalam penelitian ini dilakukan proses alkali dengan cara merendam serat

kedalam wadah berisi larutan NaOH konsentrasi 5%. NaOH konsentrasi 5%

dipilih karena “larutan NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut

dalam air dan termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna”

(Nurudin, 2011: 210). Kemudian, waktu perendaman dibedakan antara serat sabut

kelapa dengan serat kulit durian, hal ini dilakukan karena sifat dan karakter kedua

serat tersebut berbeda. Serat sabut kelapa direndam selama 1 jam, pemilihan

waktu perendaman didasarkan pada hasil penelitian yang dilakukan sebelumnya

bahwa perlakuan alkali menggunakan NaOH 5% selama 1 jam memberikan

pengaruh terhadap peningkatan kekuatan mekanik komposit serat sabut kelapa.

Serat kulit durian direndam selama 30 menit dengan asumsi bahwa kekuatan serat

durian dibawah serat sabut kelapa (sabut kelapa lebih kaku) sehingga memerlukan

waktu yang lebih sedikit dibandingkan serat sabut kelapa.

12. Sifat–sifat Mekanik

Sifat mekanik yaitu kemampuan suatu bahan atau material untuk menahan

suatu gaya dari luar baik statis maupun dinamis atau berupa tegangan. Pada saat

menahan beban, struktur molekul berada pada kesetimbangan. Ikatan pada

struktur menahan setiap usaha untuk mengganggu kesetimbangan bahan. Uji

impact merupakan pengujian yang dilakukan untuk mengetahui ketahanan

spesimen terhadap pembebanan yang diberikan dalam satu waktu tertentu (beban

kejut). Foto mikro merupakan pengujian untuk memeriksa benda uji setelah

mendapat perlakuan dan pengujian lain, juga untuk melengkapi informasi

22

rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi

spesifikasi bahan (Dieter, 1996: 277).

13. Uji Impact Charpy

Kekuatan impact merupakan salah satu jenis dari kekuatan mekanis. (Imron,

2010) mengatakan bahwa “secara umum pengujian impak bertujuan untuk

mengukur keuletan dan kegetasan bahan terhadap beban kejut”. Ada dua metode

pengujian impact yaitu impact charpy dan impact izod. Prinsip uji impact charpy

bertujuan untuk mengetahui tingkat ketahanan atau keuletan suatu bahan. Tenaga

pematahnya yaitu pendulum yang diangkat dengan sudut kurang dari 150º,

sehingga terdapat energi potensial. Pendulum sendiri digunakan untuk memukul

dan mematahkan spesimen. Setelah spesimen patah, bandul berayun kembali dan

nilai kekuatan impact akan dimunculkan pada alat uji impact. Semakin besar

energi yang diserap oleh spesimen, maka semakin rendah kecepatan ayunan

bandul karena membentur spesimen. Hasil uji impact suatu bahan dinyatakan

sebagai energi yang diserap per satuan luas penampang spesimen. Skema sudut

kerja pengujian impact dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut.

Gambar 2.4 Skema sudut kerja uji impact charpy.

(Imron, 2010)

23

Keterangan :

A = Posisi pendulum pada saat diletakkan pada support handle

B = Posisi pendulum pada saat menyentuh spesimen

C = Posisi tertinggi pendulum setelah mematahkan spesimen

α = Sudut pendulum sebelum diayunkan

ß1 = Sudut yang terbentuk setelah pendulum mematahkan spesimen

ß2 = Sudut ayunan pendulum tanpa spesimen

Besarnya energi potensial yang dibutuhkan pendulum sebelum mematahkan

spesimen adalah energi gesek dan dapat dicari dengan persamaan berikut :

Egesek = m.g.a

Egesek = w.a………………………………………………………...……,(2.1)

a = R – R.sin(90°- ß1)

= R – R.(sin90°cosß1 – cos 90° sin ß1)

= R – R.(1- cos ß1 – 0)

= R(1 – cos ß1) ....................................................................................(2.2)

Egesek = w.a

= w.R(1 – cos ß1) ....................................................................(2.3)

Gambar 2.5 Skema sudut ß1 dan ß2

24

Besarnya energi potensial yang dibutuhkan setelah mematahkan spesimen

adalah energi patah

Epatah = m.g.b

= w.b ........................................................................................(2.4)

b = R – R.sin(90°- ß2)

= R – R.(sin90°cosß2 – cos 90° sin ß2)

= R – R.(1- cos ß2 – 0)

= R(1 – cos ß2) ....................................................................................(2.5)

Epatah = w.a

= w.R(1 – cos ß2) ....................................................................(2.6)

Harga impact = ...................................................(2.7)

Keterangan :

R = panjang lengan pendulum (m)

w = berat pendulum (N)

m = massa pendulum (Kg)

g = percepatan gravitasi (9,8 m/s²)

A = luas penampang patahan spesimen (mm²)

Pada suatu konstruksi, keberadaan takik atau nocth memegang peranan yang

amat berpengaruh terhadap kekuatan impact. Adanya takikan pada kerja yang

salah seperti diskotinuitas pada pengelasan, atau korosi lokal bisa bersifat sebagai

pemusat tegangan (stress concentration). Adanya pusat tegangan ini dapat

menyebabkan material getas (brittle), sehingga patah pada beban di bawah yield

strength.

25

Tujuan penggunaan metode impact charpy seperti diatas adalah :

1. Untuk mengetahui kuat impak bahan pada benda uji.

2. Untuk mengetahui perhitungan impak bahan pada campuran yang berbeda

dari matrik epoxy berbahan serat kulit durian.

Cara melaksanakan uji impak adalah sebagai berikut :

Langkah Kerja

A. Menyiapkan Spesimen

1. Ampelas dan bersihkan permukaan spesimen dari bekas-bekas machining pada

spesimen yang memungkinkan salah ukur.

2. Langkah tersebut untuk seluruh spesimen.

B. Kodifikasi

1. Stamping diambil dan tiap spesimen ditandai dengan kode

C. Pengukuran Dimensi

1. spesimen diambil dan diukur dimensinya (sesuai standar ISO 179 – 1).

2. kode spesimen dan data pengukurannya dicatat pada lembar kerja.

3. Pengukuran diulangi untuk semua spesimen.

D. Pengkondisian Spesimen Pada Temperatur Kerja

Pengujian impak dilakukan pada temperatur kamar

Untuk temperatur kamar, spesimen bisa langsung diuji.

26

E. Pengujian pada Mesin Uji Impact

1. Data mesin dicatat pada lembar kerja.

2. Bandul ditempatkan pada posisi awal untuk pengujian.

3. Spesimen diambil dan diletakkan pada tempatnya secara tepat.

4. Posisi tangan kanan pada pin pengunci beban dan tangan kiri pada rem.

5. Pin pengunci beban ditekan, sehingga bandul meluncur menimpa spesimen.

6. Rem ditekan ketika bandul hendak mengayun untuk yang kedua kalinya.

7. Mengamati dan mencatat besarnya sudut dan besarnya energi yang

ditunjukkan oleh layar.

9. Langkah tersebut diulangi untuk seluruh spesimen.

2. Kajian Penelitian yang Relevan

Triono (2010) melakukan percobaan dengan menggunakan resin epoxy yang

diperkuat dengan serat kulit durian yang divariasikan volumenya yaitu 0%, 20%,

30%, 40% dan 50%. Hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa setiap

penambahan fraksi volume serat kulit durian mengakibatkan nilai kekuatan tarik

mengalami peningkatan, dengan nilai optimum terjadi pada spesimen dengan

fraksi volume serat kulit durian 50% yaitu sebesar 42,23 N/mm². Nilai kekuatan

tarik terendah terjadi pada spesimen dengan fraksi volume serat kulit durian 0%

(tidak dilakukan penambahan serat) sebesar 16,52 N/mm². Hal ini menunjukkan

perlakuan penambahan serat kulit durian akan meningkatkan kekuatan tarik

komposit resin epoxy.

27

Penelitian tentang penggunaan serat alam gabungan yang dilakukan oleh

(Herwandi et al., 2014) berjudul “Pengaruh Volume Serat Rekel Terhadap

Kekuatan Tarik dan Impact Komposit Sebagai Bahan Pembuatan Dashboard

Mobil” dengan hasil penelitiannya mengatakan bahwa nilai maksimum pengujian

tarik adalah 30,05 Mpa yang berasal dari ukuran panjang serat resam dan serat

kelapa 20 mm dan prosentase volume serat 25% dari komposit. Nilai modulus

elastisitas pada ukuran panjang serat resam dan serat kelapa 20 mm dan

prosentase volume serat 30% dari komposit adalah 2.425 Mpa. Kemudian untuk

nilai regangan yang paling tinggi adalah 1,65% yang berasal dari ukuran panjang

serat resam dan serat kelapa 20 mm dan prosentase volume serat 25% dari

komposit. Nilai maksismum uji impact sebesar 67,8 KJ/m² yang berasal dari

ukuran serat resam dan serat kelapa 20 mm dan prosentase volume serat 35% dari

komposit. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa uji tarik dan uji impak sudah

memenuhi standar plastik yang digunakan pada dashboard mobil.

Dari kedua penelitian terdahulu yang relevan, dapat dilihat bahwa penelitian-

penelitian yang sudah dilakukan belum memperlihatkan hasil kekuatan impact

komposit dengan menggunakan serat alam gabungan berupa serat sabut kelapa

dan serat kulit durian. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh

penambahan serat gabungan kelapa-durian agar diketahui kekuatan impact

komposit matrik epoxy berbahan serat alam gabungan antara serat sabut kelapa

dan serat kulit durian.

28

3. Kerangka Pikir Penelitian

Kerangka berpikir merupakan model konseptual tentang bagaimana teori

berhubungan dengan berbagai faktor yang telah diidentifikasi sebagai hal yang

penting, jadi dengan demikian maka kerangka pikir adalah sebuah pemahaman

yang melandasi pemahaman-pemahaman yang lainnya (Sugiyono, 2010: 60).

Kekuatan yang dimiliki oleh serat yang terdiri dari dua jenis serat yang

berbeda berupa serat panjang dan serat pendek mampu menghasilkan kekuatan

mekanik yang baik karena mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh masing-

masing jenis serat, maka dari itu penelitian yang dilakukan adalah dengan

menggunakan dua jenis serat alam sebagai penguat komposit. Pengujian yang

telah dilakukan adalah pengujian tarik, namun hasil yang ditemukan dalam

pengujian ini adalah kekuatan impact bahan uji. Kekuatan impact belum dapat

diketahui karena belum diujikan.

Sifat dan kekuatan mekanik suatu komposit dapat ditingkatkan dengan

berbagai cara seperti misalnya penambahan penguat berupa serat alam. Serat yang

digunakan bisa terdiri dari satu atau lebih jenis serat alam. Gibson (1994)

mengatakan “kekuatan yang dimiliki oleh serat yang terdiri dari dua jenis serat

yang berbeda berupa serat panjang dan serat pendek mampu menghasilkan

kekuatan mekanik yang baik karena mengatasi kekurangan yang dimiliki oleh

masing-masing jenis serat, komposit jenis ini dinamakan hybrid fiber composit”.

Penelitian penambahan serat alam yaitu serat sabut kelapa dan serat kulit

durian dilakukan untuk menentukan apakah pemanfaatan serat alam gabungan dan

memberikan variasi fraksi volume yang berbeda antara serat dan matrik dapat

29

berpengaruh terhadap kekuatan impak bahan dengan cara serat alam dibersihkan

lalu dilakukan perendaman pada larutan NaOH 5% selama 1 dan 2 jam (perlakuan

alkali). Setelah kering serat disikat dan diluruskan yang kemudian selanjutnya

dijadikan serat sebagai penguat komposit matrik epoxy. Komposit serat sabut

kelapa dan serat kulit durian ini dapat menambah kekuatan impak sehingga

mampu memberikan informasi di lapangan yaitu dunia industri dan automotif

mengenai pemanfaatan serat alam sebagai bahan penguat komposit.

65

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut:

1. Fraksi volume serat sabut kelapa sebesar 30%, 40% dan 50% dan fraksi

volume serat kulit durian sebesar 20% berpengaruh terhadap energi serap

impact dan kekuatan impact komposit campuran serat sabut kelapa dan serat

kulit durian berbahan matrik epoxy dengan nilai kekuatan maksimum diperoleh

dari variasi fraksi volume serat sabut kelapa 50%, sehingga dapat diketahui

bahwa semakin besar fraksi volume serat sabut kelapa yang digunakan maka

energi serap impact dan kekuatan impact komposit yang dihasilkan semakin

meningkat.

2. Hasil pengujian foto mikro menunjukkan bahwa perlakuan alkali yaitu

perendaman serat kedalam larutan NaOH berpengaruh terhadap karakterisrik

serat dimana serat alam menjadi lebih bersih dan zat yang menempel pada

permukaan serat seperti selulose menjadi berkurang. Hasil patahan spesimen

uji impact untuk komposit serat campuran serat sabut kelapa dan serat kulit

durian yaitu terjadi fiber pull out pada serat sabut kelapa yang menunjukkan

bahwa beban impact diterima dengan baik oleh serat sebagai penyerap energi,

dimana serat mengalami dampak langsung berupa pembeban dan difokuskan

oleh adanya takikan sehingga ada sedikit serat yang tidak mampu menahan

beban dan akhirnya tertarik keluar matrik.

66

B. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka saran yang diberikan

guna penelitian selanjutnya yaitu:

1. Pada penelitian yang selanjutnya fraksi volume serat sabut kelapa dapat

divariasikan lagi dengan komposisi diatas 50% untuk mengetahui fenomena

yang terjadi apabila fraksi volume serat sabut kelapa ditambah, apakah terjadi

peningkatan ataukan penurunan terhadap energi serap impact dan kekuatan

impact komposit.

2. Fraksi volume serat kulit durian dapat ditambah untuk melihat pengaruh

dari penambahan fraksi volume serat kulit durian terhadap energi serap impact

dan kekuatan impact komposit.

3. Perlakuan alkali dapat divariasikan lagi baik dari jenis larutan, tingkat

konsentrasi, jumlah larutan maupun lama waktu perendaman untuk mengetahui

bagaimana perlakuan alkali yang tepat untuk meningkatkan karakteristik serat

yaitu serat menjadi kuat dan bersih sehingga ikatan serat dan matrik baik.

67

DAFTAR PUSTAKA

A, J., Brydson. 1999. Plastics Materials (7th

Ed). London: Butterworth

Heinemann Ltd.

Berthelot, J.M. 1999. Composite Materials Mechanical Behavior And Atructural

Anaiysis.

Bledzki A. K., Faruk O., Sperber V.E.. 2006.Cars from biofibers, macromolecular

Materials and Engineering. 291, 449 – 457.

Dieter. 1996. Metalurgi Mekanik. Jakarta: Erlangga.

Gibson, F., R. 1994. Principles of Composite Material Mechanic (International

Edition) . New York: Mc Graw Hill.

Herwandi, Sugianto, Somawardi. 2014. Pengaruh Volume Serat Rekel Terhadap

Kekuatan Tarik dan Impact Komposit Sebagai Bahan Pembuatan

Dashboard Mobil.Seminar Nasional Sains dan Teknologi Fakultas

Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta.

Imron, Muhammad.2010. Kajian Ketahanan Kejut ( Impact) Beton Kertas Pada

Variasi Campuran.Skripsi: Universitas Sebelas Maret.

ISO Standards, 179-1. Plastics – Determination of Charpy Impact Properties,

Berlin, Germany: European Standard (2000).

Jorhans, J., S., Nesimnasi, B. Kristomus, Y. M Pell. 2015. Pengaruh Perlakuan

Alkali (NaOH) Pada Serat Agave Cantula Terhadap Kekuatan Tarik

Komposit Polyester.Jurnal Teknik Mesin: 2/1 : 29 – 38

M,Satoru., W, Tsuyoshi., K, Susumu. 2010. Polypropylene Compounds for

Automotive Applications. Sumitomo Chemical Co., Ltd.

68

Manshor, M.R, H. Anuar, M.N Nur Aimi, M.I Ahmad Fitre, W.B Wan Nazri, S.M

Sapuan, Y.A El-Shekeil, M.U. Wahid . 2013. Mechanical, Thermal and

Morphological Properties of Durian Skin Fibre Reinforced PLA

Biocopmposites. Elsevier B.V.

Matasina M. B. Kristomus, U.t Jahriwan Jasron. 2014. Pengaruh Perendaman

Terhadap Sifat Mekanik Komposit Polyester Berpenguat Serat Buah

Lontar. Internasional Standard Serial Number (ISSN).

Najib, Muhammad. 2010. Optimasi Kekuatan Tarik Komposit Serat Rami

Polyester. Skripsi: Universitas Sebelas Maret

Nawanji, Prasetyo, K. Ari, Wibowo dan Wijoyo. 2013. Kajian Kekuatan Kejut

Biokomposit Serat Serabut Kelapa Sebagai Bahan yang Ramah

Lingkungan. Skripsi : Universitas Negeri Surakarta.

Nur, N Aimi., H.Anuar, M.R. Manshor, W.B. Wan Nazri, S.M. Sapuan. 2014.

Optimizing The Parameters in Durian Skin Fiber Reinforced

Polypropylene Composites by Response Surface Methodology.

Malaysia:Elsevier B.V

Nurudin, Arif. A.Achmad As’ad Sonief, W. Yahdi Atmodjo. Karakteristik

Kekuatan Mekanik Komposit Berpenguat Serat Kulit Waru (Hibicus

Tiliaceus) Kontinyu Laminat Dengan Perlakuan Alkali Bermatriks

Polyester. Rekayasa Mesin: 2/3.

Reddy, J., N. 2004. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells.

Florida: CRC Press LLC.

69

Reinforced Plastics. 2003. Industry News Letters : Thermoplastics Gain Ground

in Auto Market. Elsevier Advanced Technology. Kidlington,

OXFORD,U.K.

Reinforced Plastics. 2004. Industry News Letter : Cars Makers Increase Their

Use of Composites. Elsevier Advanced Technology. Kidlington,

OXFORD, U.K.

Rizal, Shaiful Masrol, H.Mohd Irwan Ibrahim, A. Sharmiza. 2015. Chemi

mechanical Pulping of Durian Rinds.2nd International Materials,

Industrial, and Manufacturing, MIMEC2015, Bali Indonesia. Elsevior.

Rusmiyatno, Fandhy. 2007. Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan

Tarik dan Kekuatan Bending Komposit Nylon/Epoxy Resin. Skripsi :

Universitas Negeri Semarang.

Saxena, M., Pappu, A., Haque, R & Sharma A. 2011. Sisal Fiber Based Polymer

Composites an Their Applications Cellulose Fibers: Bio- and Nano

Polymer Composites. Springer Book ISBN 13 783642173691.

Sugiyono. 2010. Metode Penelitian Pendidikan. Bandung:Alfabeta.

Surdia, Tata. dan Saito, S.1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta. P.T. Pradnya

Triono, 2010.Pengaruh Fraksi Volume Serat dan Resin Epoxy Terhadap Kekuatan

Tarik Komposit Serat Durian. Skripsi: Universitas Negeri Semarang.

Van Vlack, L., H. 1985. Ilmu dan Teknologi Bahan ( 5th

Ed). Bandung: Erlangga.

Wambua P, I. Jan, I.Verpoest. 2003. Natural Fibres: Can They Replace Glass in

Fibre Reinforced Plastics?. Departement of Metallurgy and Materials

Engineering, 44 B-30001 Leuven, Belgium. Elsevier B.V.