pengaruh perlakuan kimia pada serat kelapa (coir fiber terhadap sifat mekanis komposit...

PENGARUH PERLAKUAN KIMIA PADA SERAT KELAPA (Coir fiber)

TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT DENGAN MATRIK POLYESTER

TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

LUKAS PRABOWO NIM : 025214058

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2007

THE EFFECTS OF CHEMICAL TREATMENT ON THE COIR FIBER TO THE MECHANICAL PROPERTIES

OF THE FIBER COMPOSITE WITH POLYESTER MATRIX

FINAL PROJECT

Pressented as Partial Fulfillment of The Requirements to Obtain

The Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By :

LUKAS PRABOWO

Student Number : 025214058

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2007

ii

HALAMAN PERSEMBAHAN

…..

My Father and Mother…

My Brothers…

My Friends…

v

INTISARI

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh

perendaman NaOH dan KMnO4 terhadap kekuatan mekanis komposit serat

kelapa.

Serat kelapa yang akan dibuat komposit direndam terlebih dahulu dalam

larutan NaOH selama 1 jam, lalu direndam dalam larutan KMnO4 selama 1 jam,

dilanjutkan lagi direndam dalam larutan aquades selama 10 menit pada suhu 50º

C. Pembuatan komposit menggunakan cetakan dari kaca dengan ukuran 250 x 200

x 4 mm dan 150 x 60 x 10 mm. Fraksi volume serat yang digunakan adalah 10%

dengan orientasi serat acak. Bentuk geometri benda uji mengacu pada standar

ASTM A370 untuk uji tarik dan uji impak komposit serta ASTM D638-1 untuk

uji tarik matrik pengikat.

Dari hasil pengujian, didapat harga keuletan tertinggi pada komposit serat

tanpa perendaman, sedang kekuatan tarik dan regangan tertinggi terjadi pada

matrik pengikat. Jenis patahan yang terjadi adalah patah debonding, getas, dan

campuran.

viii

DAFTAR ISI

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

TITLE ..................................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv

HALAMAN PERSEMBAHAN .............................................................................. v

HALAMAN PERNYATAAN .................................................................................. vi

KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii

INTISARI ................................................................................................................ viii

DAFTAR ISI ............................................................................................................ ix

DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................. xvi

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1

1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 4

1.4 Sistematika Pembahasan .............................................................. 5

BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 5

2.1 Komponen penyusun Komposit ................................................... 6

2.2 Klasifikasi Komposit ................................................................... 7

2.3 Komposit Serat ............................................................................. 8

2.3.1 Serat ................................................................................ 9

2.3.1.1 Jenis Serat ............................................................ 9

2.3.1.2 Bentuk Serat ....................................................... 9

2.3.1.3 Prosentase Jumlah Serat ....................................... 10

2.3.1.4 Orientasi Serat ...................................................... 12

2.3.2 Matrik ............................................................................. 12

2.3.3 Bahan-bahan Tambahan ................................................. 14

2.4 Uji Impak ..................................................................................... 15

ix

2.5 Uji Tarik ....................................................................................... 16

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 18

3.1 Skema Alur Penelitian ................................................................. 18

3.2 Persiapan Benda Uji ..................................................................... 19

3.2.1 Alat dan Bahan .............................................................. 19

3.2.1.1 Resin .............................................................. 20

3.2.1.2 Serat ............................................................... 20

3.2.1.3 Katalis ............................................................ 22

3.2.1.4 Release Agent ................................................ 22

3.2.2 Perhitungan Larutan Kimia ........................................... 23

3.2.2.1 Konsentrasi Larutan NaOH ............................ 23

3.2.2.2 Konsentrasi Larutan KMnO4 ......................... 24

3.2.3 Perlakuan Kimia Serat Kelapa ....................................... 25

3.3 Pembuatan Cetakan ...................................................................... 28

3.3.1 Cetakan Uji Tarik .......................................................... 28

3.3.2 Cetakan Uji Impak ........................................................ 29

3.4 Pembuatan Benda Uji .................................................................. 29

3.4.1 Benda Uji Matrik .......................................................... 29

3.4.1.1 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Tarik ..... 29

3.4.1.2 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Impak ... 31

3.4.2 Benda Uji Komposit ..................................................... 33

3.4.2.1 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik.. 33

3.4.2.2 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak 34

3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji ................................................... 36

3.5.1 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Tarik 36

3.5.1.1 Benda Uji Matrik ........................................... 36

3.5.1.2 Benda Uji Komposit ...................................... 36

3.5.2 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Impak 37

3.6 Metode Pengujian ........................................................................ 37

3.6.1 Metode Pengujian Tarik ................................................ 37

3.6.2 Metode Pengujian Impak .............................................. 39

x

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 41

4.1 Hasil Pengujian Tarik .................................................................... 41

4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester............................... 41

4.1.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Kimia... 42

4.1.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 2,5% NaOH,

5% KMnO4.......................................................................... 44

4.1.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5%

KMnO4................................................................................ 45

4.1.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 7,5% NaOH,

5% KMnO4.......................................................................... 46

4.2 Hasil Pengujian Impak .................................................................. 51

4.2.1 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester ............................. 52

4.2.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia . 53

4.2.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH,

5% KMnO4.......................................................................... 54

4.2.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH,

5% KMnO4.......................................................................... 56

4.2.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 7,5% NaOH,

5% KMnO4.......................................................................... 57

4.3 Analisa Berdasarkan Data Pengujian ............................................ 61

4.3.1 Dari Hasil Pengujian Tarik .................................................. 61

4.3.2 Dari Hasil Pengujian Impak................................................. 61

4.3.3 Analisa Berdasarkan Foto Mikro ......................................... 62

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 68

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 68

5.2 Saran ............................................................................................ 69

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 70

LAMPIRAN ............................................................................................................ 71

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Resin Polyester dan Epoksi ………………….. 14

Tabel 3.1 Properti Serat Alam …………………………………………........ 20

Tabel 3.2 Perbandingan Fraksi Volume NaOH dengan Aquades …………… 24

Tabel 3.3 Perbandingan Fraksi Volume KMnO4 dengan Acetone ………….. 25

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Pengikat…………………………… 41

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Larutan……..... 42

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan

Perlakuan 2,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………... 43


Perlakuan 5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………….. 45


Perlakuan 7,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………... 46

Tabel 4.6 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-rata …………………………. 48

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Impak Matrik Pengikat …………………………. 47

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Serat ……….. 53

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 2,5%NaOH

dan 5% KMnO4……………………………………………………………… 54

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 5% NaOH

dan 5% KMnO4……………………………………………………….……. 56

Tabel 4.11 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 7,5%NaOH

dan 5% KMnO4……………………………………………………………… 58

Tabel 4.12 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata Komposit

dan Matrik……………………………………………………………………. 59

xii

DAFTAR GAMBAR

1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen Penyusunnya ... 2

2.1 Diagram Klasifikasi Komposit Serat .......................................................... 12

2.2 Prinsip Pengujian Impak.............................................................................. 15

3.1 Skema Alur Penelitian ................................................................................ 18

3.2 Serat Kelapa ............................................................................................... 21

3.3 Release Agent ............................................................................................. 22

3.4 Perendaman Larutan NaOH ....................................................................... 26

3.5 Perendaman Larutan KMnO4...................................................................... 26

3.6 Perendaman dengan Aquades pada Suhu Konstan...................................... 27

3.7 Skema Cetakan Uji Tarik ........................................................................... 28

3.8 Skema Cetakan Uji Impak........................................................................... 28

3.9 Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik .................................................... 30

3.10 Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak .............................................................. 32

3.11 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik Pengikat.................................................. 35

3.12 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit............................................................ 35

3.13 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Impak…………………………………….36

3.14 Alat Uji Tarik Matrik dan Komposit………………………………………37

3.15 Alat Uji Impak……………………………………………………………..39

4.1. Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Matrik Pengikat ..................................... 41

4.2. Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Kimia ......... 43

4.3 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 2,5% NaOH

dan 5% KMnO4…………………………...………………………….……44

xiii

4.4 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 5% NaOH

dan 5% KMnO4……………………………………………………………46

4.5 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 7,5% NaOH

dan 5% KMnO4 ........................................................................................... 47

4.6 Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Matrik dan Komposit.............................. 48

4.7 Grafik Regangan Rata-rata Matrik dan Komposit ………………………...49

4.8 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Matrik Pengikat ……………..………...52

4.9 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Komposit Tanpa Perlakuan Serat..……54

4.10 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 2,5% NaOH

dan 5% KMnO4……………………………………………………….…………55

4.11 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 5% NaOH

dan 5%KMnO4…………………………….……….……………………………57

4.12 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 7,5% NaOH

dan 5%KMnO4…………………………….……….……………………………59

4.13 Grafik Tenaga Patah Rata-rata Matrik dan Komposit………………….….60

4.14 Grafik Keuletan Rata-rata Matrik dan Komposit……………………….….60

4.15 Foto Mikro Matrik Polyester………………………………………...……..62

4.16 Foto Mikro Penampang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia…… …….…...63

4.17 Foto Mikro Melintang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia …………...…...63

4.18 Foto Mikro Penampang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4………...…...64

4.19 Foto Mikro Melintang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4……….....…...64

4.20 Foto Mikro Penampang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4…….................65

4.21 Foto Mikro Melintang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4……...................65

xiv

4.22 Foto Mikro Penampang Komposit 7,5% NaOH, 5% KMnO4…..................66

4.23 Foto Mikro Melintang Komposit 7,5% NaOH, 5% KMnO4……...............66

4.24 Foto Mikro Retak Komposit……………………………………….............67

4.25 Foto Mikro Kawat Tembaga………………………………..………...........67

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik

Matrik Polyester


Komposit Tanpa Perendaman Serat


Komposit dengan Perendaman Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4


Komposit dengan Perendaman Serat 5% NaOH, 5% KMnO4


Komposit dengan Perendaman Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4

xvi

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring berkembangnya kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan

pada dekade terakhir ini, menuntut adanya terobosan-terobosan baru yang

lebih baik di berbagai bidang tak terkecuali dalam bidang teknik. Termasuk

di dalamnya pengembangan bahan-bahan teknik yang diharapkan lebih tepat

guna. Jika dilihat dari kondisi saat ini, bahan-bahan yang dianggap cukup

baik adalah bahan-bahan yang memenuhi beberapa kriteria: kuat, ringan,

ramah lingkungan, murah dan tergantikan.

Bahan- bahan logam sering digunakan dalam dunia teknik. Akan

tetapi dengan semakin berkembangnya pengetahuan dan penelitian tentang

bahan- bahan komposit, penggunaan bahan-bahan komposit dalam beberapa

hal terbukti lebih efektif dibandingkan dengan bahan logam. Komposit itu

sendiri merupakan gabungan dua macam bahan atau lebih dengan sifat yang

berbeda, sehingga membentuk suatu bahan dengan sifat yang merupakan

gabungan dari komponen penyusunnya. Beberapa keunggulan komposit bila

dibandingkan dengan bahan logam antara lain adalah (Jones,R.M., 1975) :

1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga

dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi

sifat logam.

1

2

2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.

3. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi.

4. Memiliki daya redam terhadap getaran dan bunyi yang baik.

5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan

permukaan lebih baik.

Dari sekian macam jenis komposit, salah satunya yang sering

dimanfaatkan adalah komposit serat. Komposit serat merupakan perpaduan

antara matriks dan serat sebagai penguatnya. Pada umumnya, serat yang

digunakan mempunyai kekuatan tarik yang lebih besar dari pada matrik..

Setelah kedua komponen tersebut dipadukan, diharapkan akan terbentuk

komposit dengan harga kekuatan, harga kekakuan, serta karakteristik yang

terletak diantara karakteristik serat dan karakteristik matrik yang

penyusunnya. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.1 berikut ini:

σ

Gambar 1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen

ε

Penyusunnya (Jones, R.M., 1975)

Secara garis besar komposit serat dapat dikelompokkan menjadi dua,

yaitu serat sintetik dan serat organik. Serat sintetik atau buatan adalah serat

yang dibuat dari bahan-bahan anorganik (sintetis), misalnya glass dan

3

keramik. Kelebihan menggunakan serat sintetik yaitu mempunyai kekuatan

tinggi, homogen, harga rendah, isolator listrik yang baik dan mempunyai

sifat anti korosi. Kekurangan dari serat sintetik yaitu tidak dapat didaur

ulang dan serbuk atau debu dari serat gelas dapat menjadi racun apabila

terhirup masuk masuk kedalam tubuh. Sedangkan serat organik, yaitu serat

yang berasal dari bahan organik, misalnya : serat nanas, serat pandan, serat

kelapa, serat pisang dan sebagainya. Kelebihan serat alami ini antara lain;

harga murah, mudah didapatkan, ringan, dapat didaur ulang dan tidak

beracun. Kekurangan serat alami; struktur serat tidak homogen, kekuatan

serat tidak merata dan tidak tahan pada suhu tinggi.

Hampir semua serat yang dipakai sebagai bahan dasar pembuatan

komposit serat alami dapat ditemukan di Indonesia. Salah satunya adalah

serat kelapa yang pemanfaatannya masih sangat sederhana, seperti dipakai

sebagai bahan baku pembuat tali, keset, sapu, sebagai bahan pengganti kayu

bakar, atau bahkan sering hanya terbuang secara sia-sia. Penelitian terhadap

serat kelapa sebagai bahan penguat komposit mulai dikembangkan,

termasuk penelitian sifat-sifat mekanik serat kelapa yang diperlakukan

secara kimiawi dan korelasinya jika serat tersebut dijadikan sebagai penguat

dalam suatu komposit. Dengan alasan-alasan tersebut maka penelitian ini

diadakan.

4

1.2 Tujuan Penelitian

Dalam hal ini penulis mengadakan penelitian tentang komposit serat

kelapa yang bertujuan untuk mengetahui :

1. Pengaruh perlakuan NaOH dan KMnO4 pada serat kelapa terhadap

kekuatan tarik, dan regangan pada pengujian tarik komposit.

2. Pengaruh perlakuan NaOH dan KMnO4 pada serat kelapa terhadap

ketahanan patah dan keuletan pada pengujian impak.

3. Bentuk patahan yang terjadi pada bahan komposit setelah dilakukan uji

tarik dan impak

1.3 Batasan Masalah

Karena begitu banyak hal yang dapat diteliti serta hal yang dapat

mempengaruhi karakteristik dari komposit serat kelapa, maka penulis

mempunyai batasan penelitian pada hal- hal sebagai berikut :

1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik dan

pengujian impak.

2. Sebagai bahan penguat komposit, digunakan serat kelapa dengan

perlakuan kimia dalam larutan NaOH selama 1 jam kemudian direndam

larutan KMnO4 selama 1 jam dan dilanjutkan direndam dalam larutan

aquades selama 10 menit pada suhu 50º.

3. Matriks sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin Polyester

jenis Bening Super, Justus 108 yang diproduksi oleh PT. JUSTUS

SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.

5

4. Serat kelapa yang digunakan sebagai penguat dengan panjang 0,5 – 1,5

cm, yang disusun secara acak.

1.4 Sistematika Pembahasan

Pada bab selanjutnya akan diuraikan secara lebih mendalam

mengenai komposit, matrik pengikat, serat penguat, serta tinjauan teoritis

tentang teori kekuatan komposit serat. Proses pembuatan komposit, proses

pembuatan benda uji, pengujian mekanik yang dilakukan pada benda uji,

serta bentuk patah komposit akan diuraikan pada bab tiga. Sedangkan pada

bab empat berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan

oleh penulis, dan pada bab lima akan diberikan saran-saran oleh penulis

apabila dilakukan penelitian-penelitian yang sejenis agar didapatkan hasil

yang lebih baik.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Komponen Penyusun Komposit

Komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih

dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut matrik yang berfungsi

sebagai pengikat, sedangkan fase kedua disebut reinforcement yang

berfungsi memperkuat bahan komposit secara keseluruhan dan menentukan

karakteristik komposit seperti kekuatan tarik, kekakuan dan sifat-sifat

mekanis. Penggabungan kedua fase ini akan mengakibatkan gaya adhesive

yang kuat diantara keduanya.

Sebagai matrik dapat digunakan bahan- bahan sebagai berikut :

1. Logam

2. Keramik

3. Polymer

Sedangkan sebagai reinforcement, dapat digunakan bahan- bahan sebagai

berikut :

1. Fiber (serat)

2. Flake

3. Partikel

6

7

2.2 Klasifikasi Komposit

Berdasarkan fase matriknya, komposit dapat diklasifikasikan

menjadi beberapa macam, yaitu :

1. Komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC): yang

merupakan campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram

(Wolfram Carbide).

2. Komposit matrik keramik (Ceramic Matrix Composite, CMC):

Oksida alumunium, karbida silikon dan fiber dapat digunakan

sebagai reinforcing agents untuk meningkatkan sifat- sifatnya,

khususnya untuk pemakain pada suhu tinggi.

3. Komposit matrik polimer (Polymer Matrix Composite, PMC):

Matriknya dapat berupa resin thermosetting epoxy dan polyesther

dengan reinforcing agents berupa fiber. Misalnya: Phenolik

dipadukan dengan serbuk kayu, Thermoplastik dipadukan dengan

serbuk dan bahan elastomer atau grafit, dsb.

Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis

(Jones, R.M., 1975) :

1. Fibrous composites

Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat

(dapat berupa serat organik atau serat sintetik) yang memiliki

kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan

bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan

dapat berupa polymer, logam maupun keramik.

8

Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka

komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang

lebih tinggi daripada matriknya selain itu juga harus ada ikatan

permukaan antara komponen pengguat dan matriks (Van

Vlack, 985)

2. Laminated composites

Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun

berlapis-lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-

sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi,

sifat termal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.

3. Particulated composites

Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada

dalam matriks. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis

ataupun lebih dari satu jenis material dan biasanya material

partikel ini terbuat dari bahan metal atau dari bahan non-metal.

Jenis-jenis Particulated composites:

• Partikel komposit organik

• Partikel komposit non organic

2.3 Komposit Serat

Komposit serat merupakan salah satu jenis dari komposit matrik

polimer atau Polymer Matrix Composites (PMC). Dimana serat berfungsi

sebagai penguat atau reinforcement agents, dan polymer atau plastik

9

berfungsi sebagai matrik atau pengikatnya. Untuk mendapatkan komposit

yang lebih baik, dimungkinkan mengkombinasikan dua jenis serat atau

lebih. Komposit tersebut biasa disebut komposit hybrid. Komposit jenis ini

memiliki kekuatan dan kekakuan yang lebih baik, tangguh, lebih tahan

terhadap beban kejut, serta lebih ringan.

2.3.1 Serat

Prosentase jenis serat, bentuk serat, jumlah serat, dan orientasi

serat yang dipakai dalam membuat komposit menentukan karakteristik

komposit yang terbentuk.

2.3.1.1 Jenis Serat

Berdasar jenisnya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat

komposit dibedakan menjadi:

1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya serat

kelapa, serat nanas, serat rami, serat pandan alas, serat kapas, dll.

2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik

(seperti: serat gelas, serat karbon, dll).

2.3.1.2 Bentuk Serat

Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang

lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar. Kekuatan serat dapat

juga dilihat dari diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka

pertambahan kekuatan sangat cepat, sebaliknya jika diameter semakin besar maka

kekuatan akan berkurang.

10

2.3.1.3 Prosentase Jumlah Serat

Prosentase jumlah serat mempengaruhi karakteristik dari komposit yang

dihasilkan. Prosentase dapat dihitung berdasarkan fraksi volume maupun fraksi

berat komposit. Fraksi volume merupakan rasio antara volume komponen

penyusun dengan volume total komposit. Berikut ini adalah persamaan-persamaan

perhitungan persentase serat berdasarkan fraksi volum komposit.

Pada bahan komposit, jumlah fraksi volum komponen penyusunnya

sama dengan satu, dan dengan mengasumsikan tidak adanya rongga udara.

Vf + Vm = 1 ……………………………………………………… (1)

dengan:

Vf = fraksi volum serat

Vm = fraksi volum matrik

Sedangkan fraksi berat dapat ditulis sebagai berikut:

Wf + Wm = 1 ................................................................................. (2)

dengan:

Wf = fraksi berat serat

Wm = fraksi berat matrik

11

Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen

penyusunnya:

ρc = ρf Vf + ρmVm ............................................................... (3)

dengan:

ρc = massa jenis komposit

ρf = massa jenis serat

ρm = massa jenis matrik

Vf = fraksi volum serat

Vm = fraksi volum matrik

Persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:

ρc = ρfVf + ρm(1-Vf) ………………... (3a)

ρc = (ρf -ρm)Vf + ρm) …………...…... (3b)

Sehingga fraksi volum serat dapat diketahui dari persamaan:

Vf = mf

mc

ρρρρ

−−

……………………………………………. (4)

Dengan mengetahui besar massa jenis total komposit dan komponen

penyusunnya maka fraksi volume serat akan dapat diketahui.

Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting

dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan. Pada

umumnya besar fraksi volume bahan komposit berkisar 20% sampai 65%,

12

tergantung serat yang digunakan dan disesuaikan dengan kebutuhan.

Terdapat berbagai macam cara untuk mengetahui basarnya fraksi volume

komposit, salah satunya adalah dengan menimbang bobot total komposit dan

komponen-komponen penyusunnya untuk menghitung massa jenisnya

kemudian diselesaikan dengan persamaan di atas.

2.3.1.4 Orientasi Serat

Gambar 2.1 memperlihatkan klasifikasi komposit berdasarkan seratnya.

Serat dua arah

HibridLaminat

Serat multi Serat satu lapis

Komposit serat

Serat satu arah

Serat tidak kontinu Serat kontinu

Arah teraturArah acak

Gambar 2.1 Diagram Klasifikasi Komposit Serat (Mekanika Struktur Komposit, halaman 3)

2.3.2 Matrik

Fungsi dari matrik adalah:

1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat

sebagai bahan yang mempunyai modulus kekuatan tinggi.

13

2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan

bahan komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik

harus mempunyai serat adhesi yang baik terhadap serat untuk

menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena hal ini

berhubungan erat dengan transfer beban. Jika matrik mempunyai sifat

adhesi yang kurang baik maka transfer beban tidak sempurna dan

menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan

serat (debounding failure). Secara garis besar kualitas matrik

ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kemampuan

membasahi serat, banyak tidaknya rongga (void) saat dituang,

temperature atau tekanan curing, dan viskositas.

3. Melindungi permukaan serat penguat dari abrasi yang diakibatkan

oleh perlakuan secara mekanik misalnya gesekan antar serat.

4. Menjaga serat terdispersi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan

retakan atau kegagalan)

5. Memiliki keserasian thermal dan kimiawi terhadap seratnya untuk

jangka waktu yang lama.

Bahan yang biasa digunakan sebagai matrik dalam pembuatan komposit

polimer adalah polimer polyester dan epoksi dalam bentuk resin. Resin

epoksi umumnya dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan

serat karbon atau serat aramid. Sedangkan resin polyester lebih sering

digunakan untuk jenis- jenis serat yang lain. Dari segi kekuatannya dan

penyusutan setelah mengalami proses curing, resin epoksi memang lebih

14

unggul dibandingkan resin poliester. Akan tetapi yang menjadi alasan

mengapa resin poliester lebih sering digunakan adalah karena harganya

lebih murah. Perbandingan sifat resin poliester dan epoksi dapat dilihat

pada tabel 2.1 sebagai berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Resin Polyester dan Epoksi

Sifat Polyester Epoksi

Kekuatan tarik (MPa) 40 – 90 55 – 130

Modulus elastis (Gpa) 2,0 – 4,4 2,8 – 4,2

Kekuatan impak (J/m) 10,6 – 21,2 5,3 – 53

Kerapatan (g/cm3) 1,10 – 1,46 1,2 – 1,3

2.3.3 Bahan-bahan tambahan

Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk

mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis

pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis

yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama.

Dan apabila pada proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan

menimbulkan panas yang berlebihan sehingga akan merusak produk.

Tetapi di dalam resin epoxy, katalisnya biasa disebut sebagai hardener.

Sedangkan komposisi pencampuran antara resin dan hardener adalah 1 : 1

atau 2 : 1.

Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk

dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses

pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent.

15

Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya

produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum

proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara

lain waxes (semir), MAA, mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film

forming, dan oli.

2.4 Uji Impak

Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau

getas benda uji. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan

benda uji dengan sekali pukul, alat pukul yang digunakan berupa sebuah

palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan dengan cara dilepaskan dari

sudut 150o (α) dan sisi pisau pada palu menengenai benda uji berbentuk

persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm dan takikan 2

mm serta sudut takikan 45o, karena pukulan tersebut benda uji akan patah,

kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut (β) hasil dari

keliatan benda uji. Prinsip pengujian impak dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Prinsip Pengujian Impak

α β

α

G Benda Uji

R(cos β - cos α)

R

16

Harga tenaga patah dapat dicari dengan rumus:

W = g R G (cos β - cos α) (joule) …………………… (5)

dengan:

W = Tenaga patah (joule)

α = Besar sudut saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji

β = Sudut yang dibentuk palu setelah benda uji patah

G = Berat palu (1,357kg)

R = Jarak titik putar sampai titik berat palu (R= 0,3948m)

g = percepatan gravitasi (9.8 m/s2)

Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:

Keliatan = A

W (joule/mm2) ....................................................... (6)

dengan:

W = tenaga patah (joule)

A = luas patahan benda uji (mm2)

2.5 Uji Tarik

Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan

tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit serat. Metode yang

digunakan adalah benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan

perlahan-lahan meningkat sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda

uji patah. Beban tarik yang bekerja pada benda uji akan menimbulkan

pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji. Perbandingan

17

antara pertambahan panjang (∆L) dengan panjang awal benda uji (L0) disebut

regangan.

Pada penelitian ini untuk menghitung kekuatan tarik dan regangan adalah:

1. KekuatanTarik

)(

)(

ou AangLuaspenamp

FBeban=σ (kg/mm2)……………….….(7)

2. R

egangan (ε)

)(

)(

oLlPanjangAwaLanjangPerubahanP Δ

=ε x 100% …………………… (8)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Skema Alur Penelitian

Untuk lebih mempermudah dalam melakukan penelitian maka

diperlukan adanya rancangan skema alur penelitian seperti ditunjukkan pada

Gambar 3.1.

Pembelian Bahan

Resin Polyester (Resin Bening Super, JUSTUS 108)

Pengujian: 1. Pengujian tarik 2. Pengujian impak 3. Foto bentuk patah

Pembuatan benda uji: 1. Resin 2. Komposit tanpa perlakuan

kimia 3. Komposit dengan perlakuan

kimia

Analisis

Hasil penelitian

kesimpulan

Studi Pustaka

Serat Kelapa

Perendaman Serat : 1. NaOH (2,5%; 5%; 7,5%) 2. KMnO4 (5%)

Gambar 3.1 Skema Alur Penelitian

18

19

3.2 Persiapan Benda Uji

3.2.1 Alat dan Bahan

Dalam pembuatan komposit serat kelapa, dipergunakan alat-alat

sebagai berikut:

1. Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang massa serat yang

akan digunakan.

2. Cetakan, yang terbuat dari kaca.

3. Gelas ukur, untuk mendapatkan volume resin yang akan dipakai dan

mencampur resin dengan katalis / hardener.

4. Meteran, untuk mengukur luasan serat sesuai luasan cetakan.

5. Gunting, untuk memotong serat sesuai dengan luasan cetakan.

6. Vaselin atau MAA, digunakan sebagai pelapis pada kaca yang berfungsi

agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.

7. Kuas, digunakan untuk alat melapisi permukaan cetakan.

8. Pengaduk kaca, untuk mengaduk campuran resin dan katalis / hardener

sebelum dituang pada cetakan. Dipilih bahan kaca, supaya mudah

dibersihkan dari sisa resin yang mengering.

9. Sekrap, untuk melepaskan komposit yang sudah kering dari cetakan,

juga untuk membersihkan cetakan dari sisa resin.

10. Alat finishing : gerinda, amplas, kikir.

20

Bahan bahan yang diperlukan dalam pembuatan komposit serat

kelapa antara lain :

3.2.1.1 Resin

Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Polyester Bening Super Justus 108. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih (bening), yang diproduksi oleh PT. JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.

3.2.1.2 Serat

Serat yang dipakai adalah serabut yang berasal dari kulit buah

kelapa yang memiliki berat jenis 1,15 gms./cc., diacu dari Tabel Properti

Serat Alam.

Tabel 3.1 Properti Serat Alam

Property Jute Banana Sisal Pineapple Coir (coconut fibre)

Width or Diameter (μm ) - 80-250 50-200 20-80 100-450

Density (gms./cc) 1.3 1.35 1.45 1.44 1.15

Volume Resistivity at 100 volts (W cm x 105) - 6.5-7 0.4-0.5 0.7-0.8 9-14

Micro-Fibrillar Angle (degree) 8.1 11 10-22 14-18 30-49

Cellulose/Lignin Content (%) 61 /12 65 /5 67 /12 81 /12 43 /45

Elastic Modulus (GN/m2) - 8-20 9-16 34-82 4-6

Tenacity (MN/m2) 440-533 529-754 568-640 413-1627 131-175

Elongation (%) 1-1.2 1.0-3.5 3-7 0.8-1.6 15-40

Sumber: Biswas, S., Srikanth G., Nangia, S., 2003.

Serat didapatkan dari serabut buah kelapa yang sudah cukup tua,

kemudian serabut dan kulit kelapa yang keras dipisahkan, serabut kelapa

yang telah didapatkan direndam dalam air ± 2 jam. Setelah itu untuk

mendapatkan serat yang diinginkan, serabut kelapa tersebut harus

21

dibersihkan dari unsur-unsur pengotornya dengan cara disikat. Untuk

penyikatan awal dapat digunakan sikat kawat dan untuk finishingnya

menggunakan sikat nilon/sikat cuci. Kemudian, serat yang telah

didapatkan di cuci bersih menggunakan air dan dijemur di bawah sinar

matahari sampai benar-benar kering. Serat yang sudah kering hendaknya

disimpan pada tempat yang tidak lembab untuk menghindari munculnya

jamur pada serat.

Sedangkan serat kelapa yang digunakan dalam pembuatan

komposit ini adalah serat kelapa yang telah dipotong-potong dengan

panjang antara 5-15 mm. Bentuk dari serat kelapa yang telah kering

tersebut bisa dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Serat Kelapa

3.2.1.3 Katalis

Dalam penelitian ini digunakan katalis metoxone (methyle ethyl katone

peroxide) untuk mempercepat laju curing komposit. Laju curing komposit

ditentukan oleh jumlah katalis yang ditambahkan dalam resin, semakin banyak

22

katalis yang ditambahkan semakin cepat laju curing yang dihasilkan. Namun jika

katalis yang digunakan terlalu banyak matrik komposit yang dihasilkan cenderung

bersifat getas, sehingga penggunaan katalis harus disesuaikan dengan kebutuhan.

Dengan menggunakan katalis metoxone ±1% waktu yang dibutuhkan untuk curing

berkisar antara 4-6 jam.

3.2.1.4 Release Agent

Karena dalam proses pembuatan dengan bahan resin ini akan bersifat

adhesive maka untuk mempermudah pemisahan komposit dari cetakan diperlukan

suatu bahan yang dapat mengurangi/menghilangkan sifat daya rekat (adhesive).

Dalam hal ini yang digunakan sebagai anti rekat (adhesive) dalam proses

pembuatan komposit adalah mirrorglass atau MAA.

Pemakaian release agent berbentuk pasta ini digunakan dengan cara

mengoleskan dan melapisi seluruh cetakan yang akan mengalami kontak langsung

dengan resin pada saat pembuatan. Perlakuan pelapisan dengan bahan anti

adhesive ini akan mempermudah proses pelepasan produk yang dibuat dari

cetakan. Pelapisan release agent ini dilakukan sebanyak tiga kali dalam setiap

proses pembuatan, semakin banyak proses pelapisan akan semakin mengurangi

sifat adhesive resin terhadap Release agent yang digunakan dapat dilihat pada

gambar 3.3.

23

Gambar 3.3 Release Agent ( MAA )

3.2.2 Perhitungan Larutan Kimia

3.2.2.1 Konsentrasi Larutan NaOH

Untuk membuat variasi konsentrasi NaOH dengan prosentase 2,5% ; 5% ;

dan 7,5 % dilarutkan dengan air suling (Aquades) dengan komposisi masing-

masing dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

1 liter ( aquades ) = 1000 ml ( aquades )

= 1 kg ( aquades )

= 1000 gr ( aquades )

Jumlah NaOH yang digunakan untuk setiap 1 liter aquades adalah :

• 2,5 % NaOH ► 100

5,2 x 1000 gr = 25 gram NaOH

• 5 % NaOH ► 100

5 x 1000 gr = 50 gram NaOH

24

• 7,5 % NaOH ► 100

5,7 x 1000 gr = 75 gram NaOH

Berdasarkan persamaan diatas, maka dapat ditentukan jumlah/berat NaOH

yang dibutuhkan dan menentukan volume akhir dari aquades, maka proses

selanjutnya adalah menimbang NaOH yang dibutuhkan dengan menggunakan

timbangan digital lalu melarutkan NaOH dengan aquades. Sehingga perbandingan

fraksi volume NaOH dengan aquades dapat ditentukan seperti dalam tabel 3.2.

Tabel 3.2 Perbandingan fraksi volume NaOH dengan aquades.

No

Konsentrasi NaOH

( % )

Volume aquades

Awal ( mL )

Berat NaOH Akhir

( gram )

Volume aquades

Akhir ( mL )

1 2,5 1000 25 975

2 5 1000 50 950

3 7,5 1000 75 925

3.2.2.2 Konsentrasi Larutan KMnO4

Untuk membuat konsentrasi KMnO4 dengan prosentase 5% dilarutkan

dengan acetone dengan komposisi dihitung berdasarkan persamaan sebagai

berikut :

1 liter ( acetone ) = 1000 ml ( acetone )

= ± 1 kg (acetone )

= ± 1000 gr (acetone)

25

Jumlah KMnO4 yang digunakan untuk setiap 1 liter acetone adalah :

• 5 % KMnO4 ► 100

5 x 1000 gr = 50 gram KMnO4

Berdasarkan perhitungan tersebut, maka dapat ditentukan jumlah/berat

KMnO4 yang dibutuhkan dan menentukan volume akhir dari aquades, maka

proses selanjutnya adalah menimbang KMnO4 yang dibutuhkan dengan

menggunakan timbangan digital lalu melarutkan KMnO4 dengan acetone.

Sehingga perbandingan fraksi volume KMnO4 dengan acetone dapat ditentukan

seperti dalam tabel 3.3 di bawah ini :

Tabel 3.3 Perbandingan fraksi volume KMnO4 dengan acetone

No

Konsentrasi

KMnO4 ( % )

Volume acetone

Awal ( mL )

Berat KMnO4

Akhir

( gram )

Volume acetone

Akhir ( mL )

1 5 1000 50 950

3.2.3 Perlakuan Kimia Serat Kelapa

Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan alkali treatment pada serat.

Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan merendam serat dengan

menggunakan NaOH (sodium hydroxide) dan KMnO4 (potassium permanganate).

Karena NaOH dan KMnO4 adalah salah satu jenis alkali, oleh karena itu

digunakan untuk menghilangkan kandungan minyak pada serat dan dapat

mengurangi zat-zat pengotor yang menyebabkan serat tidak terikat secara

sempurna dengan matrik/resin ketika komposit dicetak, membuat serat bertahan

26

lebih lama terhadap serangan bakteri/mikroorganisme dibandingkan serat tanpa

perendaman NaOH dan KMnO4. NaOH yang digunakan adalah jenis NaOH pro

analisis.

Proses Perlakuan Serat :

1. Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan cara merendam

serat selama 1 jam dengan NaOH yang dilarutkan ke dalam

aquades (air suling) seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Perendaman larutan NaOH

2. Kemudian serat yang telah direndam dalam larutan NaOH

direndam kembali selama 10 menit dengan KMnO4 yang

dilarutkan dalam cairan acetone. Perendaman serat dengan

KMnO4 dalam acetone dapat dilihat pada Gambar 3.5.

27

Gambar 3.5 Perendaman larutan KMnO4

3. Dilanjutkan dengan merendam serat selama 2 jam dalam air

hangat (50ºC) yang suhunya dipertahankan konstan, dapat dilihat

pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Perendaman dengan aquades pada suhu konstan (50ºC)

Perendaman serat dengan NaOH ini sendiri dilakukan dengan tiga variasi,

yaitu : 2,5% NaOH , 5% NaOH dan 7,5% NaOH, yang bertujuan untuk

mengetahui prosentase paling baik diantara ketiga variasi tersebut agar didapat

serat yang sempurna/maksimal untuk selanjutnya diproses menjadi komposit.

Sedangkan prosentase untuk KMnO4 dibuat tetap/sama sebesar 5 %.

28

3.3 Pembuatan Cetakan

Pembuatan komposit serat kelapa ini menggunakan cetakan yang terbuat

dari kaca, karena kaca memiliki permukaan yang rata dan tahan terhadap reaksi

kimia.

3.3.1 Cetakan Uji Tarik

Skema cetakan uji tarik matrik pengikat dan komposit dapat dilihat pada

Gambar 3.7.

250

mm

250 mm

320 mm

300

mm

4 mm 200 mm

5 mm

320

mm

Gambar 3.7 Skema Cetakan Uji Tarik

29

3.3.2 Cetakan Uji Impak

150 mm

60 m

m

10 mm

180 mm

15 m

m

Gambar 3.8 Skema Cetakan Uji Impak

3.4 Pembuatan Benda Uji

Pembuatan benda uji matrik dan komposit menggunakan cetakan

berbahan kaca yang telah diolesi pelapis. Metode pembuatan yang dipakai adalah

cara Hand Lay-Up karena cara ini paling mudah, dan sesuai diterapkan untuk

produksi skala kecil.

3.4.1 Benda Uji Matrik

3.4.1.1 Pencetakan Matrik Untuk Pengujian Tarik

Langkah-langkah pencetakan benda uji matrik pengikat adalah

sebagai berikut:

1. Cetakan dipersiapkan, permukaan cetakan dilapisi release agent.

Pelapisan dilakukan sebanyak 3 kali, setiap pelapisan dikeringkan

30

terlebih dahulu.. Pelapisan release agent dilakukan untuk

mempermudah pelepasan benda cetak dari cetakan.

2. Selanjutnya dilakukan pengukuran volume resin dan volume katalis.

Cetakan yang digunakan berukuran 250 mm x 200 mm x 4 mm.

Sehingga volume cetakan yang digunakan adalah:

Vcetakan = V(resin+katalis) = p x l x t

= 250 x 200 x 4

= 200.000 mm3

= 200 ml

Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur dengan perbandingan

100 ml resin : 1 ml katalis.

Vresin = 198,02 ml

Vkatalis = 1,98 ml

3. Campuran resin dan katalis diaduk sampai rata dengan menggunakan

pengaduk dari kaca selama + 1 menit. Setelah campuran teraduk rata

kemudian dituang kedalam cetakan lalu cetakan ditutup menggunakan

kaca. Agar hasil yang didapat padat dan mendapatkan ukuran yang

sesuai kebutuhan, pada bagian atas penutup cetakan diberi beban + 20

kg.

4. Proses curing terjadi pada kurun waktu 4-5 jam, setelah itu matrik

dipisahkan dari cetakan. Dimensi hasil cetakan matrik dapat dilihat

pada Gambar 3.9.

31

5. Hasil cetakan benda uji matrik dipotong menurut standar pengujian

tarik.

250 mm

200

mm

4 mm

Gambar 3.9 Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik

3.4.1.2 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Impak

Proses pencetakan benda uji matrik pengikat untuk uji impak sama dengan

pembuatan benda uji matrik untuk uji tarik, menggunakan media kaca sebagai

cetakan. Perbedaannya hanya pada ukuran dan dimensinya. Langkah-langkah

pencetakan adalah sebagai berikut:

1. Cetakan disiapkan, kemudian cetakan dilapisi release agent 3 kali.

2. Resin dan katalis dipersiapkan dengan volume cetakan sebesar 90 ml.

Vcetakan = V(resin+katalis) = 150 x 60 x 10

= 90.000 mm3

= 90 ml

32

Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur dengan perbandingan

100 ml resin : 1 ml katalis.

Vresin = 89,11 ml

Vkatalis = 0,89 ml

3. Campuran resin dan katalis diaduk sampai rata dengan menggunakan

pengaduk dari kaca selama + 1 menit. Setelah campuran teraduk rata

kemudian dituang kedalam cetakan lalu cetakan ditutup menggunakan

kaca. Agar hasil yang didapat padat dan mendapatkan ukuran yang sesuai

kebutuhan, pada bagian atas penutup cetakan diberi beban + 20 kg.

Dimensi hasil cetakan uji impak matrik dapat dilihat pada Gambar 3.10

4. Setelah 4-5 jam proses curing selesai, matrik dapat dilepas dari cetakan.

5. Hasil cetakan benda uji matrik dipotong sesuai standar pengujian impak.

100 mm

55 m

m

10 mm

Gambar 3.10 Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak Matrik

33

3.4.2 Benda Uji Komposit

3.4.2.1 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik

Proses pembuatan dan pencetakan benda uji komposit sama dengan

pembuatan benda uji matrik, perbedaannya pada proses pembuatan benda uji

komposit ini menggunakan serat kelapa sebagai bahan penguat. Langkah-langkah

pencetakan benda uji komposit adalah sebagai berikut:

1. Cetakan disiapkan, kemudian cetakan dilapisi release agent 3 kali.

2. Serat serat kelapa disiapkan sesuai dengan persentase volume serat yang

dibutuhkan, massa serat untuk volume serat 10% yaitu 23 gram.

Vserat = 10% x Vcetakan

= 20 ml

Massa serat = ρserat x Vserat

= 1,15 x 20 ml

= 23 gr

3. Resin dan katalis dipersiapkan dengan volume cetakan sebesar 180 ml

V(resin+katalis) = 90% x Vcetakan

= 180 ml

Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur kemudian diaduk

hingga merata dengan perbandingan 100 ml resin : 1 ml katalis.

Vresin = 178,218 ml

Vkatalis = 1,782 ml

4. Sebagian campuran resin dan katalis ± 30% dituang kedalam cetakan

merata diseluruh setakan kemudian diberikan serat secara acak menutupi

34

campuran resin dan katalis, lalu diberikan lagi sisa campuran resin dan

katalis tersebut diatas serat sampai rata menutupi seluruh serat.

5. Cetakan ditutup menggunakan media kaca yang telah diberi release

agent 3 kali, bagian atas penutup cetakan diberi beban (+ 20 kg) agar

didapat hasil yang padat dan ukuran yang sesuai kebutuhan (± 4 mm).

6. Setelah ± 4–5 jam proses curing selesai, komposit dapat dilepas dari

cetakan. Proses pencetakan ini dilakukan untuk variasi perendaman 2.5%

NaOH, 5% NaOH, dan 7,5% NaOH serta tanpa perendaman. Hasil

cetakan benda uji komposit dipotong menurut standar pengujian tarik.

3.4.2.2 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak

Proses pembuatan dan pencetakan benda uji komposit untuk uji impak ini

sama dengan proses pembuatan benda uji matrik.

Langkah-langkah pembuatan benda uji komposit untuk pengujian impak

adalah sebagai berikut:

1. Cetakan disiapkan, kemudian dilapisi release agent 3 kali.

2. Serat kelapa disiapkan sesuai dengan persentase serat yang dibutuhkan,

massa serat untuk volume serat 10 % = 10,35 gr.

Vserat = 10 % x Vcetakan

= 9 ml

Massa serat = ρserat x Vserat

= 1,15 x 9 ml

= 10,35 gr

35

3. Resin dan katalis disiapkan sebanyak persentase yang dibutuhkan.

Vresin+katalis = 90% x Vcetakan = 81 ml

Resin dan katalis dituang pada sebuah gelas ukur kemudian diaduk

hingga merata dengan perbandingan 100 ml resin : 1 ml katalis.

Vresin = 80,1981 ml

Vkatalis = 0,8019 ml

4. Sebagian campuran resin dan katalis ± 30% dituang kedalam cetakan

merata diseluruh setakan kemudian diberikan serat secara acak menutupi

campuran resin dan katalis, lalu diberikan lagi sisa campuran resin dan

katalis tersebut diatas serat sampai rata menutupi seluruh serat.

5. Cetakan ditutup menggunakan media kaca yang telah diberi release

agent sebanyak 3 kali, kemudian diberi beban agar hasil yang didapat

padat dan mendapatkan ukuran yang sesuai kebutuhan (±10 mm). Proses

pencetakan untuk 4 variasi yaitu tanpa perendaman; 2,5% NaOH dan 5%

KMnO4; 5% NaOH dan 5% KMnO4; 7,5% NaOH dan 5% KMnO4.

6. Setelah ± 4–5 jam proses curing selesai, komposit dapat dilepas dari

cetakan. Hasil cetakan benda uji komposit dipotong menurut standar

pengujian impak

36

3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji

3.5.1 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Untuk Pengujian Tarik

3.5.1.1 Benda Uji Matrik

Standard pengujian benda uji matrik menggunakan standard ASTM D638-

1 (Standar Test Methode for Tensile Properties of Plastic).

Gambar 3.11 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik Pengikat

3.5.1.2 Benda Uji Komposit

Pengujian tarik komposit mengacu pada standar pengujian ASTM A370.

50 mm 4 mm

50 mm

R13

200 mm

20 mm 12.5 mm

Satuan : mm

Gambar 3.12 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit

37

3.5.2 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Untuk Pengujian Impak

Pengujian matrik pengikat dan komposit pada pengujian impak mengacu

pada standar ASTM A370 (Standart Test Methode for Tensile Properties of

Plastic). Bentuk dan dimensi benda uji yang digunakan adalah sebagai berikut:

45 O

55 mm

2 mm

10 mm

10mm

Gambar 3.13 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Impak

3.6 Metode Pengujian

3.6.1 Metode Pengujian Tarik

Dalam penelitian ini pengujian tarik komposit menggunakan mesin uji

tarik universal yang berada di laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata

Dharma. Pengujian komposit menggunakan 5 macam variabel benda uji yaitu :

matrik (resin polyester), komposit dengan serat tanpa perlakuan dan komposit

dengan konsentrasi perlakuan kimia serat 2,5% NaOH dan 5% KmnO4; 5%

NaOH dan 5% KmnO4; 7,5% NaOH dan 5% KmnO4 yang masing-masing

berjumlah 5 buah, jadi ada 25 buah benda uji dengan dimensi benda uji sesuai

standart ASTM A370.

38

Langkah-langkah pengujian tarik sebagai berikut:

a. Mencatat dan menandai sengan nomer benda yang akan diuji.

b. Mencatat ukuran-ukuran benda uji sampai ketelitian 0,1 mm.

c. Memasang benda uji pada penjepit (grip) atas dan bawah pada mesin

uji. Diusahakan agar benda uji betul-betul vertikal, kemudian

mengencangkan kedua penjepit.

d. Bagian atas mesin tetap (fix) sedangkan bagian bawah bergerak ke

bawah dengan kecepatan rendah (konstan).

e. Spesimen tertarik dan mengalami pertambahan panjang (∆L)

f. Data pertambahan panjang dan beban dapat dilihat pada mesin.

g. Data dicatat dan digunakan untuk membuat diagram tegangan-

regangan

Pada akhir pengujian data beban maksimal dan perpanjangan benda dapat

diperoleh lewat print-out grafik hubungan tegangan dan regangan selama

pengujian berlangsung. Mesin uji tarik universal yang digunakan dapat dilihat

pada Gambar 3.14 :

Gambar 3.14 Alat Uji Tarik Matrik dan Komposit

39

Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun

komposit tanpa perendaman serat ataupun dengan perendaman serat, diperlukan

suatu perhitungan.

Untuk menghitung kekuatan tarik, rumus yang dipergunakan mengacu

pada persamaan (7) dan untuk menghitung regangan, rumus yang dipergunakan

mengacu pada persamaan (8).

3.6.2 Metode Pengujian Impak

Prinsip dasar pengujian impak adalah ayunan beban yang dikenakan pada

benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen

dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal

(dijatuhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk memastikan bagian

spesimen yang patah, perlu dibuat takikan pada spesimen. Pengukuran keliatan

benda uji menggunakan metode Impak Charpy yang alatnya ditunjukkan pada

Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Alat Uji Impak

40

Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui sifat getas/liat

bahan ataupun harga keuletan dari matrik, maupun komposit tanpa perendaman

serat ataupun dengan perendaman serat, adalah :

Tenaga patah = G . R . (cos ß – cos α) (Joule) ...................................................... (9)

Harga Keuletan = angPatahanLuasPenamp

hTenagaPata (Joule/mm²) ................................... (10)

Dengan :

G = Berat pendulum / massa dikali dengan percepatan gravitasi (N)

R = Radius Pendulum (m)

α = Sudut awal / sudut yang dibentuk pendulum tanpa beban

ß = Sudut ayun akhir / sudut yang dibentuk pendulum setelah

mematahkan benda uji

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui beberapa sifat mekanik

komposit dan matrik pengikat. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian tarik

untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan serta pengujian impak untuk

mengetahui ketahanan patah dan keuletan. Setelah dilakukan pengujian tarik dan

impak dilakukan foto mikro dan makro.

Dari setiap konsentrasi NaOH yang berbeda, dibuat benda uji yang

berjumlah 5 (lima) spesimen. Jadi jumlah total benda uji untuk pengujian tarik ada

25 spesimen, sedangkan jumlah total benda uji untuk pengujian impak ada 25

spesimen. Hasil pengujian dan perhitungan disajikan dalam bentuk tabel dan

grafik, sedangkan analisis dalam bentuk tulisan.

4.1 Hasil Pengujian Tarik

Pengujian yang dilakukan menggunakan mesin Uji Tarik, menghasilkan

print-out grafik hubungan beban-pertambahan panjang pada masing-masing

benda uji, print-out grafik disajikan pada lampiran.

4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan terhadap benda uji tarik matrik

polyester, didapatkan data seperti pada Tabel 4.1.

41

42

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Pengikat

No Tebal (mm)

Lebar (mm)

Luas (mm2)

Beban P (kg)

σu (kg/mm2)

Lo(mm)

ΔL (mm)

ε (%)

1 4,5 12 57,15 185,9 3,253 50 5,4 10,8 2 4,4 13 60,72 195,7 3,223 50 7,9 15,8 3 4,4 13 58,08 188,8 3,251 50 7,6 15,2 4 4,4 13 58,08 181,1 3,118 50 12,4 24,8 5 4,4 13 58,52 185,5 3,170 50 3,85 7,7

Rata-rata 3,203 Rata-rata 14.86

Dari Tabel 4.1 dapat diketahui bahwa benda uji matrik polyester mempunyai

regangan rata-rata yang tinggi. Jika meninjau dari hasil uji tarik, kerusakan pada

matrik cenderung berupa patah getas sehingga matrik pengikat yang digunakan

bersifat getas, dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Matrik Polyester

4.1.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Tanpa Perendaman

Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit dengan serat tanpa

perlakuan kimia didapatkan data seperti yang ditampilkan pada Tabel 4.2.

43

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Tanpa Perendaman

No Tebal (mm)

Lebar (mm)

Luas (mm2)

Beban P (kg)

σu (kg/mm2)

Lo(mm)

ΔL (mm)

ε (%)

1 4,9 12,4 60,7 122 2,007 50 0,45 0,9 2 5 13 65 130,5 2,007 50 0,5 1 3 5 12,7 63,5 96,7 1,522 50 0,4 0,8 4 5 13,1 65,5 129,3 1,974 50 0,35 0,7 5 5 12 60 134,5 2,241 50 0,45 0,9

Rata-rata 1, 5 9 Rata-rata 0,86

Dari data pengujian tegangan dan regangan rata-rata komposit serat tanpa

perlakuan mempunyai nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan matrik

pengikat. Gambar 4.2 berikut ini menunjukkan bentuk patahan yang

terjadi pada benda uji komposit dengan serat tanpa perlakuan kimia.

Gambar 4.2 Bentuk Patahan Benda Uji Komposit Serat

Tanpa Perendaman

44

4.1.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 2,5 % NaOH, 5 %

KMnO4

Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit dengan

perlakuan larutan 2,5 % NaOH, 5 % KMnO4 dapat dilihat pada Tabel 4.3

berikut ini:

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat

Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KMnO4

No Tebal (mm)

Lebar (mm)

Luas (mm2)

Beban P (kg)

σu (kg/mm2)

Lo(mm)

ΔL (mm)

ε (%)

1 4,6 12,5 57,5 131,2 2,281 50 0,25 0,5

2 4,5 12,7 57,15 130,2 2,278 50 0,35 0,7

3 4,6 12,8 58,88 60,7 1,030 50 0,25 0,5

4 4,6 13 59,8 146,3 2,446 50 0,45 0,9 5 4,6 12,8 58,88 127,2 2,160 50 0,35 0,7

Rata-rata 2,039 Rata-rata 0,66

Dari data di atas dapat diambil kesimpulan bahwa tegangan dan regangan

rata-rata komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KmnO4 lebih

rendah bila dibandingkan dengan benda uji matrik. Tegangan rata-rata

komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KmnO4 lebih tinggi

daripada komposit tanpa perlakuan, tetapi nilai regangan rata-ratanya lebih

rendah bila dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan.

Sedangkan bila dilihat dari bentuk patahan setelah pengujian tarik, dapat

diambil kesimpulan bahwa benda uji komposit dengan perlakuan serat

2,5% NaOH, 5% KmnO4 memiliki sifat getas.

45

Gambar 4.3 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Serat

Perlakuan 2,5 % NaOH, 5 % KMnO4

4.1.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 5% NaOH, 5%

KMnO4

Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit dengan

perlakuan larutan 5 % NaOH, 5 % KMnO4 dapat dilihat pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 5% NaOH, 5% KMnO4

No Tebal (mm)

Lebar (mm)

Luas (mm2)

Beban P (kg)

σu (kg/mm2)

Lo(mm)

ΔL (mm)

ε (%)

1 4,6 12,9 59,3 156,3 2,633 50 0,45 0,9

2 4,6 12,5 57,5 122,3 2,126 50 0,35 0,7

3 4,6 13,5 62,1 152,8 2,460 50 0,45 0,9

4 4,6 13 59,8 156,3 2,613 50 0,45 0,9 5 4,6 12,5 57,5 91,6 1,593 50 0,3 0,6


Dari data tersebut, dapat diambil kesimpulan bahwa benda uji komposit

dengan perlakuan serat 5% NaOH, 5% KMnO4 mempunyai rata-rata

tegangan tarik yang lebih rendah dibandingkan dengan benda uji matrik

46

pengikat, tetapi tegangan tariknya lebih tinggi bila dibandingkan dengan

benda uji komposit tanpa perlakuan atau dengan benda uji komposit

dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4. Nilai rata-rata regangan

lebih tinggi daripada komposit serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4, namun

lebih rendah daripada benda uji matrik atau dengan benda uji komposit

tanpa perlakuan.Bentuk patahan yang terjadi dapat dilihat pada Gambar

4.4.


Perlakuan 5 % NaOH, 5 % KMnO4 4.1.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 7,5 % NaOH, 5 %

KMnO4

Dari pengujian tarik terhadap benda uji komposit serat dengan

perlakuan larutan 7,5 % NaOH, 5 % KMnO4 dapat dilihat pada Tabel 4.5.

47

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Perlakuan 7,5% NaOH, 5% KMnO4

No Tebal (mm)

Lebar (mm)

Luas (mm2)

Beban P (kg)

σu (kg/mm2)

Lo(mm)

ΔL (mm)

ε (%)

1 4,4 12,4 54,56 114 2,089 50 0,3 0,6

2 4,4 12,6 55,44 152,3 2,747 50 0,5 1

3 4,3 12,6 54,18 113,8 2,100 50 0,35 0,7

4 4,3 12,6 54,18 137,2 2,532 50 0,45 0,9

5 4,4 12,3 54,12 152,8 2,823 50 0,6 1,2


Dari data tersebut bahwa benda uji komposit dengan perlakuan serat 7,5%

NaOH dan 5% KMnO4 mempunyai rata-rata tegangan tarik dan rata-rata

regangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan benda uji komposit

dengan perlakuan serat 5% NaOH, 5% KMnO4, tetapi lebih rendah bila

dibandingkan dengan benda uji matrik pengikat. Dari bentuk patahan

setelah pengujian tarik, dapat diambil kesimpulan bahwa benda uji

komposit dengan perlakuan serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4 juga memiliki

sifat getas. Seperti terlihat pada Gambar 4.5 berikut ini


Perlakuan 7,5 % NaOH, 5 % KMnO4

48

Dari pengujian tarik di atas dapat diambil kesimpulan bahwa semakin

tinggi prosentase konsentrasi larutan NaOH pada perlakuan serat membuat

komposit menjadi semakin kuat. Benda uji matrik menghasilkan tegangan dan

regangan tarik tertinggi dari seluruh benda uji yang ada. Hal tersebut dapat dilihat

pada Tabel 4.6, yang akan menunjukkan kekuatan tarik rata-rata dan regangan

rata-rata dari semua komposit yang telah mengalami pengujian tarik.

Tabel 4.6 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-rata

No

Fraksi Perlakuan

Serat Komposit

(%)

Kekuatan Tarik (σ) rata-rata (kg/mm2)

Regangan (ε) rata-rata (%)

1 0 1,950 0,86 2 2,5 2,039 0,66 3 5 2,285 0,80 4 7,5 2,458 0,88

Matriks 3,203 14,86

Dan untuk lebih jelas, data pada tabel tersebut di atas disajikan dalam bentuk

grafik. Berikut Gambar 4.6 yang memperlihatkan kekuatan tarik rata-rata dari

benda uji yang telah mengalami pengujian tarik.

49

3,203

1,95 2,0392,285

2,458

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5K

ekua

tan

Tarik

(kg/

mm

2)

Matrik Polyester

Komposit Serat Tanpa Perendaman

Komposit Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4

Komposit Serat 5% NaOH, 5% KMnO4


Benda Uji Komposit

Gambar 4.6 Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Matrik dan Komposit

14,86

0,86 0,66 0,8 0,88

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Reg

anga

n (%

)

Matrik Polyester





Benda Uji Komposit

Gambar 4.7 Grafik Regangan Rata-rata Matrik dan Komposit

50

Kemungkinan yang bisa menyebabkan turunnya kekuatan komposit

tersebut adalah sebagai berikut:

• Adanya udara terperangkap (void) dalam komposit.

Hal tersebut dikarenakan semakin besar fraksi volum serat penguat

pada komposit, semakin banyak pula void yang terdapat dalam

komposit tersebut.

• Orientasi serat yang tidak searah (acak).

Mengakibatkan beban yang diterima tidak dapat didistribusikan secara

merata oleh matrik pengikat, sehingga hanya sebagian dari serat yang

ikut menahan beban bersama dengan matrik pengikat.

• Distribusi serat yang kurang merata.

Sehingga kekuatan komposit yang dihasilkan juga tidak merata pada

tiap titiknya.

• Kurang kuatnya ikatan antara matrik pengikat dengan serat penguat.

Ini akan menyebabkan debounding (lepasnya ikatan antara serat

dengan matrik)

Selain yang tersebut di atas, dimungkinkan juga ada faktor lain yang

menyebabkan hasil pengujian tarik menyimpang. Faktor tersebut antara lain

adalah sebagai berikut:

• Proses pembuatan benda uji

Proses pembuatan yang dilakukan adalah secara manual dengan proses

hand lay-up sederhana, sehingga hasil cetakan kurang sempurna jika

dibandingkan dengan hasil proses fabrikasi.

51

•

ra lain:

n benda uji ke dalam mesin

an.

kan patahan

Sedang

dapat terjadi m

kerusakan ikatan serat matrik akibat tegangan geser dan kerusakan ikatan serat

akibat

4.2

unakan dalam pengujian impak ini adalah metode

harpy. Berbeda dengan pengujian tarik, pada pengujian impak ini tidak ada

itian dilakukan beberapa pengujian impak secara

terpisah

Faktor pengujian dan pengambilan data

Faktor ini merupakan faktor teknis yang sulit dihadirkan dalam

pengujian yang disebabkan beberapa hal anta

a) Kurang hati-hati dalam pemasanga

uji tarik yang dapat mengakibatkan kerusakan awal pada benda

uji yang tidak dideteksi sebelum beban diberik

b) Pemasangan benda uji yang tidak lurus dengan arah penarikan

pada mesin uji tarik sehingga menimbulkan momen lengkung

pada benda uji. Hal ini mempengaruhi/menyebab

pada daerah dekat pemegang benda uji.

kan menurut teori kegagalan maksimum, kerusakan komposit

elalui tiga mekanisme, yaitu; kerusakan akibat tegangan tarik,

tegangan tarik

Hasil Pengujian Impak

Metode yang dig

C

print-out grafiknya. Dalam penel

, yaitu: terhadap matrik pengikat dan komposit yang dihasilkan. Hal ini

dilakukan untuk mengetahui seberapa besar tenaga yang dibutuhkan untuk

mematahkan benda uji impak, untuk kemudian dihitung harga keuletan benda uji

impak tersebut.

52

4.2.1 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester

Setelah pengujian impak pada benda uji matrik polyester, didapat data

berupa sudut (β) yang ditunjukkan jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka).

mus-rumus untuk pengujian

impak,

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester

Tebal Lebar Luas Tenaga patah (Joule)

Harga keuletan (Joule/mm²)

Setelah dilakukan perhitungan sesuai dengan ru

maka didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak matrik

pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.7.

SPESIMEN (mm) (mm) (mm2) α β

1 8,40 10,10 84,84 147 142,00 0,268 0,003156

2 147 144,00 8,30 9,90 82,17 0,158 0,001917

3 8,40 9,70 81,48 147 144,50 0,131 0,001611

4 8,30 10,10 83,83 147 143,50 0,184 0,002192

5 8,10 10,05 81,41 147 144,00 0,158 0,001935

A- RAT RATA

143,60 0,180 0,002162

Gambar 4.8 berikut di bawah ini menunjukkan bentuk patahan yang terjadi setelah

benda uji impak ma ik pengikat mengalami pengujian. Dilihat dari bentuk

atahannya, benda uji matrik pengikat mengalami patah getas.

tr

p

53

Gambar 4.8 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Matrik Polyester

4.2.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia

Setelah pengujian impak pada benda uji komposit dengan serat

tanpa perlakuan kimia, didapat data berupa sudut (β) yang ditunjukkan

jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka). Setelah dilakukan

perhitungan sesuai dengan rumus-rumus untuk pengujian impak, maka

didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak matrik

pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.8 berikut ini

. Tabel 4.8 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia

SPESIMEN Tebal (mm)

Lebar(mm)

Luas (mm2) α β

Tenaga patah (Joule)


1 8,4 10,4 87,36 147 131 1,124 0,0128

2 8,5 9,9 84,15 147 127 1,392 0,0165

3 8,5 9,5 80,75 147 131 1,124 0,0139

4 8,4 10,3 86,52 147 131 1,124 0,0139

5 8,5 10,3 87,55 147 128 1,339 0,0152

RATA-RATA 129,6 1,221 0,0143

54

Dari data pengujian menunjukkan bahwa komposit dengan serat tanpa

perlakuan kimia memiliki tenaga patah yang lebih tinggi dan lebih ulet

daripada benda uji matrik. Gambar 4.9 berikut di bawah ini menunjukkan

bentuk patahan yang terjadi setelah benda uji impak komposit tanpa

perlakuan kimia serat mengalami pengujian.

Gambar 4.9 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Komposit

Tanpa Perlakuan Kimia

4.2.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH, 5%

KmnO4

Setelah pengujian impak pada benda uji komposit dengan

perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4, didapat data berupa sudut (β)

yang ditunjukkan jarum penunjuk terhadap dial (piringan angka). Setelah

dilakukan perhitungan sesuai dengan rumus-rumus untuk pengujian

impak, maka didapatkan data tenaga patah dan keuletan benda uji impak

matrik pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.9.

55

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KMnO4

SPESIMEN Tebal (mm)

Lebar(mm)

Luas (mm2) α β



1 8,6 10,3 88,58 147 133 0,964 0,0108

2 8,5 11,3 96,05 147 134 0,910 0,0094

3 8,6 10,7 92,02 147 131 1,124 0,0122

4 8,7 10,8 93,96 147 133 0,964 0,0102

5 8,4 11,6 97,44 147 133 0,964 0,0098

RATA-RATA 132,8 0,985 0,0105

Dari data pengujian diatas menunjukkan bahwa harga keuletan dan tenaga

yang diperlukan untuk mematahkan benda uji komposit dengan dengan

perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4 lebih rendah daripada komposit

tanpa perlakuan dan lebih tinggi daripada harga matrik. Sehingga dapat

disebutkan bahwa komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH, 5%

KMnO4 lebih kuat dan lebih ulet daripada matrik. Namun tidak lebih ulet

dan kuat dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan. Gambar 4.10

berikut ini menunjukkan bentuk patahan yang terjadi setelah benda uji

impak komposit perlakuan serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4 mengalami

pengujian.

Gambar 4.10 Bentuk Patahan Benda Uji Impak

Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KmnO4

56

4.2.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5% KmnO4


perlakuan serat 5% NaOH, 5% KMnO4, didapat data berupa sudut (β)




matrik pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.10 berikut ini.

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5%

KMnO4

SPESIMEN Tebal (mm)

Lebar(mm)

Luas (mm2) α β



1 8,6 10,5 90,30 147 128 1,339 0,0148

2 8,6 10,4 89,44 147 132 1,017 0,0113

3 8,6 11,2 96,32 147 127 1,392 0,0144

4 8,6 11,1 95,46 147 130 1,178 0,0123

5 8,5 11,8 100,30 147 128 1,339 0,0133

RATA-RATA 129 1,253 0,0132



perlakuan serat 5% NaOH lebih rendah daripada komposit tanpa perlakuan

dan komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH. Namun masih lebih

tinggi kekuatan dan keuletannya daripada matrik. Sehingga dapat

disebutkan bahwa komposit dengan perlakuan serat 5% NaOH lebih kuat

dan lebih ulet daripada matrik. Namun tidak lebih ulet dan kuat

dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan dan komposit dengan

57

perlakuan serat 2,5% NaOH. Gambar 4.9 berikut ini menunjukkan bentuk

patahan yang terjadi setelah benda uji impak komposit perlakuan serat 5%

NaOH mengalami pengujian.

Gambar 4.11 berikut ini menunjukkan bentuk patahan yang terjadi setelah

benda uji impak komposit komposit dengan perlakuan serat 5% NaOH,

5% KMnO4 mengalami pengujian.

Gambar 4.11 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan

5% NaOH, 5% KmnO4

4.2.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 7,5% NaOH, 5%

KmnO4


perlakuan serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4, didapat data berupa sudut (β)




matrik pengikat seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.11.

58

Tabel 4.11 Hasil Pengujian Impak komposit Perlakuan 7,5% NaOH, 5% KMnO4

SPESIMEN Tebal (mm)

Lebar(mm)

Luas (mm2) α β



1 8,6 10,9 93,74 147 128 1,339 0,0142

2 8,7 10,9 94,83 147 129 1,285 0,0135

3 8,6 10,8 92,88 147 130 1,178 0,0126

4 8,7 10,5 91,35 147 130 1,178 0,0129

5 8,3 10,8 89,64 147 130 1,178 0,0131

RATA-RATA 129,4 1,232 0,0133



perlakuan serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4 lebih rendah daripada komposit

tanpa perlakuan dan komposit dengan perlakuan serat 2,5% NaOH.

Namun masih lebih tinggi kekuatan dan keuletannya daripada komposit

dengan perlakuan serat 5 % NaOH, 5% KMnO4 dan matrik pengikat.

Sehingga dapat disebutkan bahwa komposit dengan perlakuan serat 7,5%

NaOH lebih kuat dan lebih ulet daripada matrik dan komposit dengan

perlakuan serat 5 % NaOH . Namun tidak lebih ulet dan kuat

dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan dan komposit dengan

perlakuan serat 2,5% NaOH. Gambar 4.12 berikut ini menunjukkan bentuk

patahan yang terjadi setelah benda uji impak komposit perlakuan serat

7,5% NaOH, 5% KMnO4 mengalami pengujian.

59

Gambar 4.12 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan 7,5%

NaOH dan 5% KmnO4

Untuk lebih jelas mengetahui pengujian impak secara keseluruhan, Tabel

4.12 yang akan menunjukkan tenaga patah rata-rata dan keuletan rata-rata dari

benda uji impak, baik matrik maupun komposit.

Tabel 4.12 Tenaga Patah dan Keuletan Rata-rata

No

Fraksi Perlakuan

Serat Komposit

(%) Tenaga Patah Rata-rata (joule)

Keuletan Rata-rata (joule/ mm2 )

1 0 1,221 0,0143 2 2,5 0,985 0,0105 3 5 1,253 0,0132 4 7,5 1,232 0,0133

5 Matrik 0,180 0,0216

Dan agar lebih jelas, maka data pada tabel tersebut di atas disajikan dalam bentuk

grafik. Berikut Gambar 4.13 yang memperlihatkan grafik tenaga patah rata-rata

dari bahan yang telah mengalami pengujian impak. Sedangkan Gambar 4.14

memperlihatkan grafik keuletan rata-rata dari bahan yang mengalami pengujian

impak.

60

0,18

1,221

0,985

1,253 1,232

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4 Te

naga

Pat

ah (J

oule

)

Matrik Polyester





Benda Uji Komposit

Gambar 4.13 Grafik Tenaga Patah Rata-rata Matrik dan Komposit

Gambar 4.14 Grafik Keuletan Rata-rata Matrik dan Komposit

0,0021

0,0143

0,0105

0,0132 0,0133

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

Komposit Serat

Tanpa Perendaman Matrik

Polyester Komposit Serat

2,5% NaOH, 5% KMnO4



Keu

leta

n (J

oule

/ mm

2)

Benda Uji Komposit

61

4.3 Analisa Berdasarkan Data Pengujian

uan kimia ataupun tanpa perlakuan kimia

em

4.3.2

at diambil kesimpulan bahwa dengan fraksi

4.3.1 Dari Hasil Pengujian Tarik

Komposit dengan perlak

m punyai kekuatan tarik yang tidak jauh berbeda. Matrik pengikat

mempunyai kekuatan tarik dan regangan rata-rata paling tinggi diantara

komposit lainnya. Hal ini disebabkan fraksi volume serat yang relatif kecil

sehingga faktor matrik masih sangat dominan dalam menentukan

kekuatan komposit itu sendiri. Atau karena metode serat acak yang

digunakan sehingga kurang meratanya serat pada saat pencetakan

menyebabkan kekuatan komposit tidak merata pada setiap titik.

Rendahnya kekuatan tarik komposit juga bisa disebabkan karena

timbulnya void (udara yang terperangkap) pada hasil cetakan atau kurang

sempurnanya ikatan antara serat dengan matrik sehingga menimbulkan

serat lepas dari matrik (debonding failure).

Dari Hasil Pengujian Impak

Dari hasil pengujian impak dap

volume serat yang sama, perlakuan kimia terhadap serat tidak selalu

meningkatkan harga tenaga patahnya. Hal ini terlihat dari harga tenaga

patah rata-rata komposit dengan perendaman serat 2,5% NaOH dan 5%

KMnO4 lebih rendah bila dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan

kimia. Dari data pengujian impak tersebut menunjukkan bahwa komposit

tanpa perlakuan serat mempunyai harga keuletan rata-rata yang paling

tinggi.

62

4.3.3 Analisa Berdasarkan Foto Mikro

Dari pengamatan yang dilakukan secara mikro, dapat disimpulkan bahwa

kerusakan yang terjadi dikarenakan cacatnya ikatan antara serat dengan

matrik. Hal tersebut bisa dikarenakan matrik tidak mengikat serat secara

menyeluruh, sehingga yang terjadi adalah serat terlepas dari ikatannya dengan

matrik, sehingga di sekitar serat terjadi retakan-retakan yang menyebabkan

ikatan tersebut terlepas. Gambar 4.15 sampai dengan Gambar 4.25 berikut ini

menunjukkan struktur mikro benda uji komposit, terjadinya void, serta

terjadinya retakan pada komposit.

100µm

Gambar 4.15 Foto Mikro Matrik Polyester

63

Gambar 4.16

Foto Mikro Penampang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia

void

void

serat

serat

100µm

100µm

Gambar 4.17 Foto Mikro Melintang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia

64

Gambar 4.18 Foto Mikro Penampang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4

serat

serat

void

void

100µm

100µm

Gambar 4.19 Foto Mikro Melintang Komposit 2,5% NaOH, 5%

KMnO4

65

Gambar 4.20 Foto Mikro Penampang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4

serat

void

void

100µm

serat

100µm

Gambar 4.21 Foto Mikro Melintang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4

66

Gambar 4.22 Foto Mikro Penampang Komposit 7,5% NaOH, 5%KMnO4

serat

seratvoid

void

100µm

100µm

Gambar 4.23 Foto Mikro Melintang Komposit 7,5% NaO, 5% KMnO4

67

100µm

Gambar 4.24 Foto Mikro Retak Komposit

100µm

Gambar 4.25

Foto Mikro Kawat Tembaga

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, penulis bisa mengambil

kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:

Komposit tanpa perlakuan kimia mempunyai kekuatan tarik paling

rendah, sedangkan kekuatan tarik paling tinggi terjadi pada matrik. Hal ini

disebabkan karena fraksi volum serat yang relatif kecil, sehingga faktor

matrik sangat dominan dalam menentukan kekuatan komposit itu sendiri.

Rendahnya kekuatan tarik komposit juga disebabkan karena timbulnya

void (udara yang terperangkap) pada hasil cetakan atau kurang

sempurnanya ikatan antara serat dengan matrik sehingga menimbulkan

serat lepas dari matrik (debonding failure).

Dari hasil pengujian impak dapat diambil kesimpulan bahwa

komposit dengan perlakuan serat 5% NaOH dan 5% KMnO4 mempunyai

tenaga patah paling tinggi, sedangkan tenaga patah paling rendah terjadi

pada matrik. Harga keuletan paling tinggi terjadi pada komposit tanpa

perlakuan kimia, sedangkan harga keuletan paling rendah terjadi pada

matrik.

Bentuk patahan pada pengujian tarik komposit tergolong kerusakan

patah getas (brittle failure), sedangkan pada pengujian impak bentuk

patahan yang terjadi termasuk jenis patah campuran dimana patahan

sebagian getas dan liat.

68

69

5.2 Saran

Penulis merasa masih banyak terjadi kekurangan pada penelitian yang

telah dilaksanakan. Oleh karena itu agar penelitian-penelitian berikutnya

mendapatkan hasil yang lebih baik, maka penulis memberikan saran-saran

sebagai berikut:

1. Serat yang akan digunakan sebaiknya sebersih mungkin dan tidak

mengandung unsur minyak, air, ataupun partikel pengotor lainnya.

2. Bahan-bahan yang dipakai diukur sesuai dengan yang diperlukan, dan

pada saat mencampurnya diusahakan agar benar-benar merata.

3. Pada proses pencetakan, sebisa mungkin dihindari terjadinya void

pada benda hasil cetakan.

4. Pada saat pembentukan benda uji, pemotongan dilakukan sehati-hati

mungkin agar benda uji yang terbentuk tidak mengalami retak dan

dimensi dari benda uji benar-benar sesuai ukuran.

5. Pemasangan benda uji pada alat penguji dilakukan sehati-hati

mungkin, untuk menghindari rusaknya benda uji sebelum dilakukan

pengujian.

6. Pengambilan data dari hasil pengujian dilakukan seteliti mungkin,

agar hasil perhitungan sesuai dengan kondisi nyata.

DAFTAR PUSTAKA _________, 1987, Annual Book of ASTM Standart, American Society For

Testing Material, Philadelpia.PA. Dieter, G.E., 1990, Metalurgi Mekanik, Erlangga, Jakarta. Hadi, B.K., 2000, Mekanika Struktur Komposit, Departemen Pendidikan

Nasional, Jakarta. Jones, R.M., 1975, Mechanics of Composite Material, MC Graw Hill, New York. Van Vlack, L.H., 1985, Ilmu dan Teknologi Bahan, Edisi Kelima, Erlangga,

Jakarta

70

LAMPIRAN

P195,7

∆l 7,9 5,4 ∆l

P185,9

1 2

188,8

P

7,6 ∆l 3

P181,1

∆l 12,4 4

P

185,5

5

3,85 ∆l

Lampiran 1. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian

Tarik Matrik Polyester Keterangan :

P : Beban (kg) Δl : Pertambahan Panjang (mm) 1, 2, 3, 4, 5 : Benda uji 1, Benda uji 2, Benda uji 3, Benda uji 4, Benda uji 5

0,45 ∆l 0,5

P P

∆l 0,4 ∆l

P

96,7

130,5122

1 2 3

0,35

P

129,3

∆l ∆l0,45

P134,5

4 5

Lampiran 2. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perendaman Serat

Keterangan :


0,35 ∆l

P130,2

P131,2

60,7

P

∆l0,25 ∆l 0,25

1 2 3

0,45 ∆l

P146,3

∆l0,35

P127,2

4 5 Lampiran 3. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian

Tarik Komposit Perendaman Serat 2,5% NaOH, 5% KmnO4 Keterangan :


1

0,45 ∆l2

0,35 ∆l

PPP

152,8

122,3

156,3

3

0,45 ∆l

156,3

P

4

0,45 ∆l

P

∆l5

0,3

91,6

Lampiran 4. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat 5% NaOH, 5% KmnO4

Keterangan :


0,35 ∆l

113,8

∆l0,45 ∆l0,6

P P

PPP

∆l∆l

1 2

137,2

152,8

152,3

114

0,3 0,5

3

4 5 Lampiran 5. Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian

Tarik Komposit Perendaman Serat 7,5% NaOH, 5% KmnO4 Keterangan :


pengaruh perlakuan kimia pada serat kelapa (coir fiber terhadap sifat mekanis komposit...

Documents