studi pengaruh orientasi arah serat dan fraksi volum serat terhadap kekuatan tarik komposit...

13
Studi Pengaruh Orientasi Arah Serat Dan Fraksi Volum Serat STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY Imaful Hansa S1 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya e-mail: imamulhamzah @gmail.com Agung Prijo Budiono Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya e-mail: [email protected] ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik bahan komposit berpenguat serat fiberglass dengan matriks epoxy resin. Penelitian ini terbagi dalam beberapa tahapan. Tahap pertama pembuatan model komposit, setelah itu dibuatlah komposit dengan fraksi volum 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dengan arah serat 0º,45 º, 90 º. Pembuatan spesimen dengan metode hand lay-up. Tahap kedua yaitu pengujian material komposit. Pengujian yang dilakukan yaitu uji tarik. Uji tarik dilakukan menggunakan standar ASTM D 638M-84 M-1. Tahap ketiga yaitu hasil analisa data dan pembahasan. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan kekuatan tarik (tensile strength) terbesar pada fraksi volum 10% arah serat 0º (arah membujur) dengan nilai 7,96 kgf/mm 2 . Sedangkan semakin besar fraksi volum komposit terlihat kecenderungan semakin menurun. Ini dapat diperlihatkan dengan hasil terkecil didapatkan pada fraksi volum 50% arah serat 90º sebesar 6,38kgf/mm 2 . Dari hasil yang didapatkan bisa disimpulkan bahwa pengaruh fraksi volum dan arah penataan serat menunjukkan tren berbanding terbalik terhadap penambahan fraksi volum dan perubahan arah serat. Kata kunci : fiberglass, epoxy resin, fraksi volum, arah serat ABSTRACT The purpose of this study was to investigate the characteristics of fiberglass fiber Composite material with epoxy resin matrix. This study is divided into several stages. The first stage of modeling composite, after it was made composite with volume fraction of 10%, 20%, 30%, 40%, 50% with the fiber direction of 0 º, 45 º, 90 º. Preparation of specimens with hand lay-up method. The second phase of testing of composite materials. Tests were carried out, namely tensile test. Tensile test was performed using standard ASTM D 638M-84 M- 1. The third stage is the data analysis and discussion. Based on the results, the tensile strength the largest volume fraction of 10% 0 º fiber direction (longitudinal direction) with a value of 7.96 kgf/mm 2 . Meanwhile, the greater the volume fraction of the composite looks deteriorated. This can be demonstrated by the results obtained at least 50% volume fraction of fiber direction 90 º of 6.38 kgf/mm 2 . From the results obtained it can be 113

Upload: alim-sumarno

Post on 08-Apr-2016

444 views

Category:

Documents


17 download

DESCRIPTION

Jurnal Online Universitas Negeri Surabaya, author : IMAFUL HANSA

TRANSCRIPT

Page 1: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

Studi Pengaruh Orientasi Arah Serat Dan Fraksi Volum Serat

STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT

TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN

MATRIK EPOXY

Imaful HansaS1 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

e-mail: imamulhamzah @gmail.com

Agung Prijo BudionoJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

e-mail: [email protected]

ABSTRAKTujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik bahan komposit berpenguat serat fiberglass dengan

matriks epoxy resin. Penelitian ini terbagi dalam beberapa tahapan. Tahap pertama pembuatan model komposit, setelah itu dibuatlah komposit dengan fraksi volum 10%, 20%, 30%, 40%, 50% dengan arah serat 0º,45 º, 90 º. Pembuatan spesimen dengan metode hand lay-up. Tahap kedua yaitu pengujian material komposit. Pengujian yang dilakukan yaitu uji tarik. Uji tarik dilakukan menggunakan standar ASTM D 638M-84 M-1. Tahap ketiga yaitu hasil analisa data dan pembahasan.

Berdasarkan hasil penelitian didapatkan kekuatan tarik (tensile strength) terbesar pada fraksi volum 10% arah serat 0º (arah membujur) dengan nilai 7,96 kgf/mm2. Sedangkan semakin besar fraksi volum komposit terlihat kecenderungan semakin menurun. Ini dapat diperlihatkan dengan hasil terkecil didapatkan pada fraksi volum 50% arah serat 90º sebesar 6,38kgf/mm2. Dari hasil yang didapatkan bisa disimpulkan bahwa pengaruh fraksi volum dan arah penataan serat menunjukkan tren berbanding terbalik terhadap penambahan fraksi volum dan perubahan arah serat.Kata kunci : fiberglass, epoxy resin, fraksi volum, arah serat

ABSTRACTThe purpose of this study was to investigate the characteristics of fiberglass fiber Composite material with epoxy

resin matrix. This study is divided into several stages. The first stage of modeling composite, after it was made composite with volume fraction of 10%, 20%, 30%, 40%, 50% with the fiber direction of 0 º, 45 º, 90 º. Preparation of specimens with hand lay-up method. The second phase of testing of composite materials. Tests were carried out, namely tensile test. Tensile test was performed using standard ASTM D 638M-84 M-1. The third stage is the data analysis and discussion.

Based on the results, the tensile strength the largest volume fraction of 10% 0 º fiber direction (longitudinal direction) with a value of 7.96 kgf/mm2. Meanwhile, the greater the volume fraction of the composite looks deteriorated. This can be demonstrated by the results obtained at least 50% volume fraction of fiber direction 90 º of 6.38 kgf/mm2. From the results obtained it can be concluded that the effect of volume fraction and showed a trend toward fiber arrangement is inversely proportional to the volume fraction additions and changes to the fiber direction.Keywords: fiberglass, epoxy resins, volume fraction, fiber direction

PENDAHULUAN

Komposit didefinisikan

sebagai suatu material yang terdiri

dari dua komponen atau lebih

yang memiliki sifat atau struktur

yang berbeda yang dicampur

secara fisik menjadi satu

membentuk ikatan mekanik yang

dengan struktur homogeny secara

makroskopik dan heterogen secara

mikroskopik. Material campuran

tersebut akan menghasilkan

material yang baru dan memiliki

sifat unggul dari material

pembentuknya (Sulistijono,

2012). Kelebihan material

komposit dibandingkan dengan

113

Page 2: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

JTM. Volume 02 Nomor 03 Tahun 2014, 113 - 121

logam adalah ketahanan terhadap

korosi atau pengaruh lingkungan

bebas dan untuk memilki

kekuatan dan kekakuan yang lebih

baik. Oleh karena itu penelitian

berkelanjutan berbanding lurus

dengan perkembangan teknologi

bahan tersebut khususnya

komposit.

Ada beberapa faktor yang

menentukan dalam kekuatan

material pada orientasi serat acak

diantaranya panjang serat, arah

serat dan fraksi volum dari

material itu sendiri. Untuk

mengatasi kurangnya kekuatan

dan kekakuan dalam arah diluar

sumbu ini, struktur – struktur

berlapis harus dibuat dengan

berbagai arah lapisan 0º, dengan

menamai lapisan dalam arah

membujur sebagai lapisan 0º,

maka struktur ini ditunjukkan

sebagai: 0º, 90º, +45º, -45º

(Robert L. Mott, 2004)

Sesungguhnya orientasi serat acak ini sudah

dibuat oleh pabrik dan diperjual belikan secara bebas.

Namun kenyataannya apakah panjang serat yang telah

dibuat oleh pabrik sudah memberikan kekuatan

maksimal. Selain itu apakah ada pengaruh sifat

mekanis pada arah serat (0º, 90º, 45º) dan fraksi volum.

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut

mengetahui pengaruh fraksi volum serat fiberglass

terhadap kekuatan tarik komposit dan Mengetahui

pengaruh pola penataan serat fiberglass terhadap

kekuatan tarik komposit.

Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut

dengan adanya penelitian ini bisa dijadikan acuan

dalam hal pemilihan material komposit, sebagai

referensi dalam hal proses manufaktur fiberglass yang

ada di industri, penelitian ini juga diharapkan sebagai

pemahaman dalam dunia pendidikan terhadap ilmu

komposit dan penelitian ini merupakan titik awal

untuk melakukan eksplorasi pencarian material baru

pengganti logam.

METODE

Rancangan Penelitian

Gambar 1. Rancangan Penelitian

Desain spesimen benda uji

Cetakan spesimen terbuat dari kaca sebagai alas dan

akrilik sebagai pembentuk rongga. Desain spesimen

yang akan digunakan atau dibuat disesuaikan dengan

standart pengujian material komposit ASTM D 638M -

84 M-1 Test Method For Tensile Properties of Plastics.

. Untuk Lo dalam penelitian ini dibuat lebih panjang

untuk dijadikan pegangan di holder ketika akan

dilakuka uji tarik pada mesin.

114

Page 3: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

Studi Pengaruh Orientasi Arah Serat Dan Fraksi Volum Serat

Gambar 2 Desain Spesimen sesuai ASTM D

638M

Gambar 3 Desain Spesimen sesuai ASTM D

638M yang akan dibuat

Tabel 1. ukuran cetakan ASTM D 638M – 84 M-

I, T = 5mm

Matriks

Matriks merupakan bahan perekat atau yang

biasa disebut dengan resin yang berfungsi untuk

merekatkan serat gelas. Matriks yang akan digunakan

adalah matriks jenis epoksi.

Bahan pembantu

Bahan pembantu digunakan untuk membantu

proses pembuatan benda uji. Bahan yang dimaksut

adalah PVA, mirror glass wax, katalis dan lain

sebagainya.

Kombinasi

Kombinasi yang dilakukan dalam penelitian kali

ini adalah variasi fraksi volum dan variasi panjang

serat. Kombinasi ini memberikan peranan yang sangat

penting, karena unsur – unsur penyusun komposit baik

matriks maupun penguatnya memiliki pengaruh yang

besar terhadap sifat mekanik komposit yang dihasilkan.

Banyak sedikitnya katalis yang ditambahkan atau

dicampurkan pada resin akan berdampak pada

kekerasan komposit yang dihasilkan. Semakin banyak

katalis yang dicampurkan pada resin maka semakin

cepat proses pengeringan pada komposit. Apabila

proses pengadukan pengadukan yang tidak merata

dikawatirkan timbul void yang berebihan. Void ini

tidak bisa dihindari dalam proses produksi komposit.

Untuk itu diperlukan penentuan komposisi yang tepat

guna memperkecil void.

Beberapa referensi penelitian memberikan

penjelasan tentang komposisi antara resin dengan

katalis. Diantaranya yang pernah dilakukan richy

(2009). Adapun diperoleh komposisi antara resin

dengan katalis dengan perbandingan 15,15 gram resin

ditambahkan katalis sebanyak 5 tetes pipet.

Komposisi unsur –unsur penyusun komposit

epoksi – penguat (serat) ditentukan dengan

menggunakan fraksi volum. Sehingga sebelum

pembuatan komposit dilakukan desain komposisi

antara epoksi dan penguat (serat). Dalam penelitian ini

dibuat komposisi epoksi – penguat (serat ) dengan

komposisi yang ada di dalam tabel berikut ini.

Tabel 2. komposisi komposit uji tarik

Penimbangan

Penimbangan dilakukan untuk memastikan

bahwa benda uji sesui dengan standart yang telah

ditentukan.

Persiapan alat dan bahan

115

Page 4: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

JTM. Volume 02 Nomor 03 Tahun 2014, 113 - 121

Beberapa peralatan yang digunakan pada

penelitian ini sebagai berikut:

Timbangan digital merek camry

Gelas ukur

Gelas dan sendok pengaduk

Alat bantu lain: alat yang digunakan meliputi

cutter,gunting, kuas, pisau, spidol, penggaris,

gergaji, kaca, akrilik, puas dan lain-lain.

Cetakan spesimen: cetakan ini terbuat dari kaca

sebagai alasnya dan akrilik sebagai pembentuk

rongga.

Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

Serat gelas

Serat gelas yang digunakan berjenis E-Glass

dengan bentuk chopped strand mat (CSM). Bentuk

CSM dibuat dengan cara memotong serat gelas yang

masih berbentuk roving atau serat panjang

menggunakan gunting hingga ukuran panjang serat

sesuai dengan yang diinginkan.

Resin jenis epoksi

Sebagai matriks pada penelitian kali ini

digunakan resin jenis epoksi yakni Epoxy Resin

dengan tipe Bisphenol A-epichlorohydin dicampurkan

dengan Epoxy Hardener dengan tipe Polyaminoamide

Katalis

Katalis yang digunakan memiliki senyawa

MEKPO yaitu senyawa Metyl Etyl Keton Peroksida.

Pembuatan spesimen

Langkah – langkah pembuatan sampel komposit

degan metode hand lay-up. Adapun langkah-

langkahnya sebagai berikut:

Menyiapkan alas cetakan dari kaca dan penutup

Alas cetakan yang telah disiapkan diberi pembatas

sesuai dengan luasan yang telah ditentukan

Gambar 4. alas dan cetakan komposit

Alas cetak dan penutup dibersihkan dari kotoran

Selanjutnya seluruh luasan alas cetak dan

penutup diolesi dengan PVA, setelah 5 menit

diolesi mirror wax glaze. Hal ini berguna untuk

agar benda tidak lengket dengan cetakan

Setelah dilakukan pengolesan dengan mirror

wax glaze maka komposit sudah bisa

dilakukan pencetakan. Tunggu hingga, proses

pengeringan membutuhkan waktu sekitar ½

hari.

Pengujian

Spesimen komposit yang siap uji

kemudian diuji dengan uji tarik untuk

memperoleh karakter yang ada yang ada pada

komposit tersebut. Pengujian tarik dilakukan

untuk mengetahui kakuatan tarik (tensile

strength), kekuatan luluh (yield strength),

perpanjangan (Elongation) dari material

komposit. Pengujian dilakukan dengan

menggunakan mesin Yu Feng tipe WE – 600B,

testing range 0-600 KN. Bahan komposit dibuat

sampel dengan bentuk dan ukuran mengacu pada

standar uji ASTM D 638M.

Langkah – langkah uji tarik pada bahan

komposit adalh sebagai berikut:

Sampel uji dipasang pada mesin uji tarik.

Dijepit dengan pencekam pada ujung-ujungnya.

Ditarik kearah memanjang secara perlahan.

Selama penarikan setiap saat tercatat dengan

grafik yang tersedia pada mesin sampai sampel

putus.

116

Page 5: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

Studi Pengaruh Orientasi Arah Serat Dan Fraksi Volum Serat

Amati dan catat gaya pada saat titik luluhnya

dan titik ultimatenya juga pertambahan panjang

dari sampel uji setelah putus.

Hasil uji tarik berupa grafik beban yang

diberikan terhadap pertambahan panjang

komposit.

Grafik tersebut diubah menjadi grafik stress –

strain.

Bila pada grafik stress – strain perubah daerah

elastis kedaerah plastis tidak dapat diamati

dengan jelas, maka untuk titik yield strength

pada kurva ditentukan dengan metode offset.

Dari grafik stress – strain akan diperoleh

data kekuatan luluh komposit yang selanjutnya

digunakan untuk menghitung modulus elastisitas.

Adapun modulus elastisitas berbanding lulus

dengan beban yang diberikan dan berbanding

terbalik terhadap elongasi yang terjadi pada bahan

komposit.

Analisis.

Menentukan persamaan hubungan

tegangan-regangan hasil penelitian serta modulus

elastisitas dengan perubahan panjang serat dan

fraksi volume. Hubungan tegangan-regangan serta

modulus elastisitas dapat disajikan dengan

persamaan berikut (Robert L. Mott):

suc = suƒ Vƒ + σ’m Vm ( kekuatan tarik/

persamaan 1 )

dimana :

suƒ = kekuatan tarik serat

ϵuƒ = regangan dalam serat yang berkaitan

dengan kekuatan tariknya

σ’m = tegangan dalam matrik pada regangan yang

sama dengan ϵuf

Pada suatu tingkat tegangan tertentu, hubungan

antara tegangan keseluruhan dalam komposit,

tegangan dalam serat, dan tegangan dalam matrik

mengikuti pola yang sama:

σc = σƒ Vƒ + σm Vm ---------( tegangan dalam

komposit/ persamaan 2)

Kedua sisi persamaan di atas dapat dibagi dengan

regangan di mana tegangan tersebut terjadi.

Karena untuk masing – masing bahan, modulus

elastisitas untuk komposit dapat ditunjukkan

sebagai:

Ec = Eƒ . Vƒ + Em . Vm -------( modulus

elastisitas/ persamaan 3 )

Rapat massa dari suatu komposit dapat dihitung

dengan cara yang sama:

ρc = ρƒ . Vƒ + ρm . Vm ---------( rapat massa

komposit/ persamaan 4 )

Rapat massa ditetapkan sebagai massa

persatuan volum. Sifat yang berkaitan, berat jenis,

ditetapkan sebagai berat persatuan volum dan

dinyatakan dengan simbol γ (huruf yunani

gamma). Hubungan antara rapat massa daan berat

jenis adalah γ = ρg, di mana g adalah percepatan

karena gravitasi. Dengan mengalikan tiap – tiap

suku dalam persamaan (ρc = ρƒ . Vƒ + ρm . Vm )

dengan g, dihasilkan rumus untuk berat jenis

komposit:

γc = γƒ.Vƒ + γm . Vm ------- ( berat jenis

komposit/ persamaan 5 ). (Robert L.Mott, 2004)

TEKNIK ANALISA DATA

Material komposit akan diuji pada mesin uji

tarik digital UTM (Universal Testing Machine) tipe

MT-502. Dari hasil pengujian ini data langsung bisa

diolah dan didapatkan hasilnya. Hal ini dikarenakan

data yang dikeluarkan mesin langsung berupa grafik

sehingga data yang didapatkan lebih akurat daripada

perhitungan manual.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Penelitian

117

Page 6: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

JTM. Volume 02 Nomor 03 Tahun 2014, 113 - 121

Hasil pembuatan sampel material komposit

menggunakan matrik jenis epoxy, dengan setiap fariasi

dibuat 3 buah. Fraksi volum pada masing-masing

komposit dibuat berbeda. Adapun variasi fraksi volum

penguat yakni 10%, 20%, 30%, 40% dan 50%. Untuk

mendapatkan hasil penelitian yang akurat digunakan 2

metode untuk mendapatkan tensile strength yang

maksimal. Pendekatan metode tersebut adalah secara

teoritis dan empiris.

Metode empirik dilakukan dengan

menggunakan mesin uji tarik UTM (Universal Testing

Machine) dijital, kemudian diperoleh data yang

selanjutnya diolah untuk mendapatkan data kekuatan

tarik dan modulus elastisitas/ pertambahan panjang.

Prinsip kerja mesin ini adalah dengan cara meletakkan

spesimen (benda uji) pada pencekam mesin, setelah

spesimen terpasang dengan baik, selanjutnya

menginputkan data pada komputer, ketika semua

proses pengisian selesai maka dilakukan pengujian

tarik selang beberapa detik keluar data hasil pengujian.

Mengenai hasil pada masing – masing metode akan

dijabarkan pada point di bawah ini.

Gambar 5 spesimen komposit (fraksi 10%, arah

serat 45º)

Gambar 6. Mesin uji tarik UTM (Universal Testing

Machine)

Kekuatan tarik

Kekuatan tarik merupakan puncak dari kurva

tegangan – regangan, pada poin inilah selama

pengujian, tegangan tertinggi yang nyata pada batang

uji dari suatu bahan akan terukur. Tegangan nyata

dihitung dengan membagi beban dengan luas

penampang lintang spesimen. Hal ini dinyatakan

dengan tegangan maksimal sebelum putus yaitu

ultimate tensile strength (UTS). Dalam penelitian ini

diperoleh data kekuatan tarik yang berkisar antara 8

kgf/mm2 – 6,35kgf/mm2.

Kekuatan tarik arah serat 0º

Berikut ini akan dijabarkan hasil perhitungan secara

teoritis maupun hasil empiris kekuatan tarik dari

material komposit. Pengolahan data empiris didapatkan

fraksi volum penguat 10% diperoleh komposit dengan

kekuatan tarik tertinggi yaitu 7,96 kgf/mm2.

Sedangkan kekuatan tarik terendah 6,92 kgf/mm2. Di

bawah ini merupakan data perhitungan kekuatan tarik

baik secara teoritis maupun empiris.

Tabel 3 tensile strength arah serat 0º

Gambar 7. Grafik kekuatan tarik arah serat 0º

Dari grafik di atas bisa diketahui bahwa terjadi tren

yang sama baik menggunakan metode teoritis maupun

empiris, yakni sama - sama mengalami tren yang

menurun (berbanding terbalik). Namun yang

membedakan disini adalah hasil yang diperoleh. Untuk

nilai tertinggi pada data teoritis arah serat yang sama

didapatkan hasil 17,1 kgf/mm2, sedangkan pada data

empiris didapatkan nilai 7,96 kgf/mm2. Hasil tersebut

118

Page 7: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

Studi Pengaruh Orientasi Arah Serat Dan Fraksi Volum Serat

sama – sama didapatkan pada fraksi volum 10%.

Sedangkan untuk nilai terendah di sebesar 6,92

kgf/mm2 diperoleh pada fraksi volum 50%.

Kekuatan tarik arah serat 45º

Tidak jauh berbeda dengan perhitungan sebelumnya,

bahwa hasil perhitungan secara teoritis (terlampir

dalam lampiran) dan hasil perhitunganya

dikelompokkan kedalam Tabel 4.

Pada metode empiris fraksi volum penguat 10%

diperoleh komposit dengan kekuatan tarik tertinggi

yaitu 7,54 kgf/mm2. Sedangkan kekuatan tarik

komposit terendah pada fraksi volum penguat 50%

sebesar 6,76 kgf/mm2. Hasil metode empirik bisa

dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 4 tensile strength arah serat 45º

Gambar 8. Grafik kekuatan tarik arah serat 45º

Tidak jauh berbeda dengan hasil yang diperoleh pada

arah serat sebelumnya baik menggunakan metode

teoritis maupun dengan menggunakan metode

empiris, semuanya di dapatkan tren yang sama yakni

menurun. Untuk hasil tertinggi pada arah serat 45º

diperoleh nilai 7,54 kgf/mm2 yang terdapat pada

fraksi volum 10%. Sedangkan nilai terendah

diperoleh pada fraksi volum 50% sebesar 6,76

kgf/mm2.

Kekuatan tarik arah serat 90º

Berikut ini akan dijabarkan perhitungan secara

teoritis kekuatan mekanis dari material komposit

(terlampir dalam lampiran). Sedangkan dari

pengolahan data empiris didapatkan bahwa pada

fraksi volum penguat 10% diperoleh komposit

dengan kekuatan tarik tertinggi yaitu 6,94 kgf/mm2.

Kekuatan tarik terendah 6,38 kgf/mm2. Untuk

pencapaian data yang lainya dapat dilihat pada grafik

di bawah ini.

Tabel 5 tensile strength arah serat 90º

Gambar 9. Grafik kekuatan tarik arah serat 90º

Hasil grafik di atas tidak seperti pada kondisi

perhitungan kekuatan tarik dengan metode teoritis yang

didapatkan hasil yang sama pada arah serat 0º.

Meskipun didapatkan tren yang sama dengan arah

serat 0º ( sama – sama terjadi tren menurun). Namun

hasil pada arah serat 90º ini memilik nilai yang berbeda

yakni 6,94 kgf/mm2 merupakan nilai terbesar yang

didapatkan pada fraksi volum 10%. Sedangkan nilai

119

Page 8: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

JTM. Volume 02 Nomor 03 Tahun 2014, 113 - 121

terendah sebesar 6,38 kgf/mm2 didapatkan pada fraksi

volum 50%.

Pembahasan

Berdasarkan analisa yang telah dilakukan pada

saat penelitian, dimana sifat-sifat mekanik dari material

fiberglass dengan matriks epoxy telah dihitung dan

dipetakan ke dalam grafik. Pengujian tarik sudah

dilakukan, sehingga menghasilkan beberapa harga

yield strength, tensile strength serta modulus elastisitas

berdasarkan fraksi volum fiber.

Berdasarkan grafik hasil pengujian dapat

diuraikan hal-hal yang menyangkut sifat mekanik pada

material komposit. Kecenderungan semakin besarnya

kekuatan tarik terletak pada penataan serat yang searah

dengan arah beban yang diberikan. Hal ini dapat

diperlihatkan dengan tensile strength terbesar terjadi

pada fraksi volum 10% pada arah serat 0º (arah

membujur) dengan 7,96 kgf/mm2. Sedangkan semakin

besarnya fraksi volum komposit terlihat kecenderungan

semakin menurun (berbanding terbalik) dengan

bertambahnya fraksi volum dan perubahan arah serat.

Ini dapat diperlihatkan dengan hasil terkecil didapatkan

pada fraksi volum 50% arah serat 90º sebesar 6,38

kgf/mm2.

Fraksi beban yang disangga oleh fiberglass

menjadi semakin besar ketika rasio modulus elastisitas

fiberglass terhadap matriks makin besar dan ketika

fraksi volum fiber besar. Sehingga jika diinginkan fiber

komposit harus sebesar mungkin menyangga baban

komposit, maka komposit harus dibuat dengan fraksi

fiber yang besar. Namun, kenyataanya dalam aplikasi

nyata, hanya 91% fraksi volum fiber bisa dibuat

menjadi komposit, bila komposit dibuat dengan fraksi

volum fiber lebih dari 80% maka akan ada fiber yang

tidak terikat oleh matriks, karena matriks tidak cukup

untuk bisa membasahi dan mengikat semua matriks,

akibatnya akan terjadi rongga – rongga dalam komposit

yang tidak terisi oleh matriks.

Sedangkan untuk nilai keuletan komposit sesuai

dengan pengujian empirik, didapatkan hasil yang

menunjukkan bahwa komposit bermatrik epoxy

dengan penguat fiberglass dapat disimpulkan sebagai

material ulet ( ductile ). Hal ini selaras dengan

teori suatu bahan dianggap ulet jika persen

pemanjangannya lebih besar dari 5% (nilai yang lebih

rendah menunjukkan kegetasan). Untuk alasan praktis,

disarankan menggunakan bahan dengan nilai 12% atau

lebih tinggi untuk komponen – komponen mesin yang

akan dikenai beban berulang, kejut atau impak.

PENUTUP

Simpulan

Berdasarkan serangkaian kegiatan yang telah

peneliti lakukan, serta mengacu pada hasil penelitian

dan pembahasan, maka dapat disimpulkan bahwa:

Karakteristik atau sifat mekanik dari material

komposit dengan menggunakan matriks epoxy resin

didapatkan hasil sebagai berikut:

Kakuatan tarik terbesar untuk arah serat 0º

diperoleh 7,96 kgf/mm2 pada komposisi fraksi

volum 10%.

Kakuatan tarik terbesar untuk arah serat 45º

diperoleh 7,54 kgf/mm2 pada komposisi fraksi

volum 10%.

Kakuatan tarik terbesar untuk arah serat 90º

diperoleh 6,94 kgf/mm2 pada komposisi fraksi

volum 10%.

Yield strength pada semua arah serat berada pada

range 369,05 kgf – 415,60 kgf.

Dengan semakin besar fraksi volum atau besarnya

volume serat fiberglass maka kekuatan tariknya akan

semakin kecil. Hal ini karena mariks tidak cukup

bisa untuk membasahi dan mengikat semua matriks,

akibatnya terjadi rongga – rongga dalam komposit

yang tidak terisi oleh matriks.

Saran

120

Page 9: STUDI PENGARUH ORIENTASI ARAH SERAT DAN FRAKSI VOLUM SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT FIBERGLASS DENGAN MATRIK EPOXY

Studi Pengaruh Orientasi Arah Serat Dan Fraksi Volum Serat

Berdasarkan hasil penelitian dan simpulan serta

kondisi nyata di lapangan, mengenai penggunaan resin

epoxy dapat peneliti berikan saran sebagai berikut:

Sebaiknya resin jenis epoxy ini dipakai untuk

mengerjakan komposit yang berbahan dasar carbon

fiber, hal ini untuk meningkatkan nilai kekuatan tarik

dari komposit.

Penelitian mengenai penggunaan macam-macam

resin beserta bahan pengisinya (filler) adalah sangat

penting untuk mengetahui karakteristik bahan

tersebut. Disamping itu pada bidang industri analisa

kekuatan material komposit dapat diaplikasikan

didalam pembuatan kapal, bodi mobil, senapan

angin, rompi anti peluru, komponen pesawat terbang

dan lain sebagainya.

Hasil dari penelitian ini bisa dipakai sebagai

referensi dalam pembuatan bodi kit mobil. Bahan

yang dipakai untuk bodi kit mobil adalah dari ABS

yang memiliki kekuatan tarik 4,18 kgf/mm2 (data

terlampir), sedangkan material komposit memiliki

kekuatan tarik 7,96 kgf/mm2. Hal ini menunjukkan

bahwa material komposit lebih bagus dari pada

material ABS. Dalam proses pembuatannya cukup

menggunakan fraksi volum 50% arah serat 0º,

meskipun memiliki nilai yang cukup rendah. Hal

tersebut ditinjau dari nilai ekonomisnya, karena bodi

kit mobil tidak membutuhkan kekuatan yang besar

untuk memperkokoh mobil, sedangkan fungsi dari

bodi kit hanya sebagai penambah nilai estetika

mobil.

DAFTAR PUSTAKA

ASTM., Standard test method for tensile properties of plastic (1984).,America Society For Testing Materials., USA, 1994.

Robert L. Mott, P.E. 2004. Elemen – Elemen Mesin Dalam Perancangan Mekanis. Yogyakarta: Andi Publiser.

Sulistijono. 2012. Mekanika Material Komposit. Surabaya: ITSPress.

121