Desain gambar dan ukuran spesimen

BAB III METODE PENELITIAN

3.3 Desain gambar dan ukuran spesimen

Desain dari spesimen uji tarik berpenguat serat tebu menggunakan standar ASTM D3039 Tipe 3. Berikut spesifikasi dari ukuran spesimen komposit ASTM D3039 Tipe 3 dapat dilihat pada gambar 3.12

Gambar 3. 12 Desain Spesimen Uji Tarik ASTM D3039 3.3.2 Desain spesimen uji impak

Desain dari spesimen uji impak berpenguat serat tebu menggunakan standar ASTM D6110-04. Berikut spesifikasi dari ukuran spesimen komposit ASTM D6110-04 dapat dilihat pada gambar 3.13

Gambar 3. 13 Desain Spesimen Uji Impak ASTM D6110

34 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pengujian

Pengujian spesimen komposit berpenguat serat tebu dengan prosentase 10%, 15% dan 20% dilakukan dalam dua pengujian yaitu pengujian tarik dan pengujian impak. Pengujian dilakukan pada laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Hasil data akan ditampilkan dalam tabel dan grafik.

4.2 Perhitungan Pengujian Uji Tarik

Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat mekanik pada suatu bahan. Uji tarik dilakukan menggunakan mesin pengujian tarik Universitas Sanata Dharma dengan ukuran yang sesuai dengan standar yaitu ASTM D3039 Tipe 3. Pengujian tarik dilakukan terhadap spesimen benda uji dengan variasi serat tebu 10%, 15%, 20% dan hasil pengujian didapatkan dari grafik hubungan antara beban dengan pertambahan panjang serta nilai kekuatan tarik (tegangan), regangan, dan modulus elastisitas. Berikut adalah tabel dan grafik hasil dari perhitungan dari pengujian tarik:

1. Data hasil pengujian uji tarik disajikan dalam tabel 4.1 Tabel 4. 1 Hasil Perhitungan Pengujian Tarik No Persentase

Perhitungan tegangan komposit berpenguat serat tebu dengan variasi prosentase serat 10%, 15%, dan 20% dapat dihitung dengan rumus berikut ini:

Keterangan :

σ = Kekuatan Tarik (N/mm²) P = Beban yang diberikan (N)

Ao = Luas Penampang awal benda uji (mm²) Nilai benda uji tanpa serat diketahui :

Berdasarkan persamaan maka dapat diperoleh hasil dari perhitungan kekuatan tarik spesimen komposit berpenguat serat tebu dengan variasi prosentase 10%, 15% dan 20%. Berikut adalah tabel hasil perhitungan nilai kekuatan tarik:

2. Data hasil kekuatan tarik pengujian uji tarik disajikan dalam tabel 4.2 Tabel 4. 2 Kekuatan Tarik Pengujian Tarik

No Prosentase Serat

Perhitungan besar regangan komposit berpenguat serat tebu dengan variasi prosentase serat 10%, 15%, dan 20% dapat dihitung melalui rumus berikut ini:

Keterangan:

ℇ = Besar Regangan (%)

ΔL = Penambahan panjang total (mm) Lo = Panjang awal benda uji (mm) Jika benda uji pertama diketahui:

ΔL = 1,6 mm Lo = 140 mm Maka:

Berdasarkan hasil perhitungan yang didapat maka tabel hasil perhitungan regangan tarik komposit berpenguat serat tebu dengan prosentase 10%, 15%, dan 20% adalah sebagai berikut :

3. Data hasil regangan pengujian uji tarik disajikan dalam tabel 4.3 Tabel 4. 3 Regangan Pengujian Tarik

No Prosentase Serat (%) Nama Spesimen Regangan (%) Rata-rata (%)

1 0 %

Perhitungan modulus elastisitas komposit berpenguat serat tebu dengan variasi prosentase serat 10%, 15% dan 20% dapat diketahui melalui rumus sebagai berikut:

Keterangan:

E = Besar modulus elastisitas (N/mm²) σe = Tegangan elastis (N/mm²)

εe = regangan elastis

Nilai benda uji pertama diketahui:

σe = 3,29 N/mm² εe = 1,5

Berdasarkan hasil perhitungan yang didapat maka tabel hasil perhitungan modulus elastisitas komposit berpenguat serat tebu dengan prosentase 10%, 15%, dan 20%

adalah sebagai berikut :

4. Data hasil modulus elastisitas pengujian uji tarik disajikan dalam tabel 4.4 Tabel 4. 4 Modulus Elastisitas Pengujian Tarik

No Persentse

4.2.4 Tabel dan grafik rata-rata

Dari hasil analisa peneltian yang didapat pada setiap spesimen benda uji memiliki rata-rata kekuatan tarik, regangan, dan modulus elastisitas yang berbeda-beda. Dari masing-masing benda uji yang diambil nilai rata-rata tegangan, regangan, dan modulus elastisitas dapat dilihat pada Tabel 4.5, Gambar 4.1 sampai dengan gambar 4.3.

5. Rata-rata Kekuatan Tarik, Regangan, dan Modulus elastisitas disajikan dalam tabel 4.5

Tabel 4. 5 Rata-rata Kekuatan Tarik, Regangan, Modulus elastisitas No Prosentase serat

Gambar 4. 1 Grafik Hubungan Antara Fraksi Volume Serat dan Kekuatan Tarik

Gambar 4. 2 Grafik Hubungan Antara Fraksi Volume Serat dan Regangan

15.57 18.44

Gambar 4. 3 Grafik Hubungan Antara Fraksi Volume Serat dan Modulus Elastisitas

4.2.5 Pembahasan pengujian tarik

Pada pembuatan komposit epoxy berpenguat serat tebu memiliki 3 variasi prosentase yang berbeda yaitu 10%, 15%, dan 20% dan tanpa serat. Pembuatan spesimen menggunakan metode hand lay up dengan resin epoxy jenis Bishepenol A Epychlorohydrin dan katalis hardener jenis B dengan perbandingan 1:1.

Komposit ini menggunakan serat tebu sebagai penguatnya dengan arah serat continous. Dari hasil pengujian komposit epoxy berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10% yang sudah dilakukan dapat dilihat pada gambar 4.1 bahwa nilai rata-rata dari kekuatan tarik yang didapat yaitu sebesar 18,44 N/mm². Untuk nilai rata-rata variasi fraksi volume serat 15% didapat sebesar 26,23 N/mm². Untuk nilai rata-rata varisi fraksi volume serat 20% didapat sebesar 26,76 N/mm² dan ini menjadi nilai tertinggi dari nilai rata-rata kekuatan tarik yang didapat dan hasil kekuatan tarik terendah didapat dari spesimen tanpa serat dengan nilai sebesar 15,57 N/mm². Dari gambar 4.2 menunjukkan hasil dari nilai rata-rata regangan yang didapat dari pengujian epoxy berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10% sebesar 1,43%. Untuk nilai rata-rata variasi fraksi volume serat 15% sebesar 1,86%. Untuk nilai rata-rata variasi fraksi volume serat 20% sebesar 1,93% menjadi nilai tertinggi dari rata-rata regangan yang didapat dan untuk hasil nilai regangan terendah terdapat pada spesimen tanpa serat sebesar 1,07%. Dari gambar 4.3 menunjukkan hasil dari nilai rata-rata modulus elastisitas

3.26

yang didapat dari pengujian tarik komposit epoxy berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 15% didapat sebesar 2,59 N/mm². Untuk nilai rata-rata 20% didapat sebesar 2,26 N/mm² dan nilai tertinggi dari rata-rata modulus elastisitas terdapat pada spesimen tanpa serat dengan nilai sebesar 3,26 N/mm².

Untuk nilai terendah terdapat pada spesimen komposit epoxy serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10% sebesar 1,57 N/mm². Semakin banyaknya serat tebu pada komposit epoxy dapat mempengaruhi kekuatan tarik maupun regangan pada spesimen komposit. Karena dapat disimpulkan bahwa semakin banyak serat tebu pada komposit maka kekuatan tariknya akan semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena serat yang diikat oleh matriks, sehingga semakin banyaknya serat yang diikat oleh matriks maka akan semakin kuat dan nilai kekuatan tarik yang dihasilkan akan semakin besar. Selain itu tebal spesimen juga berpengaruh karena semakin tebal maka luas penampang semakin besar, dengan besarnya luas penampang maka beban tarik yang dihasilkan juga semakin besar dan ulet. Dari Gambar 4.1 Ini bisa dilihat dari grafik kekuatan tarik mangalami peningkatan yang cukup signifikan dimana kekuatan tarik epoxy dengan tanpa serat sebesar 15,57 N/mm², 10% sebesar 18,44 N/mm², 15% sebesar 26,23 N/mm², 20%

sebesar 26,76 N/mm². Gambar 4.2 menyajikan grafik hasil rata-rata regangan dari matriks epoxy dan komposit serat tebu 10%, 15% dan 20%. Dari grafik dapat dilihat regangan pada komposit mengalami peningkatan dari komposit tanpa serat sebesar 1,07% sampai dengan komposit serat tebu 20% sebesar 1,93%. Gambar 4.3 menyajikan hasil dari rata-rata modulus elastisitas dari matriks epoxy dan komposit serat tebu 10%, 15% dan 20%. Dari grafik bisa dilihat modulus elastisitas pada komposit tanpa serat memiliki nilai tinggi sebesar 3,26 N/mm² dan mengalami penurunan pada komposit serat tebu 10% sebesar 1,57 N/mm² kemudian mengalami kenaikan pada komposit serat tebu 15% sampai dengan 20%. Dari hasil grafik rata-rata modulus elastisitas tersebut disimpulkan bahwa ini bisa dipengaruhi dari faktor matriknya yang kurang merata pada saat pencetakkan dan ada rongga udara yang mengakibatkan udara masuk kemudian munculnya gelembung sehingga spesimen berlubang dan persebaran serat yang tidak merata atau tidak continous sehingga modulus elastisitas mengalami naik

turun. Berikut ini adalah benda uji hasil pengujian tarik dari masing-masing variasi fraksi volume serat 10%, 15%, 20% disajikan dalam Gambar 4.4 – 4.6:

Gambar 4. 4 Spesimen Komposit Uji Tarik Serat Tebudengan Variasi Fraksi Volume Serat 10%

Gambar 4. 5 Spesimen Komposit Uji Tarik Serat Tebu dengan Variasi Fraksi Volume Serat 15%

Gambar 4. 6 Spesimen Komposit Uji Tarik Serat Tebu dengan Variasi Fraksi Volume Serat 20%

4.3 Perhitungan Pengujian Uji Impak

Pengujian untuk mengetahui kekuatan impak pada material dengan mengetahui ketahanan dari material terhadap beban pendulum yang diayunkan secara tiba-tiba. Pengujian ini menggunakan masing-masing 3 spesimen pada setiap variasinya.

1. Data hasil pengujian uji impak disajikan pada tabel 4.6 Tabel 4. 6 Hasil Perhitungan Pengujian Impak No Persentase

4.3.1 Energi impak yang diserap

Perhitungan energi impak yang diserap pada komposit epoxy berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10%, 15%, dan 20% dapat diketahui dengan rumus berikut ini:

Keterangan:

E = Energi impak yang diserap (J) m = Berat bandul (kg)

g = Gaya gravitasi (m/s) r = Panjang lengan bandul (m)

46 α = Sudut awal (º)

β = Sudut akhir (º)

Jika benda uji pertama diketahui:

m = 1,357 kg g = 9,81 m/s² r = 0,3948 m α = 145 º β = 108 º Maka :

Berdasarkan perhitungan yang diperoleh energi yang diserap pada komposit berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10%, 15% dan 20% dapat disajikan pada tabel sebagai berikut:

2. Data hasil perhitungan energi yang diserap pengujian uji impak disajikan dalam tabel 4.7

Tabel 4. 7 Energi yang diserap

No Prosentase Serat

Perhitungan harga impak komposit berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10%, 15% dan 20% dapat diketahui dengan rumus sebagai berikut:

Keterangan:

Is = Kekuatan impak (J/mm²) E = Energi impak yang diserap (J) A = Luas permukaan (mm²) Jika benda uji pertam diketahui:

E = 2,68 Joule A = 135,89 mm²

Berdasarkan perhitungan yang diperoleh kekuatan impak pada komposit berpenguat serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 10%, 15% dan 20%

dapat disajikan pada tabel sebagai berikut:

3. Data hasil perhitungan harga impak pengujian uji impak disajikan dalam

4.3.3 Tabel dan grafik rata-rata

Dari hasil analisa peneltian yang didapat pada setiap spesimen benda uji memiliki rata-rata energi impak yang diserap dan harga impak yang berbeda-beda.

Dari masing-masing benda uji yang diambil nilai rata-rata energi impak yang diserap dan harga impak yang dapat dilihat pada Tabel 4.9, Gambar 4.7 sampai dengan gambar 4.8

Tabel 4. 9 Rata-rata Energi yang diserap dan Harga Impak No Prosentase serat

Gambar 4. 7 Grafik Hubungan Antara Fraksi Volume Serat dan Energi yang diserap

Gambar 4. 8 Grafik Hubungan Antara Fraksi Volume Serat dan Harga Impak

2.51 2.29 3.03

50 4.3.4 Pembahasan Uji Impak

Pengujian impak yang dilakukan menunjukkan bahwa spesimen epoxy berpenguat serat tebu dengan tanpa serat dan variasi fraksi volume serat 10%, 15% dan 20%.

Spesimen tanpa serat memiliki nilai rata-rata energi yang diserap sebesar 2,51 Joule dan harga impak sebesar 0,0185 Joule/mm² diikuti nilai rata-rata energi yang diserap variasi fraksi volume serat 10% sebesar 2,29 Joule dan harga impak sebesar 0,0168 Joule/mm² diikuti nilai energi yang diserap variasi fraksi volume serat 15% sebesar 3,03 Joule dan harga impak sebesar 0,0223 Joule/mm² diikuti nilai energi yang diserap variasi fraksi volume serat 20% sebesar 5,39 Joule dan harga impak 0,0397 Joule/mm². Berikut ini adalah hasil benda uji spesimen uji impak dengan masing-masing variasi fraksi volume serat 10%, 15%, 20%

disajikan dalam Gambar 4.9 – 4.11

Gambar 4. 9 Spesimen Uji Impak Serat Tebu dengan Variasi Fraksi Volume Serat 10%

Gambar 4. 10 Spesimen Uji Impak Serat Tebu dengan Variasi Fraksi Volume Serat 15%

Gambar 4. 11 Spesimen Uji Impak Serat Tebu dengan Variasi Fraksi Volume Serat 20%

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Setelah menganalisis data yang sudah diperoleh penulis menyimpulkan:

1. Nilai rata-rata kekuatan tarik tertinggi terdapat pada spesimen komposit serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 20% sebesar 26,76 N/mm².

2. Nilai rata-rata regangan tertinggi terdapat pada spesimen komposit serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 20% sebesar 1,93%.

3. Nilai modulus elastisitas tertinggi terdapat pada komposit serat tebu dengan variasi fraksi volume serat 15% sebesar 2,59 N/mm².

4. Nilai energi yang diserap terbesar terdapat pada spesimen komposit epoxy dengan variasi fraksi volume serat 20% dengan nilai sebesar 5,39 joule.

Nilai harga impak terbesar terdapat pada spesimen dengan variasi fraksi volume serat 20% sebesar 0,0397 joule/mm².

5.2 Saran

Pada penelitian yang sudah dilakukan masih banyak terdapat kekurangan dalam pembuatan spesimen komposit. Sehingga penulis sedikit memberikan saran supaya dalam penelitian selanjutnya agar lebih sempurna. Adapun beberapa saran sebagai berikut:

1. Dalam proses pembuatan komposit dengan metode hand lay up perlu diperhatikan dalam langkah pembuatan terutama dalam mencampur dan mengaduk resin yang harus dilakukan secara perlahan supaya campuran merata. Proses mencetak juga harus hati-hati dalam meletakkan cetakan, sebaiknya dilakukan pada permukaan yang merata sehingga saat menuangkan resin hasil penekanannya rata.

2. Untuk mengurangi void yaitu gelembung udara yang masuk dapat diberi beban diatas cetakan supaya hasil cetakan spesimen rata. Karena kondisi spesimen yang kurang sempurna akan terdapat void yang mengakibatkan lubang pada spesimen.

DAFTAR PUSTAKA

Aprianto, G., Nugraha, I. N. P., & Dantes, K. R. (2020). Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Sifat Mekanis Komposit Matriks Polimer Polyester Diperkuat Serat Agave Sisal. Jurnal Pendidikan Teknik Mesin Undiksha, 4(1).

Bismarck, A., Aranberri‐Askargorta, I., Springer, J., Lampke, T., Wielage, B., Stamboulis, A., ... & Limbach, H. H. (2002). Surface characterization of flax, hemp and cellulose fibers; surface properties and the water uptake behavior. Polymer composites, 23(5), 872-894.

Ellyawan, S. A., & Wibowo, H. (2008). Modulus Elastisitas dan Modulus Pecah Papan Partikel Sekam Padi. Jurnal Teknologi Technoscientia, 1(1).

Gibson, Ronald F.1994. Principles of Composite Material Mechanics. New York:

Mc Graw Hill Inc.

Huda, M. K., & Aji, G. S. (2018). Rancang Bangun Alat Uji Impact Metode Charpy. Mechonversio: Mechanical Engineering Journal, 1(1), 7-11.

Kartini, R., Darmasetiawan, H., Karo, A. K., & Sudirman, S. (2018). Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Polimer Berpenguat Serat Alam. Jurnal Sains Materi Indonesia, 3(3), 30-38.

Kaw, A. K. (1997). Mechanic of Composite Matrials Second Edition. Boca:CRC Press.

Matthews, F. L., & Rawlings, R. D. (1993). Composite Material Engineering And Science, Imperial College of Science. Technology And Medicine, London, UK.

Nugroho, P. A. (2012). ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT TEBU DENGAN MATRIK RESIN EPOXY. Engineering: Jurnal Bidang Teknik, 3(1).

Pramono, C., Widodo, S., & Ardiyanto, M. G. (2019). KARAKTERISTIK KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT AMPAS TEBU DENGAN MATRIKS EPOXY. Journal of Mechanical Engineering, 3(1), 1-7.

Surdia, T., & Saito, S. (2005). Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta, PT. Pradnya Paramitha.

Yudo, H., & Jatmiko, S. (2008). Analisa teknis kekuatan mekanis material komposit berpenguat serat ampas tebu (baggase) ditinjau dari kekuatan tarik dan impak. Kapal: Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Kelautan, 5(2), 95-101.

LAMPIRAN

Gambar 5. 1 Hasil Pembuatan Spesimen Komposit Epoxy

Gambar 5. 2 Pengujian Tarik pada Spesimen

Gambar 5. 3 Grafik Hasil Uji Tarik Komposit Epoxy Fraksi Volume Serat 10%

Gambar 5. 4 Grafik Hasil Uji Tarik Komposit Epoxy Fraksi Volume Serat 15%

Gambar 5. 5 Grafik Hasil Uji Tarik Komposit Epoxy Fraksi Volume Serat 20%

Tabel 5. 1 Hasil Perhitungan Tegangan Elastis dan Regangan Elastis

No Persentse Serat Nama

Dalam dokumen ANALISA KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT EPOXY BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUME SERAT 10%, 15%, DAN 20% SKRIPSI (Halaman 48-0)