Uji impak

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.5 Metode Pengujian

3.5.2 Uji impak

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya tenaga patah dan harga keuletan dari komposit yang diuji. Pengujian impak yang akan dilakukan menggunakan mesin uji impak Charpy GOTECH GT-7045 TAIWAN,R.O.C dapat dilihat pada Gambar 3.17 dan skemanya dapat dilihat pada Gambar 3.18.

Adapun rumus yang digunakan pada pengujian impak sebagai berikut:

𝑇𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑃𝑎𝑡𝑎ℎ = 𝐺. 𝑅(cos 𝛽 − cos ⍺) 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒

𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑒𝑢𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛 = 𝑇𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑃𝑎𝑡𝑎ℎ

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑎𝑡𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑚𝑚² Keterangan:

G = Berat pendulum dikalikan dengan percepatan gravitasi (N) R = Panjang jari-jari pendulum (m)

⍺ = Sudut ayun awal atau sudut tanpa beban β = Sudut ayun akhir atau sudut dengan beban

Gambar 3. 14 Alat Uji Impak Charpy ( Sumber: Dokumentasi Pribadi )

39

Gambar 3. 15 Skema Uji Impak Charpy

(Sumber: http://metalurgi-ilmu-logam.blogspot.com/2018/11/pengujian-impact.html)

40 BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Pengujian ini dilakukan menggunakan resin polyester R-108 dan pengisi (reinforcement) berupa serat alam yaitu serat tebu (bagasse) dengan arah serat lurus. Setelah melakukan pengambilan data dari hasil uji tarik dan uji impak, selanjutnya data yang diperoleh akan diolah dan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.

4.2 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Dan Uji Impak 4.2.1 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik

Dari pengujian ini diperoleh sifat-sifat mekanik berupa kekuatan tarik, regangan, dan modulus elastisitas menggunakan perhitungan sebagai berikut:

a. Menghitung luas penampang matrik sebelum dilakukan pengujian tarik.

Luas penampang matrik = 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 × 𝑡𝑒𝑏𝑎𝑙

= 20 mm × 3 mm

= 60 𝑚𝑚²

b. Menghitung nilai tegangan tarik menggunakan beban maksimal dan luas penampang awal.

𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝜎) = ^𝑃

𝐴0=^𝑃𝑥𝑔

𝐴0 =^73,4×9,81

60 = 12,00 𝑀𝑃𝑎

c. Menghitung nilai regangan menggunakan pertambahan panjang atau nilai elongasi yang telah diperoleh dengan cara:

∆𝐿 = Pertambahan panjang = 1,4 mm 𝐿𝑜 = Panjang mula − mula = 140 mm

Regangan (ε) =^∆𝐿

𝐿𝑜× 100%

41

= ^1,4

140× 100%

= 1,00 %

d. Menghitung nilai modulus elastisitas menggunakan nilai regangan yang telah diperoleh dari nilai yang berada pada UTS (titik puncak patahan) komposit dapat dilihat pada Tabel 4.1.

a. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 0%

Tabel 4. 1 Dimensi Komposit Dengan Fraksi Volume 0%

Tabel 4. 2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 0%

Spesimen 𝐴₀

b. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 20%

Tabel 4. 4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 20%

Spesimen 𝐴0

43

c. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 25%

Tabel 4. 5 Dimensi Komposit Dengan Fraksi Volume 25% d. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 30%

Tabel 4. 7 Dimensi Komposit Dengan Fraksi Volume 30%

Tabel 4. 8 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 30%

4.2.2 Hasil Rata-Rata Pengujian Benda Uji Tarik Komposit

Pada tabel 4.9, dapat dilihat data hasil perhitungan rata-rata pengujian tarik

Berdasarkan data dari perhitungan rata-rata pengujian benda uji tarik diatas dapat disajikan menjadi diagram batang sebagai berikut:

45

Gambar 4. 1 Grafik Diagram Rata-Rata Kekuatan Tarik Komposit Serat Tebu

Gambar 4. 2 Grafik Diagram Rata-Rata Regangan Komposit Serat Tebu

43,07

Gambar 4. 3 Grafik Diagram Rata-Rata Modulus Elastisitas Komposit Serat Tebu

4.2.3 Pembahasan Uji Tarik Komposit Serat Tebu

Gambar 4.1 menunjukan perbandingan hasil rata-rata nilai kekuatan tarik pada material komposit berpenguat serat tebu dengan persentase 0%, 20%, 25%

dan 30%. Pada bahan matrik polyester serat 0% didapatkan nilai kekuatan tarik sebesar 43,07 MPa, persentase serat 20% sebesar 14,92 MPa, persentase serat 25%

sebesar 22,45 MPa, dan persentase serat 30% sebesar 26,00 MPa. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada bahan matrik polyester serat 0% dengan nilai sebesar 43,07 MPa sedangkan nilai kekuatan tarik terendah terdapat pada komposit dengan persentase serat 20% dengan nilai sebesar 14,92 MPa. Namun, didapatkan bahwa adanya kenaikan nilai kekuatan tarik seiring bertambahnya fraksi volume serat dari 20%, 25% dan 30% yaitu sebesar 14,92 MPa, 22,45 MPa dan 26,00 MPa.

Gambar 4.2 menunjukan perbandingan hasil rata-rata nilai regangan pada material komposit berpenguat serat tebu dengan persentase 0%, 20%, 25% dan 30%. Pada bahan matrik polyester serat 0% didapatkan nilai regangan sebesar 1,50%, persentase serat 20% sebesar 1,00%, persentase serat 25% sebesar 0,69%

28,76

47

dan persentase serat 30% sebesar 1,07%. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa nilai regangan tertinggi terdapat pada bahan matrik polyester serat 0% dengan nilai sebesar 1,50% sedangkan nilai regangan terendah terdapat pada komposit dengan persentase serat 25% dengan nilai sebesar 0,69%. Nilai regangan mengalami penurunan seiring bertambahnya persentase serat dari 0% sebesar 1,50%, 20%

sebesar 1,00% dan 25% sebesar 0,69%, namun pada persentase serat 30%

regangannya mengalami kenaikan dengan nilai regangan sebesar 1,07%.

Gambar 4.3 menunjukan perbandingan hasil rata-rata nilai modulus elastisitas pada material komposit berpenguat serat tebu dengan persentase 0%, 20%, 25% dan 30%. Pada bahan matrik polyester serat 0% didapatkan nilai modulus elastisitas sebesar 28,76 MPa, persentase serat 20% sebesar 14,92 MPa, persentase serat 25% sebesar 32,74 MPa dan persentase serat 30% sebesar 24,76 MPa. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa nilai modulus elastisitas tertinggi terdapat pada komposit dengan persentase serat 25% dengan nilai sebesar 32,74 MPa sedangkan nilai modulus elastisitas terendah terdapat pada komposit dengan persentase serat 20% dengan nilai sebesar 14,92 MPa. Didapatkan bahwa nilai modulus elastisitas yang bisa dilihat pada gambar 4.3 berfluktuasi dimana dari persentase serat 0% ke 20% mengalami penurunan sebesar 14,92 MPa, kemudian naik pada persentase serat 25% sebesar 32,74 MPa dan turun kembali pada persentase serat 30% sebesar 24,76 MPa.

Ada beberapa kemungkinan yang menyebabkan turunnya kekuatan komposit, yaitu:

a. Pembuatan benda uji.

Pada proses pembuatan benda uji ini menggunakan metode hand lay-up atau secara manual, sehingga hasil dari spesimen memiliki lebih banyak kekurangan dibandingkan dengan pembuatan benda uji secara fabrikasi.

b. Adanya gelembung udara (void) pada spesimen.

Pada saat pembuatan spesimen, gelembung udara (void) merupakan sesuatu yang tidak bisa dihindari. Semakin banyak gelembung udara pada suatu material maka akan semakin rapuh material tersebut karena jika komposit

menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void yang mengakibatkan turunnya kekuatan dari komposit tersebut.

c. Distribusi serat yang tidak merata.

Distribusi serat yang tidak merata akan mengakibatkan kekuatan komposit yang dihasilkan juga tidak merata pada setiap titiknya.

d. Kurang kuatnya ikatan antara matrik dan reinforcement.

Hal ini akan mengakibatkan terjadinya debounding (lepasnya ikatan antara serat dan matrik)

Berikut ini adalah hasil spesimen uji tarik komposit polyester berpenguat serat tebu yang bisa dilihat pada Gambar 4.4 sampai 4.6.

Gambar 4. 4 Hasil Spesimen Komposit Polyester Uji Tarik Berpenguat Serat Tebu 20%

49

Gambar 4. 5 Hasil Spesimen Komposit Polyester Uji Tarik Berpenguat Serat Tebu 25%

Gambar 4. 6 Hasil Spesimen Komposit Polyester Uji Tarik Berpenguat Serat Tebu 30%

4.2.4 Hasil Pengujian Benda Uji Impak

Spesimen yang digunakan pada pengujian ini yaitu matriks atau biasa dikenal dengan komposit tanpa serat. Dari pengujian ini diperoleh sifat-sifat mekanik berupa luas penampang patah, tenaga patah, dan harga keuletan menggunakan perhitungan sebagai berikut.

a. Menghitung luas penampang patah pada spesimen dengan cara:

Luas penampang patah = lebar × tebal

= 12,7 𝑚𝑚 × 10,7 𝑚𝑚 = 135,9 𝑚𝑚²

b. Mencatat harga G.R yaitu sebesar 5,255 joule.

c. Menghitung tenaga patah menggunakan sudut α, sudut β, dan harga G.R yang telah diperoleh dengan cara:

Tenaga patah = 𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐺. 𝑅(𝐶𝑜𝑠 𝛽 − 𝐶𝑜𝑠 𝛼) = 5,255 (𝐶𝑜𝑠 128° − 𝐶𝑜𝑠 145°) = 5,255 (−0,62 − (−0,82)) = 5,255 (0,20)

= 1,07 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

d. Menghitung harga keuletan menggunakan data tenaga patah dan luas penampang patah dengan cara:

Harga keuletan = 𝑇𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑝𝑎𝑡𝑎ℎ

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑎𝑡𝑎ℎ= ^1,07

135,9= 0,0079 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑚𝑚²

51

Dari urutan perhitungan di atas, maka data dan perhitungan uji tarik matriks komposit dapat dilihat pada Tabel 4.10.

a. Persentase Komposit Serat Tebu 0%

b. Persentase Komposit Serat Tebu 20%

Tabel 4. 10 Sifat Mekanik Komposit Serat Tebu 0%

Spesimen

Tabel 4. 11 Sifat Mekanik Komposit Serat Tebu 20%

c. Persentase Komposit Serat Tebu 25%

d. Persentase Komposit Serat Tebu 30%

Spesimen

Tabel 4. 12 Sifat Mekanik Komposit Serat Tebu 25%

Spesimen

Tabel 4. 13 Sifat Mekanik Komposit Serat Tebu 30%

53

4.2.5 Hasil Rata-Rata Pengujian Benda Uji Impak Komposit

Pada tabel 4.14, dapat dilihat data hasil perhitungan rata-rata pengujian impak komposit.

Tabel 4. 14 Hasil Nilai Rata-Rata Perhitungan Benda Uji Impak Komposit Hasil Nilai Rata-rata Uji Impak Komposit

Spesimen Tenaga Patah(Joule) Harga Keuletan (J/mm²)

0% 1,17 0,0086

20% 4,79 0,0353

25% 8,67 0,0638

30% 9,14 0,0673

Berdasarkan data dari perhitungan rata-rata pengujian benda uji impak diatas dapat disajikan menjadi diagram batang sebagai berikut:

Gambar 4. 7Grafik Diagram Rata-Rata Tenaga Patah Komposit Serat Tebu

1,17

Gambar 4. 8 Grafik Diagram Rata-Rata Harga Keuletan Komposit Serat Tebu

4.2.6 Pembahasan Uji Impak Komposit Serat Tebu

Gambar 4.7 menunjukan perbandingan hasil rata-rata nilai tenaga patah pada material komposit berpenguat serat tebu dengan persentase 0%, 20%, 25%

dan 30%. Pada bahan matrik polyester serat 0% didapatkan nilai rata-rata tenaga patah sebesar 1,17 Joule, persentase serat 20% sebesar 4,79 Joule, persentase serat 25% sebesar 8,67 Joule, dan persentase serat 30% sebesar 9,14 Joule. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa nilai tenaga patah tertinggi terdapat pada komposit dengan persentase serat 30% dengan nilai sebesar 9,14 Joule sedangkan nilai tenaga patah terendah terdapat pada bahan matrik polyester serat 0% dengan nilai sebesar 1,17 Joule. Dari grafik tersebut menunjukan bahwa semakin banyak serat yang digunakan maka membuat nilai tenaga patah semakin tinggi. Gambar 4.8 menunjukan perbandingan hasil rata-rata nilai harga keuletan pada material komposit berpenguat serat tebu dengan persentase 0%, 20%, 25% dan 30%. Pada bahan matrik polyester serat 0% didapatkan nilai rata-rata harga keuletan sebesar 0,0086 J/mm², persentase serat 20% sebesar 0,0353 J/mm², persentase serat 25%

sebesar 0,0638 J/mm², dan persentase serat 30% sebesar 0,0673 J/mm². Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa nilai harga keuletan tertinggi terdapat pada komposit

0,0086

55

dengan persentase serat 30% dengan nilai sebesar 0,0673 J/mm² sedangkan nilai harga keuletan terendah terdapat pada bahan matrik polyester serat 0% dengan nilai sebesar 0,0086 J/mm². Maka dapat disimpulkan dari grafik tersebut menunjukan bahwa semakin banyak serat yang digunakan maka membuat nilai tenaga patah dan harga keuletan semakin tinggi. Berikut ini adalah hasil spesimen uji tarik komposit polyester berpenguat serat tebu yang bisa dilihat pada Gambar 4.9 sampai 4.11.

Gambar 4. 9 Hasil Spesimen Uji Impak Komposit Polyester Berpenguat Serat Tebu 20%

Gambar 4. 10 Hasil Spesimen Uji Impak Komposit Polyester Berpenguat Serat Tebu 25%

Gambar 4. 11 Hasil Spesimen Uji Impak Komposit Polyester Berpenguat Serat Tebu 30%

57 BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Kesimpulan pada penilitan ini yaitu sebagai berikut:

a. Nilai kekuatan tarik tertinggi komposit polyester berpenguat serat tebu terdapat pada variasi persentase serat 30% sebesar 26,00 MPa, nilai regangan sebesar 1,07% pada persentase serat 30% dan nilai modulus elastisitas komposit polyester berpenguat serat tebu tertinggi terdapat pada variase persentase serat 25% sebesar 32,74 MPa.

b. Nilai tenaga patah komposit polyester berpenguat serat tebu tertinggi terdapat pada variasi persentase serat 30% sebesar 9,14 Joule dan nilai harga keuletean polimer komposit polyester berpenguat serat tebu tertinggi terdapat pada variasi persentase serat 30% sebesar 0,0673 J/mm².

5.2 Saran

Pada penelitian ini masih terdapat banyak kekurangan dan kesalahan yang dilakukan. Maka dari itu terdapat beberapa saran untuk meminimalkan kesalahan pada penelitian selanjutnya, yaitu:

a. Pada saat melakukan proses pencetakan komposit, pastikan untuk meletakan pemberat pada penutup kaca agar permukaan komposit menjadi rata dan mengurangi void pada material.

b. Pada saat melakukan proses pencetakan komposit, pastikan serat yang dicampurkan kedalam komposit tersebar secara merata sehingga kekuatan komposit yang dihasilkan juga ikut merata pada setiap titiknya.

c. Gunakan jenis serat dan volume serat yang berbeda untuk mengetahui sifat mekaniknya apabila digunakan jenis serat dan volume serat yang berbeda dari penelitian yang sudah ada.

DAFTAR PUSTAKA

Andriati, D. (2019). karakteristik bahan serat. Mobilitas Sosial Vertikal.

(https://sumber.belajar.kemdikbud.go.id/repos/FileUpload/Bahan%20Serat -yane/Topik-2.html. Diakses pada 25 November 2021)

ASTM D3039 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. (2002).

ASTM D6110-04 Standard Test Method for Determining The Charpy Impact Resistance of Notched Specimens of Plastics. (2004).

Darmansyah, D., Tugatorof, J. M., & Azwar, E. (2018, February). Sintesis MekanikKomposit Epoxy Berpenguat Serat Tebu (Tinjauan Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Tarik dan Kekuatan Bending).

In Seminar Nasional Inovasi dan Aplikasi Teknologi di Industri 2018, ITN Malang, 3 Februari 2018. ITN Malang.

Fahmi, H., & Hermansyah, H. (2011). Pengaruh orientasi serat pada komposit resin polyester/serat daun nenas terhadap kekuatan tarik. Jurnal Teknik Mesin, 1(1).

Gibson, Ronald F. 1994. Principles Of Composite Material Mechanics. New York: Mc Graw Hill,Inc.

Haryanto, U.T. 2010. “Polimer Termoplastik dan Termosetting”. Jakarta: Situs Kimia Indonesia. Diakses pada 7 Oktober 2021, dalam http://www.chem-

is-try.org/materi_kimia/kimia-polimer/klasifikasi-polimer/polimer-termoplastik-dan-termosetting/

Husin, 2007. “Analisis Serat Bagas”. (http://www.free.vlsm.org/, diakses tanggal 18 Oktober 2020).

Isnaeni. (2019, October 16). Limbah Ampas Tebu Dan Tahu Jadi Komponen media Produksi Antibiotika. Unair News. Diakses tanggal 24 Oktober 2021, dalam (http://news.unair.ac.id/2019/10/16/limbah-ampas-tebu-dan-tahu-jadi-komponen-media-produksi-antibiotika/)

Jones, R.M. 1975. “Mechanic of Composite Material”. New York: Hemisphere PublishingCo.

59

M. Budi Nur Rahman & Berli P Kamiel. 2011. “Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Sifat-Sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik Poliester”. Semesta Teknika. Vol. 14 No. 2. Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Siska Titik Dwiyati, M. T. (2014). PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT

TERHADAP SIFAT MEKANIK KOMPOSIT SERAT

TEBU/POLIESTER. Jurnal Konversi Energi dan Manufaktur UNJ, 1(3), 164-168.

Surdia, Tata, & Saito. 1985. “Pengetahuan Bahan Teknik”. Jakarta: Pradnya Paramita.

Tantra, Addriyanus. 2015. “Pengaruh Komposisi dan Ukuran Makro Serbuk Kulit Kerang Darah (Anadora Granosa) Terhadap Komposit Epoksi-PS/Serbuk Kulit Kerang Darah (SKKD)”. Skripsi S-1 Fakultas Teknik. Universitas Sumatera Utara.

LAMPIRAN

LAMP 1. Hasil Grafik Mesin Uji Tarik Bahan Komposit Polyester 20%

61

LAMP 2. Hasil Grafik Mesin Uji Tarik Bahan Komposit Polyester 25%

LAMP 3. Hasil Grafik Mesin Uji Tarik Bahan Komposit Polyester 30%

63

LAMP 4. Spesimen Uji Tarik Bahan Komposit dengan Persentase Serat 20%, 25%

dan 30%

LAMP 5. Spesimen Uji Impak Bahan Komposit dengan Persentase Serat 20%, 25% dan 30%