ANALISA PENGARUH VARIASI KOMPOSISI
TERHADAP KEKUATAN TARIK STATIK DAN IMPAK
KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT ROCKWOOL
PADA PESAWAT TANPA AWAK
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
FAUZI KHARISMA PUTRA NIM. 090401015
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ANALISA PENGARUH VARIASI KOMPOSISI
TERHADAP KEKUATAN TARIK STATIK DAN IMPAK
KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT ROCKWOOL PADA
PESAWAT TANPA AWAK
FAUZI KHARISMA PUTRA NIM. 090401015
Diketahui/Disyahkan: Disetujui oleh:
Depertemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing
Fakultas Teknik USU
Ketua
Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU M E D A N
DIBERIKAN TANGGAL : 12/12/2013 SELESAI TANGGAL : 24/04/2014
MEDAN, 24 April 2014
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,
Dr.Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri
NIP. 196412241992111001 NIP. 196412241992111001 Dr.Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri
Melakukan kajian untuk melihat pengaruh variasi komposisi terhadap kekuatan tarik static dan impak pada komposit berpenguat serat rockwool.
1. Melakukan proses hand lay-up untuk mencetak spesimen dengan persentase yang dikerjakan.
2. Melakukan pengujian tarik dari spesimen yang dibuat.
3. Melakukan pengujian impak dari spesimen yang dibuat.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
Sub. Program Studi : Teknik Produksi/ Konversi Energi Bidang Studi : Proses Produksi Non Logam
Judul Tugas : Pengaruh Variasi Komposisi Terhadap Kekuatan Taik Statik Dan Impak Komposit Diperkuat Serat Rockwool Pada Pesawat Tanpa Awak
Diberikan Tgl. : 12/12/2013 Selesai Tgl : 24/04/2014 Dosen Pembimbing : Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri Nama Mhs : Fauzi K. Putra
NIP.196412241992111001 N.I.M : 070401022
NO Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN
Tanda Tangan Dosen Pemb. 1. 12 Desember 2013 Pemberian Spesifikasi Tugas Skripsi
2. 03 Januari 2014 BAB I (Latar Belakang dan Tujuan) 3. 11 Januari 2014 BAB II (Tambahkan Tinjauan Pustaka) 4. 15 Januari 2014 BAB II (Lengkapi Tabel)
5. 22 Februari 2014 BAB III (Tambah Gambar)
6. 27 Maret 2014 BAB III (Lengkapi Spesifikasi Alat Uji) 7. 02 April 2014 BAB IV (Komposisi yang Disetujui) 8. 04 April 2014 BAB IV (Grafik Hasil Pengujian) 9. 10 April 2014 BAB IV (Perhitungan Massa Jenis) 10. 17 April 2014 BAB V (Kesimpulan dan Saran) 11. 24 April 2014 ACC Seminar
12.
CATATAN : Diketahui,
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Ketua Departemen TeknikMesin
Pembimbing setiap Asistensi FT USU
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.
3. Kartu ini harus dikembalikan ke Jurusan,
bila kegiatan Asistensi telah selesai.
ABSTRAK
Penggunaan komposit ringan sangat penting dalam meningkatkan kemampuan terbang Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle = UAV) di udara. Salah satu keuntungan komposit diperkuat serat adalah komposit lebih ringan daripada metal dan relatif kuat. Sebagai penguat, penelitian ini menggunakan serat mineral berupa rockwool yang terbuat dari lelehan batuan. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh komposisi yang memiliki sifat mekanis terbaik dari bahan komposit berpenguat serat rockwool untuk aplikasi pembuatan pesawat tanpa awak. Material dibuat dengan bahan dasar resin polyester BQTN 157 EX, serat mineral rockwool sebagai penguat, dan katalis MEKP untuk mempercepat terjadinya reaksi polimerisasi. Kajian hanya dilakukan dengan variasi komposisi
rockwool-polyester (4%-96%)wt, (8%-92%)wt, (12%-88%)wt. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode hand lay-up.Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik statik dan uji impak charpy. Parameter-parameter yang diteliti dari pengujian tarik statik adalah kekuatan tarik maksimal, regangan maksimal, dan modulus elastisitas. Sedangkan parameter-parameter yang diteliti dari pengujian impak adalah energi, dan kekuatan impak. Dari pengujian tarik statik yang dilakukan, didapatkan bahwa semakin banyak kadar rockwool pada komposit, maka kekuatan tarik juga akan meningkat. Kekuatan tarik maksimum terbesar dimiliki komposisi 12% rocwool yaitu sebesar 31,169 MPa, dengan regangan sebesar 1,56 % dan modulus elastisitas sebesar 3,133424 GPa. Dari pengujian impak, didapatkan nilai kekuatan impak terbesar dimiliki komposisi 4% rockwool
yaitu sebesar 3733.33 J/m2, sementara komposisi 12% rockwool memiliki kekuatan impak sebesar 2488.889 J/m2, dan komposisi 8% rockwool memiliki kekuatan impak terendah yaitu 2266.67 J/m2. Dan didapat komposisi rockwool -polyester (12%-88%)wt memiliki sifat mekanis terbaik diantara tiga komposisi yang diteliti untuk pesawat tanpa awak.
ABSTRACT
The use of lightweight composites is very important in improving the flying ability of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the air. One of the advantages of fiber-reinforced composites is they are ligther than metal and relative strong. As the reinforcement, this study uses a rockwool mineral fiber is made from molten rock. The purpose of this study was to obtain a composition that has the best mechanical properties of rockwool fiber composite material for the manufacture of unmanned aircraft applications. The composite is made by using polyester resin BQTN 157 EX, rockwool mineral fiber as the reinforcement, and MEKP catalyst to accelerate the polymerization reaction. Studies conducted with variations only rockwool - polyster composition (4%-96%) wt, (8%-92%) wt, (12%-88%) wt. The composite is made by using hand lay-up method. The tests performed are static tensile test and Charpy impact test. The parameters studied from static tensile testing are the ultimate tensile strength, maximum strain, and modulus of elasticity. While the parameters studied from impact testing are the energy of impact testing, and impact strength. From the static tensile testing performed, it was found that the more levels on the composite rockwool, the tensile strength will also increase. The highest ultimate tensile strength is owned by 12% rocwool composition that is equal to 31.169 MPa, with a strain of 1.56% and a modulus of elasticity of 3.133424 GPa. From impact testing, the highest impact strength is owned by 4% rockwool composition that is equal to 3733.33 J/m 2, while the composition of 12% rockwool has impact strength of 2488,889 J/m 2, and the composition of 8% rockwool has the lowest impact strength is 2266.67 J/m 2. And rockwool-polyester composition obtained (12% - 88%) wt has the best mechanical properties among the three compositions studied for unmanned aerial vehicle.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, berkat rahmat
dan karunia-Nya sehingga penyusunan skripsi ini dapat di selesaikan. Skripsi ini
merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Teknik Mesin dalam menyelesaikan
studi di Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul dari skripsi ini adalah “Analisa Pengaruh Variasi
Komposisi Terhadap Kekuatan Tarik Statik Dan Impak Komposit Diperkuat Serat Rockwool Pada Pesawat Tanpa Awak.”.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Khairul Munir dan Ibunda Firial
Lusiana yang telah banyak memberikan segala dukungan materi dan moril
kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas sarjana ini
selesai.
2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai ketua Departemen Teknik
Mesin FT-USU dan selaku dosen pembimbing penulis dalam penyelesaian
tugas sarjana ini.
3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
4. Abangda Fadli, Abangda Reza, Bang Sunar, dan Bang lilik yang telah
banyak memberi dukungan dan membantu dalam menyelesaikan tugas
sarjana ini.
5. Teman Satu team (T. Muhammad Rinaldi, Rahmad Hidayat, Juliono
Susanto) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk
bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin (khususnya: Ary Santoni, Josia
P. Ginting, Indro Pramono) yang banyak memberi motivasi serta
teman-teman angkatan 2009.
7. Cici Purnama Sari yang selalu memberi semangat untuk menyelesaikan
tugas sarjana ini.
8. Adik-adik (Dila, Lia, dan Rasya) dan keluarga besar penulis (khususnya:
banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah
dan hingga tugas sarjana ini selesai.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan
sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila
terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi
ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan
dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir
kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
seluruh kalangan yang membacanya.
Medan, April 2014
Penulis,
DAFTAR ISI
1.5 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Komposit ... 5
2.1.1 Penguat ... 5
2.1.1.1 Komposit Partikel (Particulate Composites) ... 6
2.1.1.2 Komposit Serat (Fiber Composites) ... 6
2.1.1.3 Komposit Struktural (Structure Composites) ... 6
2.1.2 Matriks ... 7
2.1.2.1 Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) ... 7
2.1.2.2 Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite – MMC) ... 9
2.1.2.3 Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC) ... 9
2.2.1 Rockwool ... 9
2.2.1.1 Proses Manufaktur ... 10
2.2.1.2 Sifat Rockwool ... 11
2.2.2 Resin Polyester ... 12
2.2.2.1 Sifat-Sifat Polyester ... 14
2.2.3 Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ... 14
2.3 Hand Lay-Up ... 14
2.4 Pengujian Mekanik ... 15
2.4.1 Uji Tarik Statik ... 15
2.4.2 Uji Impak ... 18
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 24
3.2 Bahan dan Alat Peneilitian ... 24
3.2.1 Bahan Penelitian ... 24
3.2.2 Alat Penelitian ... 26
3.3 Pembuatan Spesimen ... 30
3.4 Pengujian Tarik ... 32
3.4.1 Set Up Pengujian Tarik ... 32
3.4.2 Prosedur Pengujian Tarik ... 33
3.5 Pengujian Impak ... 35
3.5.1 Set Up Pengujian Impak ... 33
3.5.2 Prosedur Pengujian Impak ... 34
3.6 Diagram Alir Penelitian ... 34
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik dari Proses Hand Lay-Up ... 36
4.2 Hasil Pengujian Tarik ... 36
4.2.1 Komposisi 4% Rockwool – 96% Polyester ... 37
4.2.4 Perbandingan Hasil Pengujian Tarik ... 52
4.3 Hasil Pembuatan Spesimen Uji Impak dari Proses Hand Lay-Up ... 56
4.4 Hasil Pengujian Impak ... 56
4.4.1 Komposisi 4% Rockwool – 96% Polyester ... 56
4.4.2 Komposisi 8% Rockwool – 92% Polyester ... 57
4.4.2 Komposisi 12% Rockwool – 88% Polyester ... 57
4.5 Massa Jenis ... 63
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 66
5.2 Saran ... 66
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Klasifikasi Komposit ... 5
Gambar 2.2 Komposit berdasarkan penguatnya ... 6
Gambar 2.3 Klasifikasi komposit berdasarkan bentuk dari matriksnya ... 7
Gambar 2.4 (a) Serat mineral dari gunung berapi dan produk rockwool ... 10
Gambar 2.4 (b) Produk rockwool ... 10
Gambar 2.5 Bahan baku rockwool ... 10
Gambar 2.6 Hasil dan grafik pengujian tarik ... 16
Gambar 2.7 (a) Spesimen sebelum uji tarik ... 17
Gambar 2.7 (b) Spesimen setelah uji tarik ... 17
Gambar 2.8 Spesimen uji tarik ... 18
Gambar 2.9 Spesimen uji impak ... 19
Gambar 2.10 Pengujian impak metode Charpy ... 20
Gambar 2.11 Pengujian impak metode Izod ... 21
Gambar 2.12 Skema uji impak Charpy ... 21
Gambar 3.1 Serat rockwool ... 24
Gambar 3.2 Resin polyester tak jenuh ... 25
Gambar 3.3 Katalis MEKP ... 25
Gambar 3.4 Jangka sorong ... 26
Gambar 3.5 Timbangan digital ... 26
Gambar 3.15 Diagram alir penelitian ... 35
Gambar 4.1 (a) Bentuk spesimen uji tarik
4% wt rockwool - 96% wt polyester ... 36
Gambar 4.1 (b) Bentuk spesimen uji tarik
8% wt rockwool - 92% wt polyester ... 36
Gambar 4.1 (c) Bentuk spesimen uji tarik
12% wt rockwool - 88% wt polyester ... 36
Gambar 4.2 Grafik hasil uji tarik spesimen I
(4% wt rockwool - 96% wt polyester) ... 37
Gambar 4.3 Grafik tegangan regangan spesimen I
(4% wt rockwool - 96% wt polyester) ... 37
Gambar 4.4 Grafik hasil uji tarik spesimen II
(4% wt rockwool - 96% wt polyester) ... 38
Gambar 4.5 Grafik tegangan regangan spesimen II
(4% wt rockwool - 96% wt polyester) ... 39
Gambar 4.6 Grafik hasil uji tarik spesimen III
(4% wt rockwool - 96% wt polyester) ... 40
Gambar 4.7 Grafik tegangan regangan spesimen III
(4% wt rockwool - 96% wt polyester) ... 40
Gambar 4.8 Grafik hasil uji tarik spesimen I
(8% wt rockwool - 92% wt polyester) ... 42
Gambar 4.9 Grafik tegangan regangan spesimen I
(8% wt rockwool - 92% wt polyester) ... 42
Gambar 4.10 Grafik hasil uji tarik spesimen II
(8% wt rockwool - 92% wt polyester) ... 43
Gambar 4.11 Grafik tegangan regangan spesimen II
(8% wt rockwool - 92% wt polyester) ... 44
Gambar 4.12 Grafik hasil uji tarik spesimen III
(8% wt rockwool - 92% wt polyester) ... 45
Gambar 4.13 Grafik tegangan regangan spesimen III
(8% wt rockwool - 92% wt polyester) ... 45
(12% wt rockwool - 88% wt polyester) ... 47
Gambar 4.15 Grafik tegangan regangan spesimen I
(12% wt rockwool - 88% wt polyester) ... 47
Gambar 4.16 Grafik hasil uji tarik spesimen II
(12% wt rockwool - 88% wt polyester) ... 48
Gambar 4.17 Grafik tegangan regangan spesimen II
(12% wt rockwool - 88% wt polyester) ... 49
Gambar 4.18 Grafik hasil uji tarik spesimen I
(12% wt rockwool - 88% wt polyester) ... 50
Gambar 4.19 Grafik tegangan regangan spesimen I
(12% wt rockwool - 88% wt polyester) ... 50
Gambar 4.20 Grafik nilai tegangan tarik maksimum rata-rata (MPa)
vs komposisi rockwool polyester (%) ... 52
Gambar 4.21 Grafik nilai regangan maksimum rata-rata (MPa)
vs komposisi rockwool polyester (%) ... 53
Gambar 4.22 Grafik nilai modulus elastisitas rata-rata (MPa)
vs komposisi rockwool polyester (%) ... 54
Gambar 4.23 (a) Bentuk patahan spesimen uji tarik
4% wt rockwool - 96% wt polyester ... 55
Gambar 4.23 (b) Bentuk patahan spesimen uji tarik
8% wt rockwool - 92% wt polyester ... 55
Gambar 4.23 (c) Bentuk patahan spesimen uji tarik
12% wt rockwool - 88% wt polyester ... 55
Gambar 4.24 (a) Bentuk spesimen uji impak
4% wt rockwool - 96% wt polyester ... 56
Gambar 4.24 (b) Bentuk spesimen uji impak
8% wt rockwool - 92% wt polyester ... 56
Gambar 4.24 (c) Bentuk spesimen uji impak
12% wt rockwool - 88% wt polyester ... 56
Gambar 4.25 Grafik nilai energi aktual rata-rata (J)
vs komposisi rockwool polyester (%) ... 62
Gambar 4.27 (a) Bentuk patahan spesimen uji impak
4% wt rockwool - 96% wt polyester ... 63
Gambar 4.27 (b) Bentuk patahan spesimen uji impak
8% wt rockwool - 92% wt polyester ... 63
Gambar 4.27 (c) Bentuk patahan spesimen uji impak
12% wt rockwool - 88% wt polyester ... 63
Gambar 4.28 Grafik nilai massa jenis (kg/m3) vs komposisi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik rockwool ... 12
Tabel 2.2 Sifat mekanik resin polyester tak jenuh ... 13
Tabel 3.1 Spesifikasi timbangan digital ... 26
Tabel 3.2 Spesifikasi alat uji tarik ... 29
Tabel 3.3 Spesifikasi alat uji impak ... 30
Tabel 4.1 Hasil pengujian tarik spesimen I (4% rockwool - 96% polyester) ... 38
Tabel 4.2 Hasil pengujian tarik spesimen II (4% rockwool - 96% polyester) ... 39
Tabel 4.3 Hasil pengujian tarik spesimen III (4% rockwool - 96% polyester) ... 41
Tabel 4.4 Hasil pengujian tarik komposisi 4% rockwool - 96% polyester berdasarkan nilai rata-rata ... 41
Tabel 4.5 Hasil pengujian tarik spesimen I (8% rockwool - 92% polyester) ... 43
Tabel 4.6 Hasil pengujian tarik spesimen II (8% rockwool - 92% polyester) ... 44
Tabel 4.7 Hasil pengujian tarik spesimen III (8% rockwool - 92% polyester) ... 46
Tabel 4.8 Hasil pengujian tarik komposisi 8% rockwool - 92% polyester berdasarkan nilai rata-rata ... 46
Tabel 4.9 Hasil pengujian tarik spesimen I (12% rockwool - 88% polyester) ... 48
Tabel 4.10 Hasil pengujian tarik spesimen II (12% rockwool - 88% polyester) ... 49
Tabel 4.11 Hasil pengujian tarik spesimen III (12% rockwool - 88% polyester) ... 51
masing-masing spesimen ... 52
Tabel 4.14 Nilai regangan maksimum rata-rata masing-masing spesimen ... 53
Tabel 4.15 Nilai modulus elastisitas rata-rata masing-masing spesimen ... 54
Tabel 4.16 Hasil pengujian impak komposisi 4% rockwool 96% polyester ... 56
Tabel 4.17 Hasil pengujian impak komposisi 8% rockwool 92% polyester ... 57
Tabel 4.18 Hasil pengujian impak komposisi 12% rockwool 88% polyester ... 57
Tabel 4.19 Nilai energi aktual ... 59
Tabel 4.20 Nilai energi impak ... 62
DAFTAR NOTASI
Energi untuk mematahkan spesimen
Energi serap impak
Energi aktual yang dibutuhkan
Beban
Kerugian energi yang disebabkan oleh gesekan
ABSTRAK
Penggunaan komposit ringan sangat penting dalam meningkatkan kemampuan terbang Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle = UAV) di udara. Salah satu keuntungan komposit diperkuat serat adalah komposit lebih ringan daripada metal dan relatif kuat. Sebagai penguat, penelitian ini menggunakan serat mineral berupa rockwool yang terbuat dari lelehan batuan. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh komposisi yang memiliki sifat mekanis terbaik dari bahan komposit berpenguat serat rockwool untuk aplikasi pembuatan pesawat tanpa awak. Material dibuat dengan bahan dasar resin polyester BQTN 157 EX, serat mineral rockwool sebagai penguat, dan katalis MEKP untuk mempercepat terjadinya reaksi polimerisasi. Kajian hanya dilakukan dengan variasi komposisi
rockwool-polyester (4%-96%)wt, (8%-92%)wt, (12%-88%)wt. Pembuatan komposit dilakukan dengan metode hand lay-up.Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik statik dan uji impak charpy. Parameter-parameter yang diteliti dari pengujian tarik statik adalah kekuatan tarik maksimal, regangan maksimal, dan modulus elastisitas. Sedangkan parameter-parameter yang diteliti dari pengujian impak adalah energi, dan kekuatan impak. Dari pengujian tarik statik yang dilakukan, didapatkan bahwa semakin banyak kadar rockwool pada komposit, maka kekuatan tarik juga akan meningkat. Kekuatan tarik maksimum terbesar dimiliki komposisi 12% rocwool yaitu sebesar 31,169 MPa, dengan regangan sebesar 1,56 % dan modulus elastisitas sebesar 3,133424 GPa. Dari pengujian impak, didapatkan nilai kekuatan impak terbesar dimiliki komposisi 4% rockwool
yaitu sebesar 3733.33 J/m2, sementara komposisi 12% rockwool memiliki kekuatan impak sebesar 2488.889 J/m2, dan komposisi 8% rockwool memiliki kekuatan impak terendah yaitu 2266.67 J/m2. Dan didapat komposisi rockwool -polyester (12%-88%)wt memiliki sifat mekanis terbaik diantara tiga komposisi yang diteliti untuk pesawat tanpa awak.
ABSTRACT
The use of lightweight composites is very important in improving the flying ability of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the air. One of the advantages of fiber-reinforced composites is they are ligther than metal and relative strong. As the reinforcement, this study uses a rockwool mineral fiber is made from molten rock. The purpose of this study was to obtain a composition that has the best mechanical properties of rockwool fiber composite material for the manufacture of unmanned aircraft applications. The composite is made by using polyester resin BQTN 157 EX, rockwool mineral fiber as the reinforcement, and MEKP catalyst to accelerate the polymerization reaction. Studies conducted with variations only rockwool - polyster composition (4%-96%) wt, (8%-92%) wt, (12%-88%) wt. The composite is made by using hand lay-up method. The tests performed are static tensile test and Charpy impact test. The parameters studied from static tensile testing are the ultimate tensile strength, maximum strain, and modulus of elasticity. While the parameters studied from impact testing are the energy of impact testing, and impact strength. From the static tensile testing performed, it was found that the more levels on the composite rockwool, the tensile strength will also increase. The highest ultimate tensile strength is owned by 12% rocwool composition that is equal to 31.169 MPa, with a strain of 1.56% and a modulus of elasticity of 3.133424 GPa. From impact testing, the highest impact strength is owned by 4% rockwool composition that is equal to 3733.33 J/m 2, while the composition of 12% rockwool has impact strength of 2488,889 J/m 2, and the composition of 8% rockwool has the lowest impact strength is 2266.67 J/m 2. And rockwool-polyester composition obtained (12% - 88%) wt has the best mechanical properties among the three compositions studied for unmanned aerial vehicle.
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pesawat Tanpa Awak atau Unmanned Aerial Vehicle (UAV), adalah
sebuah mesin terbang yang berfungsi dengan kendali jarak jauh oleh
mampu mengendalikan dirinya sendiri, menggunakan hukum aerodinamika untuk
mengangkat dirinya, bisa digunakan kembali dan mampu membawa muatan baik
senjata, kamera, maupun muatan lainnya. Pesawat tanpa awak memliki bentuk,
ukuran, konfigurasi dan karakter yang bervariasi.
Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi utama, variasi pertama yaitu
dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan variasi kedua adalah pesawat yang
terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukan kedalam pesawat
sebelum terbang.
Pesawat tanpa awak juga semakin banyak digunakan untuk
keperluan
atau pemeriksaan
yang dianggap terlalu kotor dan terlalu berbahaya untuk pesawat berawak.
Penggunaan komposit ringan sangat penting dalam meningkatkan
kemampuan terbang UAV di udara. Untuk alasan bobot, aluminium adalah
satu-satunya logam yang digunakan dalam UAV. Penggunaan komposit dapat
mengurangi bobot keseluruhan UAV hingga 15-45% tergantung pada tingkat
penggunaan komposit.Pengurangan bobot di atas 50% memerlukan komposit
yang biayanya lebih mahal.Komposit telah digunakan dalam komponen beban
sederhana, yang terdiri dari sekitar 20% dari bobot pesawat.Untuk pengurangan
bobot lebih lanjut, komposit harus digunakan dalam komponen beban yang lebih
tinggi seperti ekor, sayap dan badan pesawat.
Plastik jenis termoset lebih banyak digunakan dibandingkan termoplastik
karena plastik jenis termoset mudah mengisi serat, sehingga memungkinkan untuk
memproduksi bagian berbentuk kompleks.Termoset memberikan kekuatan dan
polyester,epoxy, fenolat, bismaleimide dan polimida.Serat yang paling umum digunakan adalah karbon dan grafit. Serat kevlar dan serat kaca juga digunakan.
Serat organik memberikan kekuatan tinggi dan bobot yang rendah dan digunakan
lebih dalam UAV dari serat keramik dan logam.Graphite (> 95% karbon) dan
karbon (93 - 95% karbon) serat yang paling umum digunakan.Polimer organik
lainnya seperti Kevlar juga digunakan. Serat kaca digunakan karena biaya yang
rendah dan cenderung lebih umum di sipil dari UAV militer.
Dengan adanya pengembangan UAV, maka pengembangan dari sisi
material ringan dan kuat untuk fuselage dan sayap pesawat itu sendiri merupakan
sebuah kajian teoritis yang selayaknya mendapatkan perhatian dari para peneliti,
sehingga diharapkan Pesawat UAV generasi selanjutnya memiliki unjuk kerja
yang lebih baik karena menggunakan material yang ringan dan kuat.
Bahan komposit yang akan diteliti adalah campuran rockwool dengan resin
polyester. Penelitian ini dilakukan untuk mencari sifat mekanis yang berupa
kekuatan tarik dan kekuatan impak dari bahan komposit tersebut.
Polyester merupakan resin yang paling banyak digunakan sebagai matrik
untuk badan kapal, mobil, tandon air dan sebagainya. Umumnya resin polyester
mempunyai karakteristik tahan terhadap dingin relative baik, sifat listriknya
terbaik diantara resin termoset, tahan terhadap asam kuat kecuali asam
pengoksida, tetapi lemah terhadap alkali. Bahan ini akan mengalami retak dan
pecah bila dimasukkan dalam air mendidih untuk waktu yang lama (±300 jam).
Bahan ini mudah mengembang dalam pelarut stiren. Kemampuan terhadap cuaca
sangat baik, juga tahan terhadap kelembaban dan sinar UV pada pemakaian
outdoor. Bahan ini berupa cairan dengan viscositas yang relatif rendah, mengeras
pada suhu kamar dengan penggunaan katalis metal ethil keton peroksida (MEKP)
yang berfungsi sebagai zat untuk mempersingkat waktu pengerasan. Pada proses
pengerasan tidak menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin
termoseting yang lainnya.
Sementara rockwool adalah serat mineral yang terbuat dari lelehan batu.
Bahan baku utama rockwool adalah basalt, anorthosite, dan cemented briquettes.
manusia saat selama jutaan tahun. Rockwool memiliki sifat ringan, tahan api, dan
menyerap kebisingan.
Melalui penelitian ini diharapkan didapatkan suatu bahan komposit yang
ringan dan memiliki sifat mekanik (mechanical properties) yang baik.
1.2. Perumusan Masalah
Tren terkini dalam pembuatan struktur pesawat adalah dengan
menggunakan bahan komposit sebagai elemen yang utama dengan sifat mekanik
yang baik dan berbobot ringan. Berdasarkan latar belakang tersebut perlu
dilakukan penelitian pada material komposit (rockwool dan resin polyester) untuk
aplikasi pesawat tanpa awak (UAV). Dalam hal ini penelitian yang dilakukan
adalah meneliti sifat mekanik dari bahan komposit tersebut melalui uji tarik statik
dan impak.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini dibagi atas tujuan umum dan tujuan khusus.
1.3.1 Tujuan Umum
Mengetahui karakteristik dari komposit rockwool dan polyester melalui
mechanical propertiesnya.
1.3.2 Tujuan Khusus
Tujuan Khusus dari penelitian adalah:
1. Mengetahui pengaruh komposisi serat rockwool dan resin polyester
terhadapkekuatan tarik komposit polyester diperkuat serat rockwool.
2. Mengetahui pengaruh komposisi serat rockwool dan resin polyester
terhadapkekuatan impak komposit polyester diperkuat serat rockwool.
3. Memperoleh nilai massa jenis material.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan dari permasalahan ini hanya dibatasi pada kajian untuk
serat rockwool dengan pengujian tarik statik dan harga kekuatan impak dengan
pengujian impak serta memperoleh nilai massa jenis dari material tersebut.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini disajikan dalam tulisan yang terdiri
dari 5 bab. Dimana pada bab pertama memberikan gambaran menyeluruh
mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan tentang latar belakang,
perumusan dan batasan masalah, tujuan dan sistematika penulisan.
Pada bab dua berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan
dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk
menganalisa persoalan.
Pada bab tiga memuat mencakup alat dan bahan yang digunakan, tempat
dan waktu penelitian, metode pembuatan spesimen dan pengujian, diagram alir
penelitian, variable penelitian serta berisi langkah-langkah pengujian yang
digunakan dalam pengamatan.
Pada bab keempat berisikan tentang hasil dan pembahasan, berisi tentang
hasil pengolahan data yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian dilakukan
pembahasan terhadap hasil pengujian.
Pada bab kelima berisikan tentang kesimpulan dan saran, berisikan
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pesawat Tanpa Awak atau Unmanned Aerial Vehicle (UAV), adalah
sebuah mesin terbang yang berfungsi dengan kendali jarak jauh oleh
mampu mengendalikan dirinya sendiri, menggunakan hukum aerodinamika untuk
mengangkat dirinya, bisa digunakan kembali dan mampu membawa muatan baik
senjata, kamera, maupun muatan lainnya. Pesawat tanpa awak memliki bentuk,
ukuran, konfigurasi dan karakter yang bervariasi.
Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi utama, variasi pertama yaitu
dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan variasi kedua adalah pesawat yang
terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukan kedalam pesawat
sebelum terbang.
Pesawat tanpa awak juga semakin banyak digunakan untuk
keperluan
atau pemeriksaan
yang dianggap terlalu kotor dan terlalu berbahaya untuk pesawat berawak.
Penggunaan komposit ringan sangat penting dalam meningkatkan
kemampuan terbang UAV di udara. Untuk alasan bobot, aluminium adalah
satu-satunya logam yang digunakan dalam UAV. Penggunaan komposit dapat
mengurangi bobot keseluruhan UAV hingga 15-45% tergantung pada tingkat
penggunaan komposit.Pengurangan bobot di atas 50% memerlukan komposit
yang biayanya lebih mahal.Komposit telah digunakan dalam komponen beban
sederhana, yang terdiri dari sekitar 20% dari bobot pesawat.Untuk pengurangan
bobot lebih lanjut, komposit harus digunakan dalam komponen beban yang lebih
tinggi seperti ekor, sayap dan badan pesawat.
Plastik jenis termoset lebih banyak digunakan dibandingkan termoplastik
karena plastik jenis termoset mudah mengisi serat, sehingga memungkinkan untuk
memproduksi bagian berbentuk kompleks.Termoset memberikan kekuatan dan
polyester,epoxy, fenolat, bismaleimide dan polimida.Serat yang paling umum digunakan adalah karbon dan grafit. Serat kevlar dan serat kaca juga digunakan.
Serat organik memberikan kekuatan tinggi dan bobot yang rendah dan digunakan
lebih dalam UAV dari serat keramik dan logam.Graphite (> 95% karbon) dan
karbon (93 - 95% karbon) serat yang paling umum digunakan.Polimer organik
lainnya seperti Kevlar juga digunakan. Serat kaca digunakan karena biaya yang
rendah dan cenderung lebih umum di sipil dari UAV militer.
Dengan adanya pengembangan UAV, maka pengembangan dari sisi
material ringan dan kuat untuk fuselage dan sayap pesawat itu sendiri merupakan
sebuah kajian teoritis yang selayaknya mendapatkan perhatian dari para peneliti,
sehingga diharapkan Pesawat UAV generasi selanjutnya memiliki unjuk kerja
yang lebih baik karena menggunakan material yang ringan dan kuat.
Bahan komposit yang akan diteliti adalah campuran rockwool dengan resin
polyester. Penelitian ini dilakukan untuk mencari sifat mekanis yang berupa
kekuatan tarik dan kekuatan impak dari bahan komposit tersebut.
Polyester merupakan resin yang paling banyak digunakan sebagai matrik
untuk badan kapal, mobil, tandon air dan sebagainya. Umumnya resin polyester
mempunyai karakteristik tahan terhadap dingin relative baik, sifat listriknya
terbaik diantara resin termoset, tahan terhadap asam kuat kecuali asam
pengoksida, tetapi lemah terhadap alkali. Bahan ini akan mengalami retak dan
pecah bila dimasukkan dalam air mendidih untuk waktu yang lama (±300 jam).
Bahan ini mudah mengembang dalam pelarut stiren. Kemampuan terhadap cuaca
sangat baik, juga tahan terhadap kelembaban dan sinar UV pada pemakaian
outdoor. Bahan ini berupa cairan dengan viscositas yang relatif rendah, mengeras
pada suhu kamar dengan penggunaan katalis metal ethil keton peroksida (MEKP)
yang berfungsi sebagai zat untuk mempersingkat waktu pengerasan. Pada proses
pengerasan tidak menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin
termoseting yang lainnya.
Sementara rockwool adalah serat mineral yang terbuat dari lelehan batu.
Bahan baku utama rockwool adalah basalt, anorthosite, dan cemented briquettes.
manusia saat selama jutaan tahun. Rockwool memiliki sifat ringan, tahan api, dan
menyerap kebisingan.
Melalui penelitian ini diharapkan didapatkan suatu bahan komposit yang
ringan dan memiliki sifat mekanik (mechanical properties) yang baik.
1.2. Perumusan Masalah
Tren terkini dalam pembuatan struktur pesawat adalah dengan
menggunakan bahan komposit sebagai elemen yang utama dengan sifat mekanik
yang baik dan berbobot ringan. Berdasarkan latar belakang tersebut perlu
dilakukan penelitian pada material komposit (rockwool dan resin polyester) untuk
aplikasi pesawat tanpa awak (UAV). Dalam hal ini penelitian yang dilakukan
adalah meneliti sifat mekanik dari bahan komposit tersebut melalui uji tarik statik
dan impak.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini dibagi atas tujuan umum dan tujuan khusus.
1.3.1 Tujuan Umum
Mengetahui karakteristik dari komposit rockwool dan polyester melalui
mechanical propertiesnya.
1.3.2 Tujuan Khusus
Tujuan Khusus dari penelitian adalah:
1. Mengetahui pengaruh komposisi serat rockwool dan resin polyester
terhadapkekuatan tarik komposit polyester diperkuat serat rockwool.
2. Mengetahui pengaruh komposisi serat rockwool dan resin polyester
terhadapkekuatan impak komposit polyester diperkuat serat rockwool.
3. Memperoleh nilai massa jenis material.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan dari permasalahan ini hanya dibatasi pada kajian untuk
serat rockwool dengan pengujian tarik statik dan harga kekuatan impak dengan
pengujian impak serta memperoleh nilai massa jenis dari material tersebut.
1.5. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini disajikan dalam tulisan yang terdiri
dari 5 bab. Dimana pada bab pertama memberikan gambaran menyeluruh
mengenai tugas akhir yang meliputi pembahasan tentang latar belakang,
perumusan dan batasan masalah, tujuan dan sistematika penulisan.
Pada bab dua berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan
dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk
menganalisa persoalan.
Pada bab tiga memuat mencakup alat dan bahan yang digunakan, tempat
dan waktu penelitian, metode pembuatan spesimen dan pengujian, diagram alir
penelitian, variable penelitian serta berisi langkah-langkah pengujian yang
digunakan dalam pengamatan.
Pada bab keempat berisikan tentang hasil dan pembahasan, berisi tentang
hasil pengolahan data yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian dilakukan
pembahasan terhadap hasil pengujian.
Pada bab kelima berisikan tentang kesimpulan dan saran, berisikan
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan metode yang digunakan untuk menyelesaikan
permasalahan pada skripsi ini, yaitu cara-cara untuk mendapatkan nilai-nilai
properties yang dilakukan dengan pemodelan fisik hingga dilakukannya
pengujian tarik dan impak. Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan yaitu:
Melakukan pembuatan spesimen uji dengan menggunakan bahan serat mineral
berupa rockwool dan polyester, pengujian kekuatan tarik dan impak.
3.1 Waktu dan Tempat
Waktu penelitian ini dimulai dari bulan Agustus 2013 sampai dengan
bulan Maret 2014. Tempat dilaksanakannya pembuatan spesimen dan pengujian
tarik statik adalah di Laboratorium Impact and Fracture Research Center (IFRC)
program Magister dan Doktor Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara. Khusus untuk uji impak dilakukan di Laboratoriun Kimia
Polimer Fakultas Matemetika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
3.2 Bahan dan Alat Penelitian 3.2.1 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain adalah:
a. Rockwool
Pada penelitian ini, serat yang digunakan adalah berupa serat mineral,
yaitu rockwool. Adapun rockwool yang digunakan diperlihatkan pada gambar 3.1.
b. Resin Polyester tak jenuh
Resin polyester tak jenuh berbentuk bahan kimia yang berbentuk cair,
tetapi agak kental dan digunakan sebagai penguat antara serat rock wool. Resin
polyester yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 Resin polyester tak jenuh
c. Katalis MEKP
Setelah seluruh bahan serat rockwool dengan resin di campurkan, lalu di
tambahkan dengan katalis yang berbentuk cairan yang digunakan untuk campuran
resin dan serat yang berguna untuk mengeraskan resin. Katalis yang digunakan
adalah jenis metil ethil keton peroksida (MEKP). Adapun katalis yang digunakan
3.2.2 Alat Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Jangka Sorong
Jangka sorong digunakan untuk mengukur dimensi spesimen. Adapun
gambar dari jangka sorong diperlihatkan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Jangka sorong
b. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk memperoleh berat dari serat dan
bahan-bahan lain. Timbangan digital yang digunakan diperlihatkan pada gambar
3.5.
Gambar 3.5 Timbangan digital
Adapun spesifikasi dari timbangan digital yang digunakan dapat dilihat
pada tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi timbangan digital
Merk HENHERR
Tipe ACS-H
Readability 0.02 gram
c. Cawan Tuang
Cawan tuang berfungsi sebagai tempat pengadukan material komposit
sebelum dituang ke dalam cetakan. Cawan ini terbuat dari plastik. Bahan plastik
dipilih agar mempermudah peneliti untuk melihat campuran yang ada di dalamnya
karena setiap sisi cawan tembus pandang. Cawan tuang diganti tiap kali
pencampuran. Hal ini dilakukan demi menghindari terjadinya reaksi campuran
spesimen lama dengan spesimen baru. Gambar cawan tuang dapat dilihat pada
gambar 3.6.
Gambar 3.6 Cawan tuang
d. Kaca
Kaca digunakan sebagai alas dan menutup bagian atas cetakan. Hal ini dilakukan
agar komposit yang dicetak mengikuti bentuk cetakan dengan baik. Kaca yang
digunakan berukuran 22 cm x 22 cm dengan ketebalam 5 mm sebanyak 2 buah.
e. Sendok Plastik
Sendok plastik berfungsi mengaduk campuran komposit. Pengadukan
dilakukan perlahan-lahan hingga campuran rata. Gambar sendok plastik
ditunjukkan pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Sendok plastik
f. Cetakan
Cetakan untuk pengujian tarik terbuat dari bahan logam. Sedangkan
cetakan untuk pengujian impak terbuat dari baahn kaca. Cetakan berfungsi untuk
memberi bentuk pada spesimen. Ukuran dari cetakan mengikuti standar ASTM D
638 untuk spesimen uji tarik dan ISO 179 untuk spesimen uji impak. Gambar
cetakan uji tarik dan cetakan uji impak yang digunakan dapat dilihat pada gambar
3.9.
(a) (b)
g. Alat Uji Tarik
Alat uji kekuatan tarik digunakan untuk mengetahui kekuatan dari suatu
material yang telah dibentuk berdasarkan ukuran standar untuk pengujian tarik.
Gambar alat uji tarik diperlihatkan pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Alat uji tarik
Adapun spesifikasi alat uji tarik yang digunakan diperlihatkan pada tabel 3.2.
Tabel 3.2 Spesifikasi alat uji tarik
Merk Shimadzu Servopulser
Model EHF-EB 100 KN-20L
Capasity 100KN±25 mm
No. Seri 141103900121
Hydraulic Fluid Source
- Hydraulic Power Supply (QF- 20A)
- Hydraulic Pump Model 3112
Controller Type 4826
Electric Motor 11 KW x 4P
h. Alat Uji Impak
Alat uji impak digunakan untuk mengetahui ketangguhan relatif dari suatu
material dengan mematahkan benda uji yang terbuat dari material tersebut.
Gambar alat uji impak diperlihatkan pada gambar 3.11.
Gambar 3.11 Alat uji impak
Adapun spesifikasi alat uji impak yang digunakan diperlihatkan pada tabel 3.3.
Tabel 3.3 Spesifikasi alat uji impak
Merk Wolpert
Tipe CPSA
Com. No. 8803104 / 0000
3.3 Pembuatan Spesimen
Bentuk dari spesimen pengujian tarik dan impak dapat dilihat pada gambar
3.12. Metode yang dilakukan dalam proses pembuatan spesimen adalah hand
lay-up. Adapun langkah-langkah pembuatan spesimen dari komposit ini adalah:
1. Mempersiapkan semua alat dan bahan.
2. Menimbang semua bahan menurut takarannya masing-masing, yaitu 4%
rockwool dan 96 % resin polyester untuk komposisi satu, 8% rockwool dan
92% resin polyester untuk komposisi dua, 12% rockwool dan 88% resin
dengan perbandingan 15,15 gram resin ditambahkan katalis sebanyak 5 tetes
pipet tetes.
3. Mengoleskan permukaan cetakan dengan wax.
4. Meletakkan cetakan di atas permukaan yang rata, yaitu kaca.
5. Mencampurkan rockwool dan resin polyester sesuai dengan takaran komposisi
dan aduk hingga tercampur rata selama 3 menit untuk komposisi satu, 5 menit
untuk komposisi dua, dan 7 menit untuk komposisi tiga.
6. Menambahkan katalis pada campuran sesuai komposisi yang ditentukan dan
aduk kembali 1 menit.
7. Menuangkan campuran ke dalam cetakan dan ratakan permukaan campuran
pada cetakan.
8. Menjepit cetakan dengan kaca menggunakan ragum tangan untuk memberikan
tekanan pada cetakan.
9. Selanjutnya membiarkan campuran tersebut pada tekanan atmosfir dan suhu
kamar selama 24 jam.
10.Spesimen yang sudah kering dilepas dari cetakan.
(a) (b)
Gambar 3.12 (a) Spesimen uji tarik, (b) Spesimen uji impak
3.4 Pengujian Tarik
Tujuan dilakukannya pengujian tarik adalah untuk mengetahui
3.4.1 Set Up Pengujian Tarik
Gambar set up pengujian tarik dapat dilihat pada gambar 3.13. Gambar ini
menerangkan nama dan kegunaan masing-masing bagian dari mesin uji tarik
(tensile test).
a
b
c
d
e
f
Gambar 3.13 Set up pengujian tarik
Adapun keterangan gambar diatas adalah:
a. Load cell berfungsi mengubah gaya pembebanan menjadi sinyal listrik.
b. Chuck berfungsi mengikat spesimen uji.
c. Hidrolik berfungsi menaik turunkan chuck atas.
d. Personal computer berfungsi menjalankan software pengujian, menerima hasil
pengujian dan menampilkan grafik pengujian.
e. Controller berfungsi menghidup matikan alat uji tarik serta menangani
pengukuran dan control.
f. Pin Crosshead Operation berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan chuck
atas agar penjepitan spesimen oleh chuck atas dapat dilakukan dengan baik
3.4.2 Prosedur Pengujian Tarik
Adapun prosedur pengujian pada pengujian tarik adalah sebagai berikut:
b. Menjepit spesimen pada chuck bawah pada mesin uji tarik.
c. Sesuaikan chuck atas dengan spesimen, lalu jepit spesimen pada chuck atas.
d. Nyalakan mesin uji tarik dan laksanakan pembebanan tarik sampai spesimen
putus.
e. Menyimpan data hasil pengujian pada personal computer.
f. Melepaskan benda uji dari chuck atas dan chuck bawah
3.5 Pengujian Impak
Tujuan dilakukannya pengujian impak adalah untuk mengetahui kekuatan
material terhadap beban kejut yang nantinya akan diperoleh kekuatan impak dari
material tersebut.
3.5.1 Set Up Pengujian Impak
Gambar set up pengujian tarik dapat dilihat pada gambar 3.14.
a
b
c
d
Gambar 3.14 Set up pengujian impak
Adapun keterangan gambar diatas adalah:
a. Pendulum sebagai beban yang akan diberikan pada spesimen.
c. Skala berfungsi untuk menunjukkan besarnya energi yang dihasilkan setelah
pengujian.
d. Landasan impact tester berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan spesimen.
3.5.2 Prosedur Pengujian Impak
Adapun prosedur pengujian impak adalah sebagai berikut:
a. Ayunkan pendulum tanpa spesimen untuk mengetahui nilai kerugian energi.
b. Tarik tuas pendulum untuk menahan pendulum.
c. Amati dan catat nilai kerugian energi yang terjadi.
d. Letakkan spesimen pada landasan Impact Tester.
e. Tekan tuas pendulum.
f. Pendulum menghantam spesimen.
g. Setelah spesimen putus, amati besar energi yang ditunjukkan pada skala.
h. Kembalikan pendulum ke posisi semula.
i. Lepas spesimen dan ulangi langkah-langkah di atas untuk pengujian spesimen
berikutnya
3.6 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian menunjukkan proses yang dilakukan selama
peneltian. Langkah awal dari penelitian ini adalah mempelajari tentang bahan
penyusun komposit rockwool-polyester (studi literatur rockwool-polyester).
Setelah itu dilanjutkan dengan proses pembuatan spesimen komposit
rockwool-polyester. Setelah pembuatan spesimen selesai, maka akan dilakukan pengujian.
Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian tarik dan impak.
Setelah dilakukan pengujian, maka akan didapat data dari hasil pengujian tersebut.
Setelah didapat data dari hasil pengujian, maka akan dilakukan proses pengolahan
data. Setelah dilakukan proses pengolahan data, maka selanjutnya akan dilakukan
penulisan laporan. Setelah penulisan laporan ini selesai, maka penelitian ini sudah
selesai dilaksanakan.
Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilaksanakan berurutan
Gambar 3.15 Diagram Alir Penelitian Mulai
Studi Literatur
Pembuatan Spesimen: -Pencampuran bahan
-Proses pencetakan spesimen
Pengujian
Data Pengujian
Pengolahan Data
Hasil
Laporan
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pembuatan Spesimen Uji Tarik dari Proses Hand Lay-Up
Bentuk dari spesimen pengujian tarik sudah mempunyai standar dengan
meenggunakan standar dari ASTM D638. Gambar spesimen pengujian tarik dari
komposit rockwool-polyester dapat dilihat pada gambar 4.1.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.1 Bentuk Spesimen Uji Tarik (a) 4% rockwool - 96% polyester, (b) 8% rockwool - 92% polyester, (c) 12% rockwool - 88% polyester.
4.2 Hasil Pengujian Tarik
Berikut adalah hasil pengujian tarik pada tiga komposisi yang berbeda dari
4.2.1 Komposisi 4% Rockwool - 96% Polyester
Berikut adalah gambar dari Grafik pengujian tarik:
1. Spesimen I 4% Rockwool - 96% Polyester
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.2.
Gambar 4.2 Grafik Hasil uji tarik spesimen I (4% rockwool-96% polyester)
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.3.
Tabel 4.1 Hasil pengujian tarik spesimen I (4% rockwool - 96% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 140,22
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa 19,10498
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,298
Regangan Maksimum (Max Strain) % 1,6225
Modulus Elastisitas MPa 2599,971
2. Spesimen II (4% Rockwool - 96% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.4.
Gambar 4.4 Grafik Hasil uji tarik spesimen II (4% rockwool - 96% polyester)
Gambar 4.5 Grafik tegangan regangan spesimen II (4% rockwool - 96%
polyester)
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.2 Hasil pengujian tarik spesimen II (4% rockwool - 96% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 158,01
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa 21,52886
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,472
Regangan Maksimum (Max Strain) % 1,84
3. Spesimen III (4% Rockwool - 96% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Grafik Hasil uji tarik spesimen III (4% rockwool - 96% polyester)
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.7.
Gambar 4.7 Grafik tegangan regangan spesimen III (4% rockwool - 96%
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.3 Hasil pengujian tarik spesimen III (4% rockwool - 96% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf
150,71
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa 20,53424
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,559
Regangan Maksimum (Max Strain) %
1,95
Modulus Elastisitas MPa 3358,5625
Dari hasil pengujian 3 spesimen di atas, didapat nilai rata-rata tegangan
tarik maksimum (ultimate tensile stength), regangan maksimum (maximum
strain), dan modulus elastisitas (modulus of elasticity) yang diperlihatkan pada
tabel 4.4.
Tabel 4.4 Hasil pengujian tarik komposisi 4% rockwool - 96% polyester
berdasarkan nilai rata-rata
Spesimen σUTS (MPa) εmax (%) E (MPa)
I 19,10498 1,6225 2559,971
II 21,52886 1,84 2998,112
III 20,53424 1,95 3358,56
4.2.2 Komposisi 8% Rockwool - 92% Polyester
Berikut adalah gambar dari Grafik pengujian tarik:
1. Spesimen I 8% Rockwool - 92% Polyester
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.8.
Gambar 4.8 Grafik Hasil uji tarik spesimen I (8% rockwool - 92% polyester)
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.9.
Gambar 4.9 Grafik tegangan regangan spesimen I (8% rockwool - 92%
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.5 Hasil pengujian tarik spesimen I (8% rockwool - 92% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 181,71
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa
24,75799
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 0,886
Regangan Maksimum (Max Strain) % 1,1075
Modulus Elastisitas MPa 2927,96552
2. Spesimen II (8% Rockwool - 92% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.11.
Gambar 4.11 Grafik tegangan regangan spesimen II (8% rockwool - 92%
polyester)
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.6 Hasil pengujian tarik spesimen II (8% rockwool - 92% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 185,68
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa
25,2989
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,696
Regangan Maksimum (Max Strain) % 2,12
3. Spesimen III (8% Rockwool - 92% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.12.
Gambar 4.12 Grafik Hasil uji tarik spesimen III (8% rockwool - 92% polyester)
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.13.
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.7 Hasil pengujian tarik spesimen III (8% rockwool - 92% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf
209,52
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa
28,5471
Modulus Elastisitas MPa
3001,133
Dari hasil pengujian 3 spesimen di atas, didapat nilai rata-rata tegangan
tarik maksimum (ultimate tensile stength), regangan maksimum (maximum
strain), dan modulus elastisitas (modulus of elasticity) yang diperlihatkan pada
tabel 4.8.
Tabel 4.8 Hasil pengujian tarik komposisi 8% rockwool - 92% polyester
berdasarkan nilai rata-rata
Spesimen σUTS (MPa) εmax (%) E (MPa)
I
II
III
4.2.3 Komposisi 12% Rockwool - 88% Polyester
Berikut adalah gambar dari Grafik pengujian tarik:
1. Spesimen I (12% Rockwool - 88% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.14.
Gambar 4.14 Grafik Hasil uji tarik spesimen I (12% rockwool - 88% polyester)
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.15.
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.9 Hasil pengujian tarik spesimen I (12% rockwool - 88% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 219,54
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa 29,91233
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,172
Regangan Maksimum (Max Strain) % 1,465
Modulus Elastisitas MPa 2932,938
2. Spesimen II (12% Rockwool - 88% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.16.
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.17.
Gambar 4.17 Grafik tegangan regangan spesimen II (12% rockwool - 88%
polyester)
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.10 Hasil pengujian tarik spesimen II (12% rockwool - 88% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 245,14
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa 33,40033
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,449
Regangan Maksimum (Max Strain) % 1,8113
3. Spesimen III (12% Rockwool - 88% Polyester)
Dari pengujian tarik yang dilakukan, diperoleh grafik yang diperlihatkan
pada gambar 4.18.
Gambar 4.18 Grafik Hasil uji tarik spesimen III (12% rockwool - 88% polyester)
Grafik tegangan dan regangan yang terjadi diperlihatkan pada gambar 4.19.
Gambar 4.19 Grafik tegangan regangan spesimen III (12% rockwool - 88%
Dari grafik, diperoleh hasil:
Tabel 4.11 Hasil pengujian tarik spesimen III (12% rockwool - 88% polyester)
Keterangan Satuan Nilai
Tebal (Thickness) mm 6
Lebar (Width) mm 12
Luas (Area) mm2 72
Beban Maksimum (Maximum Load) kgf 221,61
Tegangan Tarik Maksimum (UTS) MPa 30,19436
L0 mm 80
Saat Beban Maksimum mm 1,125
Regangan Maksimum (Max Strain) % 1,4063
Modulus Elastisitas MPa 3117,4
Dari hasil pengujian 3 spesimen di atas, didapat nilai rata-rata tegangan
tarik maksimum (ultimate tensile stength), regangan maksimum (maximum
strain), dan modulus elastisitas (modulus of elasticity) yang diperlihatkan pada
tabel 4.12.
Tabel 4.12 Hasil pengujian tarik komposisi 12% rockwool - 88% polyester
berdasarkan nilai rata-rata
Spesimen σUTS (MPa) εmax (%) E (MPa)
I 29.91233 1.465 2932.938
II 33.40033 1.81125 3349.933
III 30.19436 1.40625 3117.4
4.2.4 Perbandingan Hasil Pengujian Tarik
Berikut adalah perbandingan hasil pengujian tarik yang dilakukan:
a. Tegangan tarik maksimum
Nilai tegangan tarik maksimum untuk masing-masing spesimen
diperlihatkan pada tabel 4.13.
Tabel 4.13 Nilai tegangan tarik maksimum rata-rata masing-masing spesimen
Komposisi
Rockwool-Polyester Spesimen (MPa) (MPa)
(4-96) %
Grafik nilai tegangan tarik maksimum masing-masing spesimen dapat dilihat pada
gambar 4.20
Gambar 4.20 Grafik nilai tegangan tarik maksimum rata-rata (MPa) vs komposisi
Gambar 4.20 memperlihatkan bahwa semakin besar penambahan serat
rockwool di dalam komposit, maka kekuatan tarik maksimum komposit akan
semakin besar. Nilai kekuatan tarik maksimum tertinggi dimiliki oleh komposisi
12% rockwool - 88% polyester, sebesar 31.16900417 MPa.
b. Regangan maksimum
Nilai regangan maksimum untuk masing-masing spesimen diperlihatkan
pada tabel 4.14.
Tabel 4.14 Nilai regangan maksimum rata-rata masing-masing spesimen
Komposisi
Rockwool-Polyester Spesimen (%) (%)
(4-96) %
Grafik nilai regangan maksimum masing-masing spesimen dapat dilihat
Gambar 4.21 memperlihatkan bahwa semakin besar penambahan serat
rockwool di dalam komposit, maka regangan maksimum yang terjadi akan
semakin kecil. Nilai regangan maksimum dimiliki oleh komposisi 4% rockwool -
96% polyester sebesar 1.804167 %.
c. Modulus elastisitas
Nilai modulus elastisitas untuk masing-masing spesimen diperlihatkan
pada tabel 4.15.
Tabel 4.15 Nilai modulus elastisitas rata-rata masing-masing spesimen
Komposisi
Grafik nilai modulus elastisitas masing-masing spesimen dapat dilihat
pada gambar 4.22.
Gambar 4.22 Grafik nilai modulus elastisitas rata-rata (%) vs komposisi
Gambar 4.22 memperlihatkan bahwa semakin besar penambahan serat
rockwool di dalam komposit, maka modulus elastisitas yang terjadi akan semakin
besar. Terjadi penurunan nilai modulus elastisitas pada komposisi 8% rockwool -
92% polyester. Nilai regangan maksimum dimiliki oleh komposisi 12% rockwool
- 88% polyester.
Gambar patahan spesimen setelah dilakukan pengujian tarik diperlihatkan
pada gambar 4.23.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.23 Bentuk patahan spesimen uji tarik (a) 4% rockwool - 96%
4.3Hasil Pembuatan Spesimen Uji Impak dari Proses Hand Lay-Up
Bentuk dari spesimen pengujian impak menggunakan standar ISO 179.
Gambar spesimen pengujian impak dapat dilihat pada gambar 4.24.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.24 Bentuk Spesimen Uji Impak (a) 4% rockwool - 96% polyester, (b) 8% rockwool - 92% polyester, (c) 12% rockwool - 88% polyester.
4.4Hasil Pengujian Impak
Berikut adalah hasil dari pengujian impak yang dilakukan.
4.4.1 Komposisi 4% Rockwool - 96% Polyester
Hasil pengujian impak untuk komposisi 4% rockwool - 96% polyester
dapat dilihat pada tabel 4.16.
Tabel 4.16 Hasil pengujian impak komposisi 4% rockwool - 96% polyester Komposisi
Rockwool-Polyester Spesimen E’ (J)
(4-96) %
I 0,29
II 0,33
4.4.2 Komposisi 8% Rockwool - 92% Polyester
Hasil pengujian impak untuk komposisi 8% rockwool - 92% polyester
dapat dilihat pada tabel 4.17.
Tabel 4.17 Hasil pengujian impak komposisi 8% rockwool - 92% polyester Komposisi
Rockwool-Polyester Spesimen E’ (J)
(8-92) %
I 0,21
II 0,18
III 0,18
4.4.3 Komposisi 12% Rockwool - 88% Polyester
Hasil pengujian impak untuk komposisi 12% rockwool - 88% polyester
dapat dilihat pada tabel 4.18.
Tabel 4.18 Hasil pengujian impak komposisi 8% rockwool - 92% polyester Komposisi
Rockwool-Polyester Spesimen E’ (J)
(12-88) %
I 0,24
II 0,20
III 0,18
a. Energi aktual
Dari hasil pengujian impak didapatkan nilai f (kerugian energi pada alat).
Nilai f didapat dengan cara mengayunkan pendulum dari sudut 160o sebagai sudut
simpang awal ayunan pendulum tanpa spesimen. Dari pengujian tersebut didapat
nilai sebesar 0,02 Joule sebagai nilai f. Energi aktual dari uji impak merupakan
energi yang didapat dari pengujian (E) dikurang kerugian energi pada alat (f).
Dapat dihitung dengan persamaan:
Ea = E’ – f
E’ = Energi yang didapat dari hasil Pengujian (Joule)
f = kerugian energi pada alat (Joule)
Nilai Energi aktual untuk masing-masing spesimen adalah:
1. Spesimen I (4% rockwool – 96% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,29 – 0,02 = 0,27 J
2. Spesimen II (4% rockwool – 96% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,33 – 0,02 = 0,31 J
3. Spesimen III (4% rockwool – 96% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,28 – 0,02 = 0,26 J
4. Spesimen I (8% rockwool – 92% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,21 – 0,02 = 0,19 J
5. Spesimen II (8% rockwool – 92% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,18 – 0,02 = 0,16 J
6. Spesimen III (8% rockwool – 92% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,18 – 0,02 = 0,16 J
7. Spesimen I (12% rockwool – 88% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,24 – 0,02 = 0,22 J
8. Spesimen II (12% rockwool – 88% polyester)
9. Spesimen III (12% rockwool – 88% polyester)
Maka, Ea = E’ – f = 0,18 – 0,02 = 0,16 J
Nilai energi aktual dapat dilihat pada tabel 4.19 berikut.
Tabel 4.19 Nilai Enegi Aktual
Komposisi
Grafik nilai energi aktual rata-rata dapat dilihat pada gambar 4.25
b. Energi serap impak
Untuk mencari nilai energi serap impak menggunakan rumus:
Dimana:
EI = Energi Serap Impak (J/mm2)
Ea = Energi aktual (Joule)
A = Luas Penampang (mm2)
= p x l = 15 mm x 5 mm
= 75mm2
Nilai energi serap impak untuk masing-masing spesimen adalah:
Nilai energi serap impak dapat dilihat pada tabel 4.20 berikut.
Tabel 4.20 Nilai Enegi Serap Impak
Komposisi
Grafik nilai energi serap impak rata-rata dapat dilihat pada gambar 4.26
Gambar 4.26 Grafik nilai energi impak rata-rata vs komposisi rockwool –
polyester (%)
Gambar 4.26 memperlihatkan bahwa semakin banyak kadar rockwool,
maka kekuatan impak cenderung menurun. Namun pada komposit dengan kadar
J/mm2. Kekuatan impak maksimum dimiliki oleh komposit dengan kadar
rockwool 4%. Gambar patahan spesimen setelah dilakukan pengujian impak
diperlihatkan pada gambar 4.27.
(a) (b)
(c)
Gambar 4.27 Bentuk patahan spesimen uji impak (a) 4% rockwool - 96%
polyester, (b) 8% rockwool - 92% polyester, (c) 12% rockwool - 88% polyester.
4.5 Massa jenis
Untuk mendapatkan nilai massa jenis, dilakukan penimbangan material
komposit dengan timbangan digital. Pengukuran volume dilakukan dengan
memodelkan benda kerja pada software solidwork dan volume diperoleh dari
perintah mass properties pada solidwork. Untuk mencari massa jenis digunakan
rumus:
V m
=
ρ
Dimana:
