PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK
EPOXY
Efri Mahmuda
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknk Universitas Lampung E-mail : [email protected]
ABSTRAK
Serat ijuk merupakan serat alami yang diperoleh dari pohon aren (Arenga Pinnata Merr), dan dapat terdegradasi secara alami serta harganya lebih murah dibanding serat sintetis. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh panjang serat terhadap kekuatan tarik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy.
Pada penelitian ini, pengekstrakan serat ijuk menggunakan sisir kawat yang berfungsi memisahkan serat ijuk dari pelepahnya. Lalu dilakukan pemilihan serat berdiameter 3 mm menggunakan micrometer sekrup. kemudian serat ijuk direndam dalam larutan NaOH 5% selama 2 jam dan dikeringkan selama 15 menit. Selanjutnya dipotong dengan panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm. Lebih lanjut, pembuatan komposit menggunakan metode hand lay up dengan pencampuran resin epoxy dan hardener dengan perbandingan campuran 1 : 1 mengacu pada ASTM D638. Selanjutnya dilakukan pencampuran matrik dan serat dengan fraksi massa 80% : 20% menggunakan variasi panjang serat. Selanjutnya spesimen uji dipanaskan dalam oven dengan suhu 70oC selama 10 menit. Kemudian dilakukan pengujian tarik untuk resin epoxy murni dan untuk komposit dengan variasi panjang serat 30 mm, 60 mm, dan 90 mm. Fhoto daerah patahan dengan Scanning Electron Microscope (SEM) digunakan untuk melihat mekanisme perpatahan komposit.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan regangan tertinggi dicapai pada komposit dengan panjang serat 90 mm. Kekuatan tarik yang didapat sebesar 36,37 MPa dan regangan sebesar 9,34 %. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit ialah daya ikat serat dengan matrik, pendistribusian serat yang merata, dan panjang kritis serat. Hasil foto SEM pada patahan komposit serat ijuk menunjukkan terjadinya fiber breaking. Hal ini menunjukan bahwa daya ikat antara matrik dan serat yang cukup baik, tetapi sebaran serat pada matrik tidak merata yang mengakibatkan kekuatan tarik komposit yang optimal tidak bisa dicapai.
ABSTRACT
EFFECT OF FIBER LENGTH OF MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF COMPOSITE FIBERS WITH EPOXY MATRIX
By
EFRI MAHMUDA
Palm fiber is a natural fiber derived from sugar palm (Arenga Pinnata Merr), and can be degraded naturally and cheaper than synthetic fibers. The purpose of this study to determine the effect of fiber length on the tensile strength of the composite of Fibers with epoxy matrix.
In this study, fiber extraction using a wire comb serves to separate the fibers from the fiber sheath. Then the selection of fiber diameter of 3 mm using a micrometer screw. Fibers soaked in 5% NaOH solution for 2 hours and dried for 15 minutes. Further cut to a length of 30 mm, 60 mm, and 90 mm. Furthermore, composite manufacturing using hand lay-up by mixing epoxy resin and hardener mixture with a ratio of 1: 1 refers to ASTM D638. Mixing matrix and fibers with a mass fraction of 80%: 20% used a variation of the fiber length. The test specimen is heated in an oven with a temperature of 70°C for 10 minutes. Tensile testing for pure epoxy resins for composites and a variety of fiber length of 30 mm, 60 mm, and 90 mm. Photo fracture area with Scanning Electron Microscope (SEM) was used to view the composite fracture mechanisms.
The test results showed that the tensile strength and ultimate strain achieved in composites with fiber length of 90 mm. Tensile strength obtained at 36.37 MPa and strain of 9.34%. Factors that affect the strength of the composite was holding capacity of fiber to matrix, a uniform fiber distribution and fiber critical length. SEM image results in the fracture of fiber composite showed the fiber breaking. This shows that the holding capacity between the matrix and the fibers are quite good but the uneven distribution of fibers in the matrix, resulting optimal composite tensile strength can not be achieved.
PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK EPOXY
SKRIPSI
Oleh
EFRI MAHMUDA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK
EPOXY
Oleh
EFRI MAHMUDA
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
JurusanTeknikMesin
FakultasTeknikUniversitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
Judul Skripsi : PENGARUH PANJANG SERAT
TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK EPOXY
Nama Mahasiswa : Efri Mahmuda
Nomor Pokok Mahasiswa : 0715021043
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing Pembimbing I
Dr. Eng Shirley Savetlana.T.,M.Met NIP. 197402021999102001
Pimbimbing II
Drs. Sugiyanto, M.T. NIP. 195704111986101001
2. Ketua Jurusan Teknik Mesin
MENGESAHKAN
1. Tim Penguji
Ketua Penguji : Dr. Eng Shirley Savetlana S.T.,M.Met ...
Penguji Utama : Nafrizal, S.T., M.T. ...
Anggota Penguji : Harnowo Supriadi, S.T., M.T. ...
2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung
Dr.Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A. NIP. 196505101993032008
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sungai Dareh pada tanggal 17
Januari 1990, sebagai anak kedua dari tiga bersaudara,
dari pasangan Supriyatno S.P dan Sri Heri Sukiyati
S.Pd.
Pendidikan Sekolah Dasar Negeri 3 Pulung Kencana
Tulang Bawang Barat diselesaikan pada tahun 2001,
Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 1 Tumijajar Tulang Bawang Barat
diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Tumijajar
diselesaikan pada tahun 2007. Pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai
Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur
Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa
Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai Sekretaris Bidang Minat dan Bakat
(2009/2010). Penulis juga pernah melakukan kerja praktek di PT. Gunung Madu
Plantation (GMP) Lampung Tengah pada tahun 2011. Pada tahun 2012 penulis
melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat
Mekanik dan Fisik Komposit Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matrik Epoxy” di
MOTTO
“Dan Allah mengeluarkan kamu dari perut ibumu dalam
keadaan tidak mengetahui sesuatupun, dan Dia memberi kamu
pendengaran, penglihatan dan hati, agar kamu bersyukur”
(QS. An Nahl : 78)
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka
apabila kamu telah selesai dari suatu urusan, kerjakanlah
urusan yang lain dan hanya kepada allah hendaknya kamu
berharap”
(QS. Al insyirah : 6-8)
“Hai orang
-orang yang beriman bersabarlah kamu dan
kuatkanlah kesabaranmu dan tetaplah bersiap siaga
(diperbatasan negerimu) dan bertawakalah kepada Allah
supaya kamu beruntung.” (QS Al Imran 200)
“Ibunya telah mengandungnya dalam keadaan lemah ya
ng
bertambah-tambah, dan menyapihnya dalam dua tahun.
Bersyukurlah kepada-Ku dan kepada dua orang ibu bapakmu,
hanya kepada-
Ku lah kembalimu.” (QS. Luqman 31:14)
“
Apa yang kita alami demi teman kadang-kadang melelahkan
dan menjengkelkan, tetapi itulah yang membuat persahabatan
ix
Apa yang tidak pernah MATI hanyalah HARAPAN
(Penulis)
Hargai dan peliharalah selalu persahabatan kamu dengan
mereka. Karena seorang sahabat bisa lebih dekat dari pada
PERSEMBAHAN
ِميِحهرلا ِنَم ْحهرلا ِ هَ ِمْسِب
Dengan mengucap syukur Alhamdulillah, kupersembahkan karya
kecilku ini untuk orang-orang yang kusayangi :
Ayah bunda tercinta
motivator terbesar dalam hidupku yang tak pernah jemu mendo’akan
dan menyayangiku, atas semua pengorbanan dan kesabaran
mengantarku sampai kini. Tak pernah cukup ku membalas cinta ayah
bunda padaku.
Kakandaku dan adikku
Sumber inspirasi, Kebersamaan, dukungan, doa, kasih sayang, dan
perhatianmu padaku dalam hidupku
My Heart
Terima kasih atas kasih sayang, perhatian, dan kesabarannya yang
telah diberikan semoga engkau pilihan yang terbaik buatku dan masa
depanku
Sahabat Mesin 07’
satu senyum mengawali persahabatan satu canda mengawali
keakrapan, satu tawa menghapus kesedihan satu sapaan menghapus
kerinduan..Yang turut memberikan dukungan moril untuk terus ada
disampingku ketika harapan mulai redup
salam ku tuk sahabatku semua...
SANWACANA
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Dengan mengucapkan lafas hamdalah penulis panjatkan puji syukur kehadirat
Allah SWT yang telah memberikan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya. Shalawat
serta salam tidak lupa penulis panjatkan kepada junjungan nabi besar Muhammad
SAW yang telah membimbing dan mengantarkan kita menuju zaman yang lebih
baik seperti sekarang, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang
berjudul “Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat Mekanik Dan Fisik Komposit
Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matrik Epoxy”. Skripsi ini merupakan salah satu
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Lampung.
Dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan
bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis
mengucapkan terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Lampung.
2. Bapak Harmen Burhanuddin, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
xii
3. Ibu Dr. Eng Shirley Savetlana, S.T.,M.Met selaku Pembimbing Utama Tugas
Akhir atas kesediaan dan keikhlasannya untuk memberikan dukungan,
bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Drs. Sugiyanto, M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaan
dan keikhlasannya untuk memberikan bimbingan, motivasi dan saran untuk
penyelesaian skripsi ini.
5. Bapak Nafrizal, S.T., M.T. selaku dosen Pembahas yang telah memberikan
masukan dalam penulisan laporan ini.
6. Bapak Harnowo Supriadi, S.T.,M.T. selaku anggota penguji yang telah
memberikan masukan dalam menulis laporan ini.
7. Bapak Drs. Sugiyanto, M.T. selaku dosen Pembimbing Akademik.
8. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang banyak memberikan ilmu
selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun
tauladan dan motivasi sehingga dapat kami jadikan bekal untuk terjun ke
tengah-tengah masyarakat.
9. Kepada Papa, Mama, dan Kakakku serta adikku yang imut, yang selalu
memberikan semangat, rasa percaya diri, dan juga doa-doanya buat saya.
Terima kasih telah menguatkan saya untuk tetap berdiri tegak menghadapi
semua permasalahan yang ada.
10. Tiara Luthfi Misfafu Soleha Calon S.Sc terima kasih untuk semangatnya
yang tanpa henti selalu memberikan dukungan dan semangat. Nasihat dan
saran yang ia berikan adalah hal yang menolong dan membuat saya untuk
xiii
11.Teman seperjuangan Imam Munandar (Kance) yang telah bersama-sama
jatuh bangun dalam menyelesaikan skripsi ini.
12.Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2007 : Ragil Kurniawan, Bakung Kuntowijayandanu, Akhmad Isnain Pulungan, Rahmat Ramadhan, Reza
Adhan, Jeffry A Hutauruk, Kak Chend, Meylia Rodiawati, Yahya Premana,
Asep Komti, Lamsihar, Desi Yanto Utomo, Acep (Ipul), Agus Kurniawan,
Joni Yanto, Indra Irawan, I Gede M, Kristopher, Bagus Rachmad Akbar,
Zanuardi, Ganjar dan Apridona, serta angkatan 2007 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih atas persahabatannya dan juga
bantuannya salam “SOLIDARITY FOREVER”.
13.Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu,
yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam penulisan laporan Tugas Akhir
ini untuk mencapai suatu kelengkapan dan kesempurnaan. Penulis juga
mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak.
Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis berharap laporan ini memberi
manfaat, baik kepada penulis khususnya maupun kepada pembaca pada
umumnya.
Bandar Lampung, Februari 2013
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR ISI ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvii
DAFTAR TABEL ... xx
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ... 1B. Tujuan ... 2
C. Manfaat Penelitian ... 3
D. Batasan Masalah ... 3
E. Sistematika Penulisan ... 4
II.KAJIAN PUSTAKA A. Serat Ijuk Aren ... 5
B. Komposit ... 7
C. Klasifikasi Komposit ... 15
a. Komposit serat (Fibrous Composites Material) ... 15
b. Komposit lapis (Laminated Composite Materials) ... 16
xv
d. Komposit partikel (Particulate Composites Materials) ... 17
D. Polimer Sebagai Matrik ... 21
E. Resin Epoxy ... 22
F. Katalis MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida) ... 23
G. Resin Polyester ... 24
H. Antarmuka/interface Matrik dan Penguat ... 26
I. Mekanisme Adhesi Pada Komposit ... 27
a. Adsorpsi dan Pembasahan ... 27
b. Mechanical Bonding ... 28
c. Ikatan Kimia ... 28
d. Interdifusi ... 29
J. Karakteristik Material Komposit ... 29
K. Pengujian Tarik ... 30
L. Kurva Tegangan – Regangan ... 31
M. Keuletan ... 33
N. Tegangan dan Regangan Sebenarnya ... 34
O. Pengamatan Dengan Scanning Electron Microscope (SEM) ... 35
III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat Penelitian ... 36
B. Bahan Yang Digunakan ... 36
C. Alat Yang Digunakan ... 37
D. Prosedur Percobaan ... 37
a. Survey Lapangan dan Study Literature ... 37
xvi
c. Proses Pencetakan Komposit ... 38
d. Proses Pembuatan Spesimen SEM ... 40
e. Pengujian Komposit ... 40
E. Alur Proses Pengujian ... 43
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A.Karakteristik Serat Ijuk ... 44
B.Hasil Uji Tarik ... 45
C.Hasil Uji SEM ... 60
V. SIMPULAN DAN SARAN A.Simpulan ... 63
B.Saran ... 64
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Sifat resin polyester ... 26
Tabel 2. Jumlah spesimen yang akan di uji ... 42
Tabel 3. Komposisi kimia serat ijuk ... 44
Tabel 4. Kekuatan tarik serat ijuk ... 44
Tabel 5. Data hasil uji tarik untuk resin epoxy murni ... 46
Tabel 6. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 30 mm ... 47
Tabel 7. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 60 mm ... 48
Tabel 8. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 90 mm ... 49
Tabel 9. Pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanis komposit berpenguat serat ijuk dengan matriks epoxy ... 49
Tabel 10. Perbandingan sifat mekanik epoxy dan poletilena densitas rendah (LDPE) ... 58
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Serat ijuk ... 5
Gambar 2. Pohon Aren ... 6
Gambar 3. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda ... 15
Gambar 4. Komposit serat ... 15
Gambar 5. Komposit lapis ... 16
Gambar 6. Komposit partikel ... 17
Gambar 7. Resin jenis YUKALAC 157 BQTN-EX ... 26
Gambar 8. Skematik Interface matrik – penguat ... 27
Gambar 9. Mekanisme mechanical bonding ... 28
Gambar 10. Mekanisme Ikatan kimia ... 28
Gambar 11. Mekanisme interdifusi ... 29
Gambar 12. Kurva tegangan-regangan tarik ... 32
Gambar 13. Spesimen untuk pengamatan dengan SEM ... 35
Gambar 14. Cetakan spesimen uji tarik ... 38
Gambar 15. Geometri dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik ASTM D 638 ... 39
Gambar 16. Skema alat pengujian tarik dengan UTM ... 40
Gambar 17. Kurva tegangan dan regangan untuk epoxy murni ... 45
Gambar 18. Kurva tegangan dan regangan komposit dengan panjang serat 30 mm ... 46
xviii
Gambar 20. Kurva tegangan dan regangan komposit dengan panjang serat 90 mm ... 48
Gambar 21. Tegangan tarik terhadap komposit panjang serat ... 50
Gambar 22. Nilai tegangan tarik bahan komposit ... 51
Gambar 23. Regangan tarik terhadap komposit panjang serat ... 52
Gambar 24. Nilai regangan tarik bahan komposit ... 52
Gambar 25. Modulus elastisitas terhadap komposit panjang serat ... 53
Gambar 26. Nilai modulus elastisitas bahan komposit ... 54
Gambar 27. Aspect Ratio pada serat ijuk ... 56
Gambar 28. Mekanisme chemical bonding ... 58
Gambar 29. Permukaan patahan komposit panjang serat ijuk 30 mm ... 60
Gambar 30. Permukaan patahan komposit panjang serat ijuk 60 mm ... 60
Gambar 31. Permukaan patahan komposit panjang serat ijuk 90 mm ... 61
Gambar 32. Serat ijuk dengan panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm ... Lamp. B
Gambar 33. Serat ijuk dengan panjang 30 mm ... Lamp. B
Gambar 34. Serat ijuk dengan panjang 60 mm ... Lamp. B
Gambar 35. Serat ijuk dengan panjang 90 mm ... Lamp. B
Gambar 36. Jangka sorong untuk mengukur komposit ... Lamp. B
Gambar 37. Cetakan untuk pembuatan komposit ... Lamp. B
Gambar 38. Resin epoxy dan hardener ... Lamp. B
Gambar 39. Gelas ukur ... Lamp. B
Gambar 39. Pengaduk untuk mengaduk resin epoxy dan hardener
hingga menyatu ... Lamp. B
Gambar 40. Timbangan digital ... Lamp. B
xix
Gambar 42. Stopwacth untuk menghitung lamanya proses curing
selama pengovenan ... Lamp. B
Gambar 43. Universal Testing Machine (UTM) untuk pengujian tarik ... Lamp. B
Gambar 44. Hasil uji tarik untuk epoxy murni ... Lamp. B
Gambar 45. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 30 mm ... Lamp. B
Gambar 46. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 60 mm ... Lamp. B
I.
PENDAHULUAN
A.Latar Belakang
Perkembangan teknologi beberapa dekade ini membuat berbagai industri
konstruksi pada suatu negara semakin maju pesat. Seiring dengan itu maka
kebutuhan akan material atau bahan semakin meningkat pula. Dengan semakin
mahalnya harga material logam dikarenakan tingginya biaya proses pembuatan
logam, maka para konsumen mulai beralih kepada material non-logam seperti
komposit. Jika ditinjau dari harga bahan baku dan biaya proses produksinya,
maka material komposit relatif lebih murah dibanding material logam.
Dalam industri manufaktur dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat baik
yang sulit didapat seperti logam. Komposit merupakan material alternative yang
dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Material komposit adalah
gabungan dari penguat (reinforment) dan matriks. Kelebihan material komposit
jika dibandingkan dengan logam adalah memiliki sifat mekanik yang baik, tidak
mudah korosi, bahan baku yang mudah diperoleh dengan harga yang lebih murah,
2
Komposit serat alam memiliki keunggulan lain bila dibandingkan dengan serat
gelas, komposit serat alam lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi
secara alami dan harganya pun lebih murah dibandingkan serat gelas. Sedangkan
serat kaca sukar terdegradasi secara alami. Selain itu kaca juga menghasilkan gas
dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika gelas didaur ulang, sehingga perlu
adanya bahan alternatif pengganti serat gelas tersebut.
Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui
kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serat alam lainnya. Serat ijuk
diperoleh dari pohon aren (Arenga pinmata Merr), serat ini banyak digunakan
dalam industri-industri mebel dan kerajinan rumah tangga karena mudah didapat
dan murah.
Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan diatas maka peneltian ini dilakukan
untuk mendapatkan data tentang sifat mekanis dan mekanisme kegagalan
komposit berpenguat serat ijuk dengan melakukan uji tarik.
B.Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengetahui kekuatan tarik komposit serat ijuk dengan panjang serat 30
mm, 60 mm, dan 90 mm.
2. Mengetahui struktur ikatan komposit yang berpenguat serat ijuk dan analisa
3
C.Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi peneliti ini berguna untuk menambah pengetahuan dan wawasan
tentang material komposit.
2. Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat mengembangkan aspek
ilmu pengetahuan tentang material teknik.
3. Bagi akademik, penelitian ini berguna sebagai referensi tentang komposit
serat alam.
4. Dengan hasil yang dicapai maka akan bisa digunakan untuk memberikan
sumbangsih khususnya komposit dengan penguat serat ijuk.
D.Batasan Masalah
Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini dibatasi dalam beberapa hal
sebagai berikut :
a. Spesimen berasal dari bahan alami yang berupa serat ijuk dari pohon aren
b. Pembuatan komposit menggunakan serat ijuk dengan panjang 30 mm, 60
mm, dan 90 mm secara acak.
c. Pengujian sifat mekanik berupa uji tarik (tension test) dan pengamatan
struktur ikatan dengan scanning electron microscope (SEM).
d. Penggunaan serat ijuk dengan berdiameter 3 mm.
4
E.Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir
ini adalah sebagai berikut : I Pendahuluan, pada bab ini menguraikan tentang latar
belakang, tujuan dan manfaat, batasan masalah serta sistematika. II Teori Dasar,
berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung pembahasan
tentang studi kasus yang diambil, yaitu pengaruh panjang serat terhadap sifat
mekanik dan fisik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy. III
Metodologi, pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam
pelaksanaan penelitian. IV Hasil Dan Analisis, pada bab ini berisikan data-data
yang diperlukan dan pembahasan tentang studi kasus yang diteliti. V Simpulan
Dan Saran, pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran untuk hasil yang lebih
baik pada penelitian selanjutnya. Daftar Pustaka, berisikan literatur-literatur atau
referensi-referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan laporan
II. KAJIAN PUSTAKA
A.Serat Ijuk Aren
Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui
kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serat alam lainnya. Serat
berwarna hitam yang dihasilkan dari pohon aren memilki banyak keistimewaan
diantaranya : (a). Tahan lama, Bahwa serat ijuk aren mampu tahan lama dan tidak
mudah terurai. (b). Tahan terhadap asam dan garam air laut, Serat ijuk
merupakan salah satu serat yang tahan terhadap asam dan garam air laut, salah
satu bentuk pengolahan dari serat ijuk adalah tali ijuk yang telah digunakan oleh
nenek moyang kita untuk mengikat berbagai peralatan nelayan laut. (c).
Mencegah penembusan rayap tanah. Serat ijuk aren sering digunakan sebagai
bahan pembungkus pangkal kayu-kayu bangunan yang ditanam dalam tanah
untuk memperlambat pelapukan kayu dan mencegah serangan rayap.[1]
6
Keunggulan komposit serat ijuk dibandingkan dengan serat gelas adalah komposit
serat ijuk lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan
harganya pun lebih murah bila dibandingkan serat lain seperti serat gelas.
Sedangkan serat gelas sukar terdegradasi secara alami. Selain itu serat gelas juga
menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika serat gelas
didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti serat gelas
tersebut. Dalam industri manufaktur dibutuhkan material yang memiliki
sifat-sifat yang khusus dan khas yang sulit didapat dari material lain seperti logam.
Gambar 2. Pohon Aren
Serat ijuk adalah serat alam yang berasal dari pohon aren. Dilihat dari bentuk,
pada umumnya bentuk serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh
7
dan musim tempat serat tersebut tumbuh. Aplikasi serat ijuk masih dilakukan
secara tradisional, diantaranya digunakan sebagai bahan tali menali, pembungkus
pangkal kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk mencegah serangan
rayap, penahan getaran pada rumah adat karo, dan saringan air. Kegunaan
tersebut didukung oleh sifat ijuk yang elastis, keras, tahan air, dan sulit dicerna
oleh organisme perusak.[5]
B.Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat
mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran
tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan
karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit
mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses
pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen[1].
Bahan penguat komposit menggunakan serat, maka serat inilah yang akan
menentukan karakteristik material komposit, seperti : kekakuan, kekuatan serta
sifat-sifat mekanik lainnya. Seratlah yang menahan sebagian besar gaya-gaya
yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks bertugas melindungi dan
mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Salah satu keuntungan material
komposit adalah kemampuan material yang dapat diatur kekuatannya sesuai
dengan kehendak kita. Hal ini dinamakan tailoring properties dan ini adalah
8
lainnya. Selain itu komposit tahan terhadap korosi yang tinggi serta memiliki
ketahanan yang tinggi pula terhadap beban. Oleh karena itu, untuk bahan serat
digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matriks dipilih
bahan-bahan yang liat dan lunak.[22]
Material komposit adalah kombinasi antara dua atau lebih material atau serat
pembentuknya dan mempunyai sejumlah sifat yang tidak dimiliki oleh
masing-masing komponen. Serat yang diberikan dapat berupa serat sintesis atau serat
alam sebagai bahan penguat, hal ini untuk meningkatkan kekuatan mekanik pada
komposit. Penguat yang digunakan pada polimer, baik yang termoplastik maupun
termoseting pada umumnya dalam bentuk serat (fibre), benang (filament) dan
butiran/serbuk. Sifat mekanik dari komposit banyak ditentukan oleh penguatan
serta posisi. Dilain pihak, resin memiliki ketahanan terhadap bahan kimia dan
cuaca dan untuk menambah kekuatannya maka perlu diberi bahan penguat.
Perbandingan antara resin dan penguat merupakan faktor yang sangat penting
untuk menentukan sifat struktur komposit.[2]
Dalam penelitan yang dilakukan oleh Kuncoro Diharjo, Komposit alam adalah
material yang memiliki potensi yang baik untuk dikembangkan di Indonesia.
Mechanical bonding komposit yang diperkuat serat alam dapat ditingkatkan
dengan perlakuan kimia serat atau mengunakan coupling agent. Perlakuan kimia,
seperti perlakuan alkali, sering digunakan karena lebih ekonomis. Tujuan
penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat tarik
9
visual dilakukan untuk menyelidiki mekanisme perpatahan. Serat rami direndam
di dalam larutan alkali (5% NaOH) selama 0, 2, 4, dan 6 jam. Selanjutnya, serat
tersebut dicuci menggunakan air bersih dan dikeringkan secara alami.
Matrik yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester
157 BQTN dengan hardner MEKPO 1%. Komposit dibuat dengan metode cetak
tekan pada Vf = 35%. Semua spesimen dilakukan post cure pada suhu 62oC
selama 4 jam. Spesimen uji tarik dibuat mengacu pada standar ASTM D-638.
Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik dan perpanjangan diukur dengan
menggunakan extensometer. Penampang patahan diselidiki untuk
mengidentifikasi mekanisme perpatahannya. Hasil penelitian yang dilakukan
menunjukkan bahwa kekuatan dan regangan tarik komposit memiliki harga
optimum untuk perlakuan serat 2 jam, yaitu 190.27 Mpa dan 0.44%. Komposit
yang diperkuat serat yang dikenai perlakuan 6 jam memiliki kekuatan terendah.
Penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan selama 0 jam, 2
jam, dan 4 jam diklasifikasikan sebagai jenis patah slitting in multiple area.
Sebaliknya, penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 6 jam
memiliki jenis patah tunggal.
Kuncoro Diharjo menyimpulkan bahwa komposit yang diperkuat serat rami
dengan perlakuan 5% NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik dan regangan
terbesar, yaitu σ = 190.27 MPa dan ε = 0.44%. Semakin lama perlakuan serat
rami, maka modulus elastisitas kompositnya pun meningkat. Patahan komposit
10
selama 2 jam dapat dikalsifikasikan sebagai jenis patah banyak (splitting in
multiple area). Penampang patahan komposit yang diperkuat serat rami tanpa
perlakuan didominasi perilaku kegagalan fiber pull out. Namun pada komposit
yang diperkuat serat dengan perlakuan 5% NaOH, penampang patahannya
mengindikasikan tanpa adanya fiber pull out.[23]
Penelitian yang berjudul Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami
Epoxy Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis ini bertujuan untuk mendapatkan
karakteristik mekanik komposit serat alam khususnya serat rami dengan matriks
epoxy yang akan diaplikasikan sebagai bahan alternatif pada desain soket
prostesis. Pengujian komposit lamina serat rami epoxy mengacu standar
American Society for Testing Material (ASTM) D 3039/D 3039M untuk
pengujian tarik dan ASTM D 4255/D 4255M-83 untuk pengujian geser.
Serat rami yang digunakan adalah serat kontinyu dengan kode produksi 100% Ne
14’S, menggunakan matriks berupa Epoxy Resin Bakelite EPR 174 dan Epoxy
Hardener V-140. Metode pembuatan sampel uji komposit lamina dengan cara
hand lay up terhadap serat rami kontinyu pada suhu kamar. Hasil pengujian
karakteristik mekanik komposit serat rami epoxy akan dibandingkan dengan
standard ISO untuk bahan plastik/polymer yang diaplikasikan pada bidang
kesehatan, khususnya untuk Prosthetics dan Orthotics. Analisis dilengkapi dengan
hasil pengamatan berbantuan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk
11
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa
komposit lamina serat rami epoxy berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut
sebagai material alternatif dalam pembuatan soket prostesis atas lutut pada fraksi
volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik komposit lamina serat rami epoxy
longitudinal pada fraksi volume serat 40% yaitu tegangan tarik 232 MPa dan
modulus elastisitas 9,7 GPa, sedangkan pada fraksi volume serat 50% tegangan
tarik 260 MPa dan modulus elastisitas 11,23 GPa. Harga ini masih lebih besar
dibandingkan dengan harga referensi pada penelitian ini, yaitu bahan polimer
yang diaplikasikan di bidang kesehatan dengan harga minimal kekuatan tarik 80
MPa dan modulus elastisitas 3 GPa. Modus kegagalan yang terjadi pada komposit
lamina rami epoxy meliputi brittle failure (getas) untuk fraksi volume serat
10-30%, bonding dan deleminasi fraksi volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik
komposit lamina rami epoxy memenuhi persyaratan sebagai bahan soket prostesis,
mengacu pada Standard ISO: plastic/polymer for health application.[24]
Penelitian yang dilakukan oleh mahasiswa jurusan Teknik Material dan Metalurgi
ITS berjudul Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Aren (Arenga Pinata)
Dengan Matrik Polyester Terhadap Kekuatan Bending Dan Tarik. Pada tanaman
Aren tumbuh hampir disetiap daerah pesisir di Indonesia. Jumlahnya yang
melimpah dan tidak mengenal musim adalah beberapa keunggulan jika
dibandingkan dengan tanaman lain. Akan tetapi sangat disayangkan selama ini
tanama aren memiliki nilai ekonomis yang sangat rendah hanya niranya saja yang
memiliki nilai ekonomis, sedangkan bagaian tanaman yang lainnya terbuang
12
adalah memanfaatkan ijuk tanaman aren dan mencari kekuatan tarik dan bending
yang maksimal.
Ijuk tersebut akan dijadikan material komposit dengan menggunakan matriks
polyester, dimana ijuk akan berfungsi sebagai reinforcement. Ijuk tersebut
dipotong dengan ukuran panjang 1 cm dan kemudian dicampur dengan polyester,
kemudian dicetak menjadi lembaran komposit. Setelah itu , lembaran akan
dibentuk specimen uji tarik dan bending. Variabel yang digunakan dalam
penelitian ini adalah variasi volume serat aren. Fraksi volume yang akan
digunakan adalah 10%, 20%, 30%, 40%.
Dari hasil penelitian terlihat bahwa kekuatan tarik maksimal dimiliki oleh
komposit dengan fraksi volume 40% yang besarnya 13,72 GPa. Sedangkan
flexural modulus dan flexural strength tertinggi terjadi pada komposit dengan
fraksi volume 40 %, yang besarnya adalah 1268,98 GPa dan 62,76 GPa. Semakin
kecil fraksi volume serat aren, maka kekuatan tarik dan bending akan semakin
kecil.[25]
Kekuatan komposit serat rami dengan epoxy dengan variasi fraksi volume serat
(10%, 20%, 30%, 40%, 50%), menunjukkan perbandingan kekuatan pada fraksi
volume serat 40% dan 50%. Kekuatan tarik untuk komposit lamina serat rami
epoxy longitudinal pada fraksi volume serat 40% yaitu tegangan tarik 232 MPa
dan modulus elastisitas 9,7 GPa, sedangkan pada fraksi volume serat 50%
13
penelitian terhadap kekuatan tarik komposit dengan matriks polyester dengan
fraksi volume serat aren (10%, 20%, 30%, 40%), mempunyai kekuatan tarik
maksimal pada fraksi volume 40% yang besarnya 13,72 GPa. Semakin
kecil/sedikit fraksi volume serat aren, maka kekuatan tarik akan semakin kecil.[25]
Perbedaan hasil kedua penelitian ini tidak begitu jauh, dikarenakan jenis serat
yang digunakan berbeda dan matriks yang digunakan berbeda pula.
Ratni Kartini melakukan penelitan yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi
Komposit Polimer Berpenguat serat Alam. Polimer merupakan bahan yang
sangat bermanfaat dalam dunia teknik, khususnya dalam industri kontruksi.
Polimer sebgai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik berdiri sendiri,
misalnya sebagai perekat, pelapis, cat, dan segai glazur; maupun merupakan
gabungan dengna bahan lain membentuk komposit. Untuk aplikasi struktur yang
memerlukan kekuatan dan ketegaran, mengharuskan perbaikan sifat mekanik
polimer. Untuk kebutuhan tersebut, berkembanglah komposit polimer yang
disertai penguat oleh berbagai filler diantaranya serat alam. Penggunaan serat
alam antara lain serat ijuk dan serat pisang sebagai pengganti serat buatan dapat
menurunkan biaya produksi. Hal tersebut dapat dicapai karena serat alam murah
dan sumber dayanya dapat terus diperbaharui.
Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis komposit antara matriks polmer yaitu
epoxy dan polyester dengan bahan penguat (filler) serat alam yaitu serat ijuk dan
serat pisang, serta mempelajari sifat mekanik, struktur mikro dan sifat ternal
14
serat alam sebagai bajan penguat (filler) pada matriks polimer diharapkan dapat
meningkatkan sifat mekanik terutama kekuatan tarik (tensile strength) komposit
bila dibandingkan dengan matriks polimer.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa secara umum penambahan serat pada
matriks polimer menurunkan nilai kekuatan tarik bahan komposit, kecuali untuk
komposit bermatriks epoxy dengan penguat serat ijuk. Penambahan serat ijuk
pada komposit matriks epoxy dapat meningkatkan kekuatan tarik bahan yaitu
dengan pengisian serat ijuk tiga lapis menghasilkan kekuatan tarik tertinggi 45,44
MPa, lebih besar daripada komposit matriks epoxy yaitu 37,28 MPa. Sedangkan
penambahan serat pada matriks epoxy dengan penguat serat pisang tiga lapis
kekuatan tariknya terendah yaitu 30,47 MPa. Kekuatan tarik komposit matriks
polyester 56,74 MPa, sedangkan jika ditambahkan serat pisang dan serat ijuk
kekuatannya menjadi jauh lebih kecil. Kekuatan tarik yang terkecil jika ditambah
serat pisang tiga lapis yaitu 15,26 MPa, sedangkan jika ditambah serat ijuk tiga
lapis yaitu 22,18 MPa. Secara umum penambahan serat pada matriks polimer
menurunkan nilai kekerasan bahan komposit. Dari pengamatan strukturmikro
ternyata kurangnya ikatan antara serat dengan matriks polimer dan distribusi serat
pada matriks polimer mempengaruhi nilai kekuatan tarik dan nilai kekerasan
bahan komposit. Adanya pengisian serat pada matriks polimer mempengaruhi
15
C.Klasifikasi Komposit
Sesuai dengan definisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur-unsur
penyusun. Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik
[image:35.595.156.469.193.401.2]dalam bentuk serat, serpihan, partikel dan lapisan.
Gambar 3. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda
Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka komposit
dapat dibedakan atas beberapa bagian antara lain :
a. Komposit serat (Fibrous Composites Material)
Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan
dasar) yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin
sabagai bahan perekat.
[image:35.595.210.454.657.713.2]16
Komposit serat Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu
lamina atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Fiber
yang digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fibers, armid fibers (poly
aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak (chopped
strand mat) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam
bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
b. Komposit lapis (Laminated Composite Materials)
Komposit laminat, merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis
atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki
[image:36.595.159.484.385.571.2]karakterstik sifat sendiri.
Gambar 5. Komposit lapis[8]
Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang
diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glass yang sering
17
manipulasi makroskopis yang dilakukan yang tahan terhadap korosi, kuat
dan tahan terhadap temperatur.
c. Komposit serpihan
Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan
sebelumnya yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi
serat sejajar permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas
serpihan-serpihan yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau
dimasukkan kedalam matriks. Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari
serpihan adalah bentuknya besar dan data sehingga dapat disusun dengan
rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas
penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpih-serpih saling tumpang
tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan fluida
ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena penetrasi
atau perembesan.
d. Komposit partikel (Particulate Composites Materials)
Komposit partikel, komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu
butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen yang kita jumpai sebagai beton,
[image:37.595.217.458.657.729.2]senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.
18
Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan
partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama
dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban,
dan katalisator. Komposit partikel ini berbeda dengan jenis serat acak sehingga
bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan koheren
diantara fase partikel dan matriks yang menunjukkan sambungan yang baik.[18]
Pada umumnya komposit dibagi dalam tiga kelompok adalah : (a). Komposit
Matrik Polimer (Polymer Matrix composite – PMC) bahan ini merupakan bahan
komposit yang sering digunakan yang biasa disebut dengan Polimer Berpenguat
Serat (FRP – Fiber Reinforced Polymers or Plastis), bahan ini menggunakan
suatu polimer berdasar resin sebagai matriknya, seperti kaca, karbon dan aramid
(Kevlar) yang digunakan sebgai penguatnya. (b). Komposit Matrik Logam
(Metal Matrix Composite – MMC) ditemukan berkembang pada industri otomotif,
bahan ini menggunakan suatu logam seperti alumnium sebagai matrik dan
penguatnya dengan serat seperti silikon karbida. (c). Komposit Matrik Keramik
(Ceramic Matrix Composite – CMC) digunakan pada lingkungan bertemperatur
sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat
dengan serat pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon
karbida.
Pada umumnya komposit mengandung serat, baik serat pendek maupun serat
panjang yang dibungkus dengan matriks. Fungsi dari pada serat adalah menahan
19
melindunginya dari kerusakan baik mekanis maupun kimia. Selain daripada itu
matriks mendistribusikan beban kepada serat.[22]
Jenis-jenis serat dan contoh bahannya yang dapat digunakan sebagai penguat pada
material komposit secara umum yaitu : (a). Serat organik yaitu serat yang berasal
dari mahluk hidup dan tumbuh-tumbuhan, serta dapat didaur ulang secara alami,
contoh : sabut kelapa, ijuk, dan sabut kelapa sawit. (b). Serat anorganik yaitu
serat yang sukar untuk terdegradasi (didaur ulang) secara alami, contoh : asbes,
gelas, metal, dan keramik.
Serat-serat organik dan anorganik umumnya digunakan untuk memperoleh bahan
komposit serat. Serat organik seperti selulosa, propylene, dan serat grafit pada
umumnya dikarakteristik sebagai bahan yang ringan, lentur, elastik dan peka
terhadap panas, sedangkan serat anorganik seperti gelas dan keramik merupakan
serat yang paling tinggi kekuatannya serta tahan terhadap panas.
Aplikasi dan pemakaian bahwa komposit yang diperkuat dengan serat secara luas
dipakai industri otomotif, industri kapal terbang, industri kapal laut, peralatan
militer, dan industri perabotan rumah tangga. Hal ini menunjukkan
perkembangan pesat dari material komposit, karena mempunyai sifat unggul,
yaitu sebagai isolator yang baik. Ketahanannya baik terhadap air dan zat kimia.
Dengan demikian bahan komposit tidak dapat berkarat, anti rayap dan tahan
lembab. Bahan komposit alam umumnya berharga murah. Bahan komposit
20
Serat merupakan salah satu material rancang-bangun paling tua. Jute, flax dan
hemp telah digunakan untuk menghasilkan produk seperti tali tambang, cordage,
jaring, water hose dan container sejak dahulu kala. Serat tumbuhan dan binatang
masih digunakan untuk felts, kertas, sikat atau kain tebal. Industri serat dibagi
menjadi dua yaitu serat alam (dari tanaman, hewan dan sumber mineral) dan serat
sintetis. Banyak serat sintetis telah dikembangkan secara khusus untuk
menggantikan serat alam, karena serat sintetis sangat mudah diprediksi dan
ukurannya yang lebih seragam. Untuk tujuan di bidang teknik, serat gelas, serat
logam dan serat sintetis turunan bahan organik adalah yang paling banyak
digunakan. Nilon digunakan untuk belting, nets, pipa karet, tali, parasut, webbing,
kain balistik dan penguat dalam ban.
Serat sebagai penguat dalam struktur komposit mempunyai sifat-sifat sebagai
berikut: (a). Kekuatan (Strength), merupakan kemampuan material untuk
menahan beban tanpa mengalami kepatahan. (b). Kekakuan (Stiffness) yaitu
sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu materi. Banyak material yang kaku
memiliki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi dari pemasangan,
gravitasi, dan vibrasi pada saat pengoperasiannya. (c). Ketahanan korosi
(Corrosion Resistance) yaitu tidak cepat berkarat sehingga mempunyai massa
umur pakai yang panjang. (d). Ketahanan gesek/ aus (Wear Resistance). (e).
Berat (Weight) yaitu berat material yang berat dapat diubah menjadi ringan tanpa
mengurangi unsur-unsurnya. (f). Ketahanan lelah (Fatigue Life) merupakan
fenomena terjadinya kerusakan material karena pembebanan yang berulang-ulang.
21
tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan tegangan yang dibutuhkan untuk
menimbulkan perpatahan pada beban statik. (g). Meningkatkan konduktivitas
panas yaitu menambah laju perambatan panas pada padatan dengan aliran panas
yang mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.[5]
D.Polimer Sebagai Matrik
Matriks adalah bahan/material yang dipergunakan sebagai bahan pengikat bahan
pengisi namun tidak mengalami reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara
umum, matriks berfungsi sebagai : (a). Pelindung komposit dari
kerusakan-kerusakan, baik kerusakan secara mekanis maupun kimia. (b). Untuk
mentransfer beban dari luar ke bahan pengisi. (c). Untuk mengikat bahan pengisi
Secara umum, matriks dapat diklasifikasikan atas 4 jenis yaitu : (a). Termoplastik
yaitu suatu matriks dikatakan termoplastik apabila matriks tersebut dapat menjadi
lunak kembali apabila dipanaskan dan mengeras apabila didinginkan. Hal ini
disebabkan karena molekul matriks tidak mengalami ikat silang sehingga bahan
tersebut dapat didaur ulang kembali. (b). Termoset, Suatu matriks dikatakan
termoset apabila matriks tersebut tidak dapat didaur ulang kembali bila
dipanaskan. Hal ini disebabakan molekul matrks mengalami ikat silang, sehingga
bila matriks telah mengeras tidak dapat lagi dilunakan. (c). Elastomer
merupakan jenis polimer dengan elastisitas tinggi (d). Polimer Natural seperti
22
Resin adalah polimer dalam komposit sebagai matrik, yang mempunyai fungsi
sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada
komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh
komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi. Resin thermoset adalah
tipe system matrik yang paling umum dipakai sebagai material komposit. Mereka
menjadi popular penggunaanya dalam komposit dengan sejumlah alasan,
mempunyai kekuatan leleh yang cukup rendah, kemampuan interaksi dengan serat
yang bagus dan membutuhkan suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu juga
mempunyai harga yang lebih rendah daripada resin thermoplastis.[27]
E.Resin Epoxy
Resin epoxy termasuk ke dalam golongan thermosetting, sehingga dalam
pencetakan perlu diperhatikan hal sebagai berikut : (a). Mempunyai penyusutan
yang kecil pada pengawetan. (b). Dapat diukur dalam temperatur kamar dalam
waktu yang optimal. (c). Memiliki viskositas yang rendah disesuaikan dengan
material penyangga. (d). Memiliki kelengketan yang baik dengan material
penyangga. Karakter dari produksi rantai epoxy adalah kemampuan proses dan
derajat garis melintang. Pembuatan dari jaringan epoxy yang sangat bagus dengan
cara menambahkan katalis yang akan bereaksi dengan baik dengan struktur
jaringan, maka kemampuan mekanik dari epoxy tergantung dari tipe katalis yang
digunakan. Resin epoxy mengandung struktur epoxy atau oxirene. Resin ini
berbentuk cairan kental atau hampir padat, yang digunakan untuk material ketika
hendak dikeraskan. resin epoxy jika direaksikan dengan hardner yang akan
23
ruan dengan resin epoxy pada umumnya adalah senyawa poliamid yang terdiri
dari dua atau lebih rup amina. Curing time sistem epoxy bergantung pada
kereaktian atom hidrogen dalam senyawa amina.
Reaksi curing pada sistem resin epoxy secara eksotermis, berarti dilepaskan
sejumlah kalor pada proses curing berlangsung. Laju kecepatan proses curing
bergantung pada temperatur ruang. Untuk kenaikan temperatur 10oC, maka laju
kecepatan curing akan menjadi dua kali lebih cepat, sedangkan untuk penurunan
temperaturnya dengan besar yang sama, maka laju kecepatan curing akan turun
menjadi setengah dari laju kecepatan curing sebelumnya. Epoxy memiliki
ketahanan korosi yang lebih baik dari pada polyester pada keadaan basah, namun
tidak tahan terhadap asam. Epoxy mempunyai sifat ulet, elastis, tidak bereaksi
dengan sebagian besar bahan kimia dan mempunyai dimensi yang lebih stabil.
Epoxy bila diberi bahan penguat komposit epoxy mempunyai kekuatan lebih baik
dari dibandng resin lain.[27]
F. Katalis MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida)
Katalis adalah bahan yang digunakan untuk memulai dan mempersingkat reaksi
curing pada temperatur ruang. Katalis dapat menimbulkan panas saat curing
dalam hal ini dapat merusak produk yang dibuat. Katalis yang digunakan sebagai
proses curing dalam pembuatan papan yang berasal dari organic proxide seperti
methyl ethyl, ketone proxide dan acetyl acetone proxide. Dalam pembuatan bahan
komposit, campuran katalis sedikit maka papan serat yang dihasilkan akan lebih
24
Pada proses pencampuran resin polyester tersebut harus ditambahkan dengan
suatu katalis, pada penelitian ini katalis digunakan adalah katalis komersial atau
pesaran berupa MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida) yang fungsinya sebagai
zat curing yakni untuk mempersingkat waktu pengerasan dari resin polyester
tersebut. Jumlah katalis MEKPO juga berpengaruh terhadap sifat mekanik
komposit yang dihasilkan.[28]
G.Resin Polyester
Jenis perekat sintetis yang digunakan dalam industri papan serat maupun papan
partikel ada dua macam yaitu: Urea formaldehida dan Phenol formaldehida.
Perekat resin urea formaldehida biasanya digunakan untuk membuat jenis papan
yang pada aplikasinya digunakan didalam ruangan (interior) dan tidak
memerlukan ketahanan yang kuat terhadap cuaca. Keuntungan dari urea
formaldehida adalah harganya yang relatif murah, mudah dalam penuangan dan
proses pemotongan cepat dan tidak meninggalkan bekas warna pada papan yang
dihasilkan. Untuk papan yang memerlukan ketahanan terhadap cuaca atau
digunakan pada luar ruangan biasanya perekat yang digunakan adalah resin
phenol formaldehyde.[28]
Resin polyester tak jenuh merupakan salah satu jenis polimer termoset. Resin
polyester merupakan pilihan yang banyak digunakan dalam komposit modern.
Bahan ini memiliki ketahanan sifat mekanik yang baik ketika beroperasi pada
kondisi lingkungan yang panas maupun basah, ketahanan kimia yang baik,
25
dan memiliki pelekatan yang baik pada berbagai penguat. Keunggulan resin
polyester bila dibandingkan dengan resin lainnya adalah : (a). Matriks resin
polyester lebih keras. (b). Harganya yang lebih murah. (c). Mempunyai daya
tahan terhadap air, cuaca, dan pengaruh zat-zat kimia. Sifat-sifat fisik dari bahan
resin polyester yaitu : (a). Retakan baik. (b). Tahan terhadap bahan kimia. (c).
Pengerutan sedikit (saat curing)
Sifat-sifat mekanik resin polyester adalah sebagai berikut : (a). Temperatur
optimal 110oC-140oC. (b). Ketahanan dingin adalah baik secara relatif. (c). Bila
dimasukkan air mendidih untuk waktu yang lama, bahan akan retak atau pecah.
(d). Kemampuan terhadap cuaca baik. (e). Tahan terhadap kelembaban dan sinar
ultra violet.
Resin polyester merupakan resin yang sangat banyak dipergunakan pada
pembuatan komposit karena keunggulan resin tersebut jika dibandingkan dengan
resin yang lain. Keunggulan resin polyester dengan resin yang lain bla
dibandingkan adalah : (a). Matriks resin polyester lebih keras. (b).
Menghasilkan bahan yang transparan. (c). Bersifat kuat. (d). Mempunyai daya
tahan yang bak terhadap air, cuaca dan pengaruh zat-zat kimia. (e). Dapat
dilombinasi dengan semua tipe serat gelas. (f). Harganya yang lebih murah.
Resin jenis YUKALAC 157 BQTN-EX secara khusus cocok untuk proses
26
digunakan dalam pembuatan kapal nelayan, bak mandi, material bangunan, dan
[image:46.595.220.413.138.332.2]produk FRP lainnya.
Gambar 7. Resin jenis YUKALAC 157 BQTN-EX[14]
Tabel 1. Sifat resin polyester
Item Satuan Nilai tipikal Catatan Massa jenis gr/cm 1,23 0 – 90oC
Kekerasan Hv 40 Barcol/GYZJ 934-1
Suhu distorsi panas oC 70
Penyerapan air % 0,1888 24 jam
Suhu ruang % 0,466 7 hari
Kekuatan flexural Kgf/mm 9,4 Modulus flexural Kgf/mm 300 Daya rentang Kgf/mm 5,5 Modulus rentang Kgf/mm 300
Elongasi % 1,6
Kekuatan tarik maksimum (yield strengh)
Mpa 65
H. Antarmuka/interface Matrik dan Penguat
Interface merupakan batas pencampuran antara serat dan matrik. Interface matrik
[image:46.595.110.513.420.636.2]27
permukaan yang terbentuk diantara matriks dan penguat dan mengalami kontak
dengan keduanya dengan membuat ikatan antara keduanya untuk perpindahan
[image:47.595.139.482.193.315.2]beban.
Gambar 8. Skematik Interface matrik - penguat
Interface dari komposit sangat mempengaruhi karakteristik komposit, karena
Interface berpengaruh terhadap proses transfer beban antara matrik dan penguat.
Interface yang kuat memberikan kekuatan yang tinggi begitu juga sebaliknya.
I. Mekanisme Adhesi Pada Komposit
Interface atau antarmuka mempunya sifat fisik dan mekanik yang unik dan tidak
merupakan sifat masing-masing matriks maupun penguatnya, antarmuka
mempunyai ikatan yang bagus. Interface dapat dikontrol untuk mendapatkan sifat
mekanis yang bagus. secara umum terdapat beberapa teori tentang mekanisme
adhesi yaitu adsorpsi dan pembasahan, interdifusi, ikatan kima dan ikatan
mekanik, yang akan dijelaskan sebagai berikut :
a. Adsorpsi dan Pembasahan
Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu cairan berkumpul
diatas permukaan suatu benda padat atau suatu caiaran. Adsorpsi terjadi
Bonding Agent Matrik
28
apabila matrik membasahi permukaan serat sehingga terjadi suatu ikatan.
terjadinya pembasahan akibat adsorpsi apabila matrik memiliki energi
permukaan lebih rendah dibanding penguat serat.
b. Mechanical Bonding
Mekanisme penguncian (interlocking) terjadi antara 2 (dua) permukaan,
yaitu penguat dan matrik. Kondisi permukaan yang kasar dapat
menyebabkan interlocking yang terjadi semakin banyak dan mechanical
bonding menjadi semakin efektif. Ikatan menjadi efektif jika beban yang
diberikan paralel terhadap interface. Mekanisme mechanical bonding
[image:48.595.245.419.388.455.2]dapat diilustrasikan seperti pada gambar 9
Gambar 9. Mekanisme mechanical bonding
c. Ikatan Kimia
Ikatan kimia dibentuk oleh grup-grup yang bersifat kimia pada permukaan
penguat dan matrik. Kekuatan ikatan ditentukan oleh jumlah kimiawi
menurut luas dan tipe ikatan kimia itu sendiri. Ikatan kimia ini terbentuk
karena ada wetting agent.
[image:48.595.243.423.666.727.2]29
d. Interdifusi
Ikatan ini terbentuk antara dua permukaan polimer karena molekul
polimer dari satu permukaan berdifusi ke jaringan molekul pada
permukaan lain, seperti pada gambar 11. Kekuatan ikatan tergantung pada
jumlah molekul yang terlibat dan kekuatan ikatan antara molekul-molekul
tersebut.
Gambar 11. Mekanisme interdifusi
Interdifusi dapat terjadi apabila penguat dilapisi dengan polimer yang
bertindak sebagai bahan perangakai, karena danya interdifusi melalui
bahan perangkai tersebut, terbentuk daerah antara muka dengan ketebalan
tertentu yang memiliki sifat fisik, kimiawi dan sifat mekanis yang berbeda
dari sifat-sifat serat maupun resin.
J. Karakteristik Material Komposit
Salah satu faktor yang sangat penting dalam menentukan karakteristik material
komposit adalah perbandingan antara matriks dan serat. Sebelum melakukan
proses pencetakan komposit, terlebih dahulu dilakukan perhitungan perbandingan
30
Fraksi volume dapat dihitung dengan persamaan berikut [9]:
a. Massa komposit
Massa komposit dihitung dengan persamaan
Mc = mf + mm ... (1)
b. Massa jenis komposit
Massa jenis dihitung dengan persamaan
... (2)
c. Fraksi serat
... (3)
... (4)
Dimana mc = massa komposit (gr), mf = massa serat (gr), mm = massa matriks
(gr), = massa jenis komposit (gr/cm3), vc = volume komposit (cm3), Wf = fraksi
massa serat (%), Vf = fraksi volume serat (%), = massa jenis matriks (gr/cm3).
K.Pengujian Tarik
Kekuatan tarik (ultimate tensile strength) merupakan salah satu sifat penting suatu
material. Tujuan uji tarik dilakukan adalah mengetahui material tersebut liat atau
tidak dengan cara mengukur perpanjangnya. Kekuatan tarik adalah kemampuan
suatu material untuk menahan beban tarik. Hal ni diukur dari beban/gaya
maksmum berbanding terbalik dengan luas penampang bahan uji, dan memiliki
31
Uji tarik dilakukan dengan jalan memberikan beban pada kedua ujung spesimen
uji secara perlahan-lahan ditingkatkan hingga spesimen uji tersebut putus.
Dengan pengujian ini dapat diketahui : kekuatan tarik, beban luluh dan modulus
elastisitas (modulus young) tegangan, pengurangn luas penampang dan
pertambahan panjang.
Pengujian bertujuan untuk mengetahui regangan dan tegangan dari papan partikel
yang telah dibuat. Hasil dari pengujian ini adalah grafik beban terhadap
perpanjangan (elongasi).
Tegangan
... (5)
Regangan
... (6)
Modulus elastisitas
... (7)
Dimana : F = beban yang diberikan (N), A0 = luas penampang mula-mula (m2), L0
= panjang mula-mula, ΔL = pertambahan panjang (mm), σ = tegangan (Mpa), ε =
regangan (%), E = modulus elastisitas (Gpa).[16]
L.Kurva Tegangan – Regangan
Sebuah perubahan bentuk pada spesimen uji tarik ditunjukkan pada gambar 7.
32
beban. Efek ini disebut elastis linier. Jika beban ditiadakan, spesimen kembali ke
bentuk dan panjangnya semula.
Ketika beban mulai meningkat pada level tegangan tertentu, spesimen mengalami
perubahan bentuk permanen (plastis). Pada tingkatan itu, tegangan dan regangan
tidak lagi sebanding seperti pada daerah elastis. Tegangan di mana peristiwa ini
terjadi dikenal sebagai tegangan yield. Istilah tegangan yield juga digunakan
[image:52.595.198.429.306.504.2]untuk menetapkan tititk di mana tegangan dan regangan tidak lagi sebanding.
Gambar 12. Kurva tegangan-regangan tarik[18]
Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) adalah tegangan maksimum
yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya pepatahan (fracture).
Nilai kekuatan tarik maksimum ditentukan dari beban maksimum dibagi luas
penampang lintang awal.[20]
33
Keterangan rumus :
σmax : Tegangan tarik maksimum (N/mm2)
Pmax : Beban tarik maksimum (N)
Ao : Luas penampang awal (mm2)
Jika spesimen dibebani di luar kekuatan tarik maksimumnya, maka necking akan
terjadi. Sepanjang daerah necking luas penampang spesimen tidak lagi seragam
panjangnya dan lebih kecil di daerah necking itu. Ketika pengujian diteruskan,
tegangan teknik turun lebih lanjut dan spesimen akhirnya patah di daerah necking
itu. Tegangan teknik saat patah disebut sebagai tegangan patah atau putus.[18]
M. Keuletan
Keuletan adalah perilaku yang penting diamati selama uji tarik, ini adalah tingkat
deformasi plastis yang terjadi pada material sebelum patah. Ada dua ukuran
keuletan yang umum dipakai. Yang pertama total perpanjangan dari spesimen.[18]
... (9)
Keterangan rumus :
ε : Total perpanjangan spesimen (%)
L : Panjang setelah patah (mm)
Lo : Panjang mula-mula (mm)
Sedangkan ukuran keuletan/keliatan yang kedua adalah pengurangan luas
34
... (10)
Keterangan rumus :
q : Pengurangan luas penampang (%)
A : Luas penampang terkecil patahan (mm2)
Ao : Luas penampang mula-mula (mm2)
N.Tegangan dan Regangan Sebenarnya
Setelah titik tegangan maksimum, deformasi plastis menjadi terlokalisir (necking)
dan tegangan teknik (enginering stress) turun akibat reduks yang terlokalisir pada
luas penampang. Namun tegangan sesungguhnya (true stress) membesar karena
luas penampang mengecil. Kurva tegangan-regangan sesungguhnya didapat dari
konversi tegangan dan regangaan tarik dalam nilai yang sesungguhnya, dapat
diketahui dengan menggunakan persamaan berikut :
σt = (1 + ε)σ ... (11)
εt= ln(1 + ε) ... (12)
Keterangan rumus :
σt : Tegangan sesungguhnya (N/mm2)
εt : Regangan sesungguhnya
σ : Tegangan teknik (N/mm2)
35
O.Pengamatan Dengan Scanning Electron Microscope (SEM)
Pengamatan dengan scanning electron microscope (SEM) digunakan untuk
mengamati serat didalam matriks bersama dengan beberapa sifat ikatan antara
matriks dengan serat penguatnya. Cara untuk mendapatkan struktur mikro dengan
membaca berkas elektron, didalam SEM berkas elektron berupa noda kecil yang
umumnya 1µm pada permukaan spesimen diteliti berulang kali. Permukaan
spesimen diambil gambarnya dan dari gambar ini dianalisa keadaan atau
kerusakan spesimen. Pentingnya SEM adalah memberikan gambaran nyata dari
bagian kecil spesimen, yang artinya kita bisa menganalisa besar serat, kekasaran
[image:55.595.230.393.371.495.2]serat dan arah serat serta ikatan terhadap komponen matriksnya.[21]
Gambar 13. Spesimen untuk pengamatan dengan SEM
Keterangan gambar :
P : Panjang spesimen uji (mm)
t : Tinggi spesimen uji (mm)
l : Lebar Spesimen uji (mm)
p
III. METODOLOGI PENELITIAN
A.Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan di dua tempat, yaitu sebagai berikut :
a. Analisa struktur mikroskofis komposit (scanning electron microscope) di
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut
Teknologi Bandung (ITB), Bandung.
b. Pengujian kekuatan tarik di Sentra Teknologi Polimer (STP), PUSPITEK,
Serpong, Tangerang, Banten.
B.Bahan Yang Digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Air biasa.
b. Air aquades
c. Resin epoxy, yang berfungsi sebagai matrik dalam komposit.
d. Hardener, yang berfungsi sebagai untuk mempercepat proses pengerasan
pada komposit.
e. Serat ijuk sebagai bahan penguat komposit.
f. Mirror glaze digunakan untuk melapisi antara cetakan dengan komposit,
37
C.Alat Yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :
a. Cetakan dari pelat besi, dibuat sesuai dengan spesimen uji
b. Timbangan digital untuk mengukur massa pada resin dan serat ijuk
c. Alat bantu lain yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah
jangka sorong, gunting, gelas ukur, oven, gerinda, gergaji besi, mika tahan
panas, stopwatch, pengaduk dan amplas.
D.Prosedur Percobaan
Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan,
yaitu :
a. Survey Lapangan dan Study Literature
Pada penelitian ini, proses yang dilakukan adalah dengan mengumpulkan
![Gambar 5. Komposit lapis[8]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/457811.133108/36.595.159.484.385.571/gambar-komposit-lapis.webp)
![Gambar 12. Kurva tegangan-regangan tarik[18]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/457811.133108/52.595.198.429.306.504/gambar-kurva-tegangan-regangan-tarik.webp)
