DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Komposit Partikel ... 7
2. Komposit Laminat ... 7
3. Komposit Serpihan ... 8
4. Komposit Serat ... 8
5. Tempurung dan Partikel Tempurung Kelapa ... 12
6. Tipe Kegagalan Teknis menurut ASTM D-3039 ... 19
7. Skema Pengujian Bending ... 22
8. Furnace Listrik ... 30
9. Grinder METKON ... 31
10.Geometri Spesimen Uji Tarik (dalam mm) ... 31
11.Geometri Spesimen Uji Bending (dalam mm) ... 32
12.UTM (Universal Testing Machine) merk Gunt Hamburg ... 33
13.Pengujian Three Point Bending ... 34
14.Scanning Electron Microscope ... 35
15.Diagram Alir Proses Penelitian ... 36
16.Grafik Load Tarik Komposit Partikel tempurung kelapa ... 39
17.Grafik Kekuatan Tarik Komposit Partikel tempurung kelapa .... 40
18.Grafik Modulus elastisitas Komposit Partikel TK ... 41
19.Patahan spesimen uji tarik resin poliester ... 43
20.Patahan Tarik komposit 10% Partikel TK ... 43
21.Patahan Tarik komposit 15% Partikel TK ... 44
22.Patahan Tarik komposit 20% Partikel TK ... 44
23.Foto SEM Penampang Patahan Uji Tarik komposit 10% TK .... 45
24.Foto SEM Penampang Patahan Uji Tarik komposit 15% TK .... 46
25.Foto SEM Penampang Patahan Uji Tarik komposit 20% TK .... 48
26.Grafik Momen Bending Komposit Partikel TK ... 51
27.Grafik Kekuatan Bending Komposit Partikel TK ... 51
28.Patahan spesimen uji Bending resin poliester ... 53
viii
30.Patahan Bending komposit 15% Partikel TK ... 54
31.Patahan Bending komposit 20% Partikel TK ... 55
32.Foto SEM Penampang Patahan Bending komposit 10% TK ... 55
33.Foto SEM Penampang Patahan Bending komposit 15% TK ... 56
DAFTAR ISI
Halaman
Sanwacana ... i
Daftar Isi... iv
Daftar Tabel ... vi
Daftar Gambar ... vii
Daftar Simbol ... ix
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan Penelitian ... 3
C. Batasan Masalah ... 3
D. Sistematika Penulisan ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Komposit ... 5
B. Komposit Berdasarkan Bentuk Penguat yang Digunakan ... 7
C. Polimer Sebagai Matrik ... 8
1. Sifat Polimer ... 8
2. Jenis-Jenis Polimer ... 9
3. Resin Poliester Tak Jenuh ... 10
D. Tempurung Kelapa ... 11
E. Unsaturated Polyester Resin YUKALAC 157 BQTN-EX ... 15
iv
G. Mekanisme Kegagalan Komposit ... 19
H. Perhitungan Rasio Matrik Dan Penguat Pada Komposit ... 20
K. Pengujian Sifat Mekanik Komposit Partikel Tempurung Kelapa ... 21
1. Uji Bending ... 21
2. Uji Tarik ... 23
III. METODE PENELITIAN A. Tempat Penelitian ... 26
B. Bahan yang Digunakan ... 26
C. Alat yang Digunakan ... 27
D. Perbandingan Fraksi Volume ... 27
E. Prosedur Penelitian ... 28
1. Persiapan Partikel ... 28
2. Pencetakan Komposit dan Pressing ... 28
3. Post-Curing dan Finishing Spesimen Uji ... 29
4. Pengujian ... 33
F. Alur Proses Penelitian ... 36
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Kekuatan Tarik Komposit Partikel Tempurung Kelapa ... 37
B. Pengamatan Mekanisme Kegagalan Komposit Pada Uji Tarik ... 42
1. Pengamatan Secara Makro ... 42
2. Pengamatan Mikro Dengan SEM ... 45
C. Kekuatan Bending Komposit Partikel Tempurung Kelapa... 49
v
1. Pengamatan Secara Makro ... 53 2. Pengamatan Mikro Dengan SEM ... 55
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ... 60 B. Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
A. Perhitungan Massa Serat untuk Tiap Fraksi Volume
B. Grafik Hasil Uji Tarik , Report Hasil Uji Tarik & Uji Bending C. Spesimen Uji Tarik
DAFTAR PUSTAKA
1. Hamid, T.F.Z., Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah (LPDE) Terisi Tempurung Kelapa, USU, 2008. 2. (http://www.da.gov.ph/agribiz/coconut1.html).
3. www.SIPUK- bank sentral republic Indonesia/ Pengolahan Minyak Kelapa.hmtl.
4. www.SIPUK- bank sentral republic Indonesia/ Industri Pengolahan nata de coco.hmtl.
5. Santosa, Andasuryani, dan Yusriah,. Studi Sifat Fisik – Mekanik Tempurung Kelapa, Jurnal Teknologi Pertanian Andalas, Vol. 11. No. 1, Maret 2007.
6. Gibson, Ronald F.,Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill. Inc.New York,1994.
7. Vlakc Van Lawrance H. 1992. Ilmu dan Teknologi Bahan. Penerbit Erlangga. IKAPI: Jakarta.
8. Gurdal, dkk., Design and Optimization of Laminated Composite Material, John Wiley & Sons inc, New York, 1999.
9. Taurita, A.Y., Riani, A.O., dan Putra, K.H., Komposit Laminat Bambu Serat Woven Sebagai Bahan alternative Pengganti Fiber GlassPada Kulit Kapal, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2002.
10. Surdia, Tata., dkk., Pengetahuan Bahan Teknik. Cet 2. Pradnya Paramita, Jakarta, 1992.
11. Groover, Mikell. P., Fundamental of Modern Manufacturing: Materials, Proses and System, Prentice Hall, New Jersey, 1996.
13. Timings, L.R., Engineering Materials. Adisson Wesley Longman Limited, Singapura, 1998.
14. Jamasri, Diharjo K., dkk, Rekayasa dan Manufaktur Bahan Komposit Sandwich Berpenguat Serat Kenaf dengan Core Limbah Kayu Sengon Laut untuk Komponen Gerbong Kereta Api, Fakultas Teknik UNS, Penelitian, Dikti, Hibah Bersaing, 2005.
15. DOE Fuel and Apllicance Testing Laboratory (2008), Proxinste Analysis Of Coconut Shell.
16. Dumanauw. J.F. 1990. Mengenal Kayu. [ pika] Pendidikan Industri Kayu Atas: Semarang.
17. Anonim, Technical Data Sheet of Unsaturated Polyester YUKALAC 157 BQTN-EX, Justus Kimia Raya Industry, Jakarta.
18. K. Jayaraman, Compos. Sci. Technol., 63, 367 (2003).
19. R. Kahraman, S. Abbasi, and B. Abu-Sharkh, Int. J. Polym. Mater., 54, 483 (2005).
20. I.V. Weyenberg, T.C. Truong, B. Vangrimde, and I. Verpoest, Compos. A, 37, 1368 (2006)
21. S. Joseph, K. Joseph, and S. Thomas, Int. J. Polym. Mater., 55, 925 (2006). 22. Jamasri, Diharjo K., Gunesti W.H., Studi Perlakuan Alkali terhadap Sifat
Tarik Komposit Limbah Serat Sawit-Poliester, Proseding SNTTM-IV, Hotel Patra, UNUD, Bali, November 2005.
23. Anonim, ASTM D3039/D3039M: Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM Dictionary of Engineering Science and Technology Edition, 2000.
24. Diharjo, Kuncoro., Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas Maret, 2006.
25. Sapuan, S.M., Harimi, M., Mechanical Properties Of Epoxy/Coconut Shell Filler Particle Camposites, Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, Universiti Putra Malaysia, Malaysia, 2003.
27. Cheng, F.H., Static and Strength of Materials, Mc. Graw Hill Inc. New York, USA, 1997.
28. Anonim, ASTM D790-92: Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, ASTM Dictionary of Engineering Science and Technology, 1992.
29. Prasetio, Budi., Diharjo, Kuncoro., Kajian Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Bending Bahan Komposit Sabut Kelapa – Polyester, Seminar Teknoin 2006, Pengembangan Produk Berbasis Proses dan Manufaktur, Yogyakarta, 22 Juli 2006.
30. Haygreen, J.G dan J.L. Bowyer., Hasil Hutan dan Ilmu Kayu : Suatu Pengantar (Diterjemahkan oleh A. H. .Sucipto), Gadjahmada, Jogjakarta, 1982.
31. J.Takahshi, K.Utawa, I.Ohsawa, and N.Matsutsuka., Applicability of recycled CPRP to secondary part automobile, Journal Japan internasional SAMPE symposium , (2006-11) pp 195- 199.
DAFTAR SIMBOL
A Luas penampang spesimen (mm2)
b Tebal specimen uji (mm)
E Modulus Elastisitas (GPa)
Regangan
tu
F Kekuatan Tarik Maksimum (MPa)
L Panjang Span (mm)
i
l Panjang specimen setelah diuji (mm)
o
l Panjang specimen sebelum diuji (mm)
m Slope tangent (N/mm)
M Momen Bending Maksimum (Nmm)
Mc Massa Komposit (gr)
Mf Massa penguat (gr)
Mm Massa matrik (gr)
P Beban (N)
Pmax Beban Maksimum (N)
vc Volume komposit (cm3)
vf Volume penguat (cm3)
x
Vf Fraksi Volume Penguat
Wf Fraki Massa penguat
f
Densitas penguat (gr/cm3)
m
Densitas matrik (gr/cm3)
b
Kekuatan putus bahan tali kawat baja (MPa)
l
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Komposisi Unsur-unsur Kimia Tempurung Kelapa ... 12
2. Komposisi Senyawa Kimia Menurut Golongan Kay u ... 12
3. Sifat Resin Poliester Tak Jenuh Yukalac 157 BQTN-EX ... 16
4. Sifat Resin Setelah Cast-cured ... 16
5. Jumlah Spesimen Uji Komposit ... 32
6. Jumlah Spesimen Uji Resin Murni ... 32
7. Hasil uji tarik Resin Poliester tak Jenuh YUKALAC 157 BQTN-EX ... 38
8. Hasil uji tarik komposit partikel Tempurung kelapa ( perbandingan volume 90%:10% ) ... 38
9. Hasil uji tarik komposit partikel Tempurung kelapa ( perbandingan volume 85%:15% ) ... 38
10.Hasil uji tarik komposit partikel Tempurung kelapa ( perbandingan volume 80%:20% ) ... 38
11.Mekanisme kegagalan dominan yang terjadi pada penampang pataah uji tarik ... 48
12.Hasil uji bending Resin Poliester tak Jenuh YUKALAC 157 BQTN-EX ... 49
13.Hasil uji bending komposit partikel Tempurung kelapa ( perbandingan volume 90%:10%) ... 50
14.Hasil uji bending komposit partikel Tempurung kelapa ( perbandingan volume 85%:15%) ... 50
15.Hasil uji bending komposit partikel Tempurung kelapa ( perbandingan volume 80%:20%) ... 50
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Komposit Partikel ... 7
2. Komposit Laminat ... 7
3. Komposit Serpihan ... 8
4. Komposit Serat ... 8
5. Tempurung dan Partikel Tempurung Kelapa ... 12
6. Tipe Kegagalan Teknis menurut ASTM D-3039 ... 19
7. Skema Pengujian Bending ... 22
8. Furnace Listrik ... 30
9. Grinder METKON ... 31
10.Geometri Spesimen Uji Tarik (dalam mm) ... 31
11.Geometri Spesimen Uji Bending (dalam mm) ... 32
12.UTM (Universal Testing Machine) merk Gunt Hamburg ... 33
13.Pengujian Three Point Bending ... 34
14.Scanning Electron Microscope ... 35
15.Diagram Alir Proses Penelitian ... 36
16.Grafik Load Tarik Komposit Partikel tempurung kelapa ... 39
17.Grafik Kekuatan Tarik Komposit Partikel tempurung kelapa .... 40
18.Grafik Modulus elastisitas Komposit Partikel TK ... 41
19.Patahan spesimen uji tarik resin poliester ... 43
20.Patahan Tarik komposit 10% Partikel TK ... 43
21.Patahan Tarik komposit 15% Partikel TK ... 44
22.Patahan Tarik komposit 20% Partikel TK ... 44
23.Foto SEM Penampang Patahan Uji Tarik komposit 10% TK .... 45
24.Foto SEM Penampang Patahan Uji Tarik komposit 15% TK .... 46
25.Foto SEM Penampang Patahan Uji Tarik komposit 20% TK .... 48
26.Grafik Momen Bending Komposit Partikel TK ... 51
27.Grafik Kekuatan Bending Komposit Partikel TK ... 51
28.Patahan spesimen uji Bending resin poliester ... 53
viii
30.Patahan Bending komposit 15% Partikel TK ... 54
31.Patahan Bending komposit 20% Partikel TK ... 55
32.Foto SEM Penampang Patahan Bending komposit 10% TK ... 55
33.Foto SEM Penampang Patahan Bending komposit 15% TK ... 56
DAFTAR ISI
Halaman
Sanwacana ... i
Daftar Isi... iv
Daftar Tabel ... vi
Daftar Gambar ... vii
Daftar Simbol ... ix
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan Penelitian ... 3
C. Batasan Masalah ... 3
D. Sistematika Penulisan ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Komposit ... 5
B. Komposit Berdasarkan Bentuk Penguat yang Digunakan ... 7
C. Polimer Sebagai Matrik ... 8
1. Sifat Polimer ... 8
2. Jenis-Jenis Polimer ... 9
3. Resin Poliester Tak Jenuh ... 10
D. Tempurung Kelapa ... 11
E. Unsaturated Polyester Resin YUKALAC 157 BQTN-EX ... 15
iv
G. Mekanisme Kegagalan Komposit ... 19
H. Perhitungan Rasio Matrik Dan Penguat Pada Komposit ... 20
K. Pengujian Sifat Mekanik Komposit Partikel Tempurung Kelapa ... 21
1. Uji Bending ... 21
2. Uji Tarik ... 23
III. METODE PENELITIAN A. Tempat Penelitian ... 26
B. Bahan yang Digunakan ... 26
C. Alat yang Digunakan ... 27
D. Perbandingan Fraksi Volume ... 27
E. Prosedur Penelitian ... 28
1. Persiapan Partikel ... 28
2. Pencetakan Komposit dan Pressing ... 28
3. Post-Curing dan Finishing Spesimen Uji ... 29
4. Pengujian ... 33
F. Alur Proses Penelitian ... 36
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Kekuatan Tarik Komposit Partikel Tempurung Kelapa ... 37
B. Pengamatan Mekanisme Kegagalan Komposit Pada Uji Tarik ... 42
1. Pengamatan Secara Makro ... 42
2. Pengamatan Mikro Dengan SEM ... 45
C. Kekuatan Bending Komposit Partikel Tempurung Kelapa... 49
v
1. Pengamatan Secara Makro ... 53 2. Pengamatan Mikro Dengan SEM ... 55
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ... 60 B. Saran ... 62
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
A. Perhitungan Massa Serat untuk Tiap Fraksi Volume
B. Grafik Hasil Uji Tarik , Report Hasil Uji Tarik & Uji Bending C. Spesimen Uji Tarik
DAFTAR PUSTAKA
1. Hamid, T.F.Z., Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah (LPDE) Terisi Tempurung Kelapa, USU, 2008. 2. (http://www.da.gov.ph/agribiz/coconut1.html).
3. www.SIPUK- bank sentral republic Indonesia/ Pengolahan Minyak Kelapa.hmtl.
4. www.SIPUK- bank sentral republic Indonesia/ Industri Pengolahan nata de coco.hmtl.
5. Santosa, Andasuryani, dan Yusriah,. Studi Sifat Fisik – Mekanik Tempurung Kelapa, Jurnal Teknologi Pertanian Andalas, Vol. 11. No. 1, Maret 2007.
6. Gibson, Ronald F.,Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill. Inc.New York,1994.
7. Vlakc Van Lawrance H. 1992. Ilmu dan Teknologi Bahan. Penerbit Erlangga. IKAPI: Jakarta.
8. Gurdal, dkk., Design and Optimization of Laminated Composite Material, John Wiley & Sons inc, New York, 1999.
9. Taurita, A.Y., Riani, A.O., dan Putra, K.H., Komposit Laminat Bambu Serat Woven Sebagai Bahan alternative Pengganti Fiber GlassPada Kulit Kapal, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2002.
10. Surdia, Tata., dkk., Pengetahuan Bahan Teknik. Cet 2. Pradnya Paramita, Jakarta, 1992.
11. Groover, Mikell. P., Fundamental of Modern Manufacturing: Materials, Proses and System, Prentice Hall, New Jersey, 1996.
13. Timings, L.R., Engineering Materials. Adisson Wesley Longman Limited, Singapura, 1998.
14. Jamasri, Diharjo K., dkk, Rekayasa dan Manufaktur Bahan Komposit Sandwich Berpenguat Serat Kenaf dengan Core Limbah Kayu Sengon Laut untuk Komponen Gerbong Kereta Api, Fakultas Teknik UNS, Penelitian, Dikti, Hibah Bersaing, 2005.
15. DOE Fuel and Apllicance Testing Laboratory (2008), Proxinste Analysis Of Coconut Shell.
16. Dumanauw. J.F. 1990. Mengenal Kayu. [ pika] Pendidikan Industri Kayu Atas: Semarang.
17. Anonim, Technical Data Sheet of Unsaturated Polyester YUKALAC 157 BQTN-EX, Justus Kimia Raya Industry, Jakarta.
18. K. Jayaraman, Compos. Sci. Technol., 63, 367 (2003).
19. R. Kahraman, S. Abbasi, and B. Abu-Sharkh, Int. J. Polym. Mater., 54, 483 (2005).
20. I.V. Weyenberg, T.C. Truong, B. Vangrimde, and I. Verpoest, Compos. A, 37, 1368 (2006)
21. S. Joseph, K. Joseph, and S. Thomas, Int. J. Polym. Mater., 55, 925 (2006). 22. Jamasri, Diharjo K., Gunesti W.H., Studi Perlakuan Alkali terhadap Sifat
Tarik Komposit Limbah Serat Sawit-Poliester, Proseding SNTTM-IV, Hotel Patra, UNUD, Bali, November 2005.
23. Anonim, ASTM D3039/D3039M: Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM Dictionary of Engineering Science and Technology Edition, 2000.
24. Diharjo, Kuncoro., Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Sebelas Maret, 2006.
25. Sapuan, S.M., Harimi, M., Mechanical Properties Of Epoxy/Coconut Shell Filler Particle Camposites, Department of Mechanical and Manufacturing Engineering, Universiti Putra Malaysia, Malaysia, 2003.
27. Cheng, F.H., Static and Strength of Materials, Mc. Graw Hill Inc. New York, USA, 1997.
28. Anonim, ASTM D790-92: Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, ASTM Dictionary of Engineering Science and Technology, 1992.
29. Prasetio, Budi., Diharjo, Kuncoro., Kajian Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Bending Bahan Komposit Sabut Kelapa – Polyester, Seminar Teknoin 2006, Pengembangan Produk Berbasis Proses dan Manufaktur, Yogyakarta, 22 Juli 2006.
30. Haygreen, J.G dan J.L. Bowyer., Hasil Hutan dan Ilmu Kayu : Suatu Pengantar (Diterjemahkan oleh A. H. .Sucipto), Gadjahmada, Jogjakarta, 1982.
31. J.Takahshi, K.Utawa, I.Ohsawa, and N.Matsutsuka., Applicability of recycled CPRP to secondary part automobile, Journal Japan internasional SAMPE symposium , (2006-11) pp 195- 199.
DAFTAR SIMBOL
A Luas penampang spesimen (mm2)
b Tebal specimen uji (mm)
E Modulus Elastisitas (GPa)
Regangan
tu
F Kekuatan Tarik Maksimum (MPa)
L Panjang Span (mm)
i
l Panjang specimen setelah diuji (mm)
o
l Panjang specimen sebelum diuji (mm)
m Slope tangent (N/mm)
M Momen Bending Maksimum (Nmm)
Mc Massa Komposit (gr)
Mf Massa penguat (gr)
Mm Massa matrik (gr)
P Beban (N)
Pmax Beban Maksimum (N)
vc Volume komposit (cm3)
vf Volume penguat (cm3)
x
Vf Fraksi Volume Penguat
Wf Fraki Massa penguat
f
Densitas penguat (gr/cm3)
m
Densitas matrik (gr/cm3)
b
Kekuatan putus bahan tali kawat baja (MPa)
l
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 1. Komposisi Unsur-unsur Kimia Tempurung Kelapa ... 12 2. Komposisi Senyawa Kimia Menurut Golongan Kay u ... 12 3. Sifat Resin Poliester Tak Jenuh Yukalac 157 BQTN-EX ... 16 4. Sifat Resin Setelah Cast-cured ... 16 5. Jumlah Spesimen Uji Komposit ... 32 6. Jumlah Spesimen Uji Resin Murni ... 32 7. Hasil uji tarik Resin Poliester tak Jenuh YUKALAC
157 BQTN-EX ... 38 8. Hasil uji tarik komposit partikel Tempurung kelapa
( perbandingan volume 90%:10% ) ... 38 9. Hasil uji tarik komposit partikel Tempurung kelapa
( perbandingan volume 85%:15% ) ... 38 10.Hasil uji tarik komposit partikel Tempurung kelapa
( perbandingan volume 80%:20% ) ... 38 11.Mekanisme kegagalan dominan yang terjadi pada
penampang pataah uji tarik ... 48 12.Hasil uji bending Resin Poliester tak Jenuh YUKALAC
157 BQTN-EX ... 49 13.Hasil uji bending komposit partikel Tempurung kelapa
( perbandingan volume 90%:10%) ... 50 14.Hasil uji bending komposit partikel Tempurung kelapa
( perbandingan volume 85%:15%) ... 50 15.Hasil uji bending komposit partikel Tempurung kelapa
( perbandingan volume 80%:20%) ... 50 16.Mekanisme kegagalan dominan yang terjadi pada
ABSTRAK
ANALISIS PENGARUH VARIASI FRAKSI VOLUME TERHADAP KEKUATAN TARIK DAN BENDING KOMPOSIT
PARTIKEL TEMPURUNG KELAPA - POLYESTER Oleh
BERTHONI CHANDRA
Komposit terdiri dari dua bahan penyusun, yaitu bahan utama sebagai bahan pengikat (matrik) dan penguat (reinforcement). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh variasi fraksi volume terhadap kekuatan tarik dan bending serta menganalisis kegagalan yang terjadi pada penampang patahan specimen uji. Pada penelitian ini menggunakan resin unsaturated polyester Yukalac® 157 BQTN-EX dan partikel tempurung kelapa. Ukuran partikel yang digunakan 0,425 – 0,595 mm berdasarkan standar ASTM C136. Partikel diberi perlakuan alkali 5% NaOH selama 2 jam guna mendapatkan permukaan penguat yang bersih dan dikeringkan. Partikel tempurung kelapa dicampur dengan resin untuk dibuat komposit dengan variasi fraksi volume 10%, 15%, dan 20%. Setelah itu pada komposit dilakukan post-cure pada temperatur 620C selama 4 jam. Pengujian yang dilakukan uji tarik, uji bending, dan pengamatan SEM.
Hasil penelitian menunjukkan kekuatan tarik dan bending meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi volume partikel tempurung kelapa. Kekuatan tarik tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume 20% partikel sebesar 29,06 MPa dan kekuatan tarik terendah ada pada komposit dengan fraksi volume 10% sebesar 13,39 MPa. Kekuatan bending tertinggi terdapat pada komposit dengan fraksi volume 20% partikel sebesar 61,69 MPa dan kekuatan bending terendah ada pada komposit dengan fraksi volume 10% sebesar 47,006 MPa. Dibandingkan dengan resin murni, partikel tempurung kelapa mampu meningkatkan kekuatan tarik dan bending pada komposit.
Pada pengamatan penampang patahan spesimen yang telah dilakukan uji tarik dan bending dengan SEM (Scanning Electron Microscope), masih terdapat kegagalan pull out dan debonding pada setiap penampang patahan spesimen uji menunjukan kekuatan bonding antara matrik dan partikel masih kurang maksimal, fiber breaking pada penampang patahan meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi volume, fiber breaking terjadi karena penguat dan matrik secara bersamaan dalam menahan beban saat dilakukan pengujian.
III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Jurusan Teknik Mesin, Laboratorium Mekanik Politeknik Negeri Sriwijaya.
B. Bahan yang Digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Resin poliester tak jenuh YUKALAC 157 BQTN_EX, yang berfungsi sebagai matrik dalam komposit.
2. Partikel tempurung kelapa digunakan sebagai bahan penguat komposit. 3. Katalis, MEKPO (Metil Etil Keton dan Peroksida) untuk mempercepat
proses pengerasan komposit.
4. Mirror Glaze yang berfungsi sebagai pelapis antara cetakan dengan komposit, sehingga komposit dapat dengan mudah dilepas dari cetakannya.
5. Larutan alkali 5 % NaOH, untuk mengurangi lignin, wax, minyak dan kotoran yang melekat pada partikel tempurung kelapa.
27
C. Alat yang Digunakan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Universal Testing Machine (UTM), untuk pengujian tarik dan pengujian bending.
2. Scanning Electron Microscope (SEM), untuk mengamati penampang patahan komposit hasil pengujian tarik.
3. Furnace listrik, untuk proses post-curing komposit. 4. Amplas dengan kekasaran 100, 1000, 2000.
5. Ayakan ASTM C136 untuk mendapatkan ukuran partikel 0,425 – 0.595 mm.
6. Cetakan dari bahan kaca, yang dibentuk sesuai geometri spesimen uji pada komposit.
7. Timbangan untuk mengukur massa pada resin dan partikel tempurung kelapa.
8. Jangka sorong untuk mengukur dimensi spesimen uji.
D. Perbandingan Fraksi Volume
Perbandingan fraksi massa spesimen yang diuji untuk ketiga jenis komposit yaitu:
28
E. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian dibagi menjadi 5 tahapan, yaitu : 1. Persiapan Partikel tempurung
2. Proses Pencetakan Komposit
3. Post-curing dan Finishing Spesimen Uji 4. Pengujian
5. Pengolahan data
1. Persiapan Partikel
Partikel yang digunakan pada penelitian ini adalah partikel tempurung kelapa. Langkah-langkah dalam persiapan partikel tempurung kelapa ini adalah sebagai berikut :
a) Tempurung dihancurkan sampai menjadi partikel, kemudian diayak. b) Partikel tempurung kelapa direndam dalam larutan alkali 5% NaOH
selama 2 jam, kemudian dibersihkan dari larutan alkali dengan air aquades.
c) Partikel tempurung kelapa tersebut dikeringkan di tempat yang tidak terkena sinar matahari secara langsung sampai semua partikel kering.
2. Proses Pencetakan Komposit
Proses pembuatan komposit dilakukan dengan metode hand lay-up. Langkah-langkahnya sebagai berikut:
29
b) Langkah berikutnya adalah mencampurkan partikel tempurung kelapa dengan resin polyester sesuai dengan perbandingan massa yang telah ditentukan untuk tiap-tiap jenis komposit.
c) Membuat campuran resin dengan katalis perbandingannya 99 : 1, kemudian diaduk secara merata selama 5 menit agar gelembung udara yang terkandung dicampuran terlepas.
d) Tuangkan campuran tersebut ke dalam cetakan yang telah dibuat hingga penuh.
e) Biarkan hingga mengering selama ± 8 jam, dan keluarkan komposit dari cetakan.
3. Post-curing dan Finishing Spesimen Uji
Setelah spesimen dikeluarkan dari cetakan, kemudian dilakukan proses post-curing terhadap spesimen uji dengan menggunakan Furnace listrik seperti pada gambar 5 Temperatur yang digunakan pada proses Post-curing ini adalah 62 0C dengan waktu penahanan selama 4 jam [29].
Post-curing dimaksudkan untuk meningkatkan kekuatan interface komposit karena pada saat Post-curing terjadi pertumbuhan butiran matrik yang melebur menjadi satu dan saling mengikat kuat dengan partikel dan juga melepaskan gelembung yang masih terkandung di dalam komposit.
Langkah-langkah proses post-curing adalah : 1. Menyiapkan spesimen uji.
30
3. Menghubungkan aliran listrik Furnace dan memutar saklar ke posisi
”ON”.
4. Mengatur suhu yang diinginkan dengan kenaikan 5 0C per menit dan pada puncaknya ditahan selama empat jam.
5. Memutar saklar pada posisi ”OFF” setelah proses post-curing selesai.
6. Mengeluarkan spesimen uji dari Furnace listrik.
Gambar 8. Furnace listrik
31
Gambar 9.Grinder METKON
Standar yang digunakan untuk menghitung uji tarik yaitu ASTM D3039-00 1. Geometri Spesimen Uji Tarik ASTM D3039-00
Dimensi spesimen menurut ASTM D3039-00 ”Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials” dengan menggunakan ketebalan sebesar 3 mm, ditunjukkan pada gambar 10 di bawah ini.
Gambar 10. Geometri Spesimen Uji Tarik (dalam mm)
2. Geometri Spesimen Uji Bending ASTM D790-92
Dimensi spesimen menurut ASTM D790-92 ”Standard Test Method for flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical
250
25
50 50
32
[image:30.595.160.472.137.265.2]insulating Materials” dengan menggunakan ketebalan sebesar 3 mm, ditunjukkan pada gambar 11 di bawah ini.
Gambar 11. Geometri Spesimen Uji bending (dalam mm)
3. Jumlah Spesimen Uji
Spesimen uji untuk ketiga jenis komposit ini sebanyak 24 sampel, tiap jenis kompositnya ada 3 sampel dengan penggulangan pengujian sebanyak 3 kali untuk tiap perbandingan massa resin dengan partikel tempurung kelapa. Jumlah spesimen uji dapat dilihat pada tabel 14.
Tabel 5. Jumlah Spesimen Uji Komposit
No Jenis Pengujian
Komposit Dengan Perbandingan Polyester : Partikel tempurung kelapa 90% : 10% 85% : 15% 80% : 20%
1. Pengujian Tarik 3 3 3
2. Pengujian Flexural 3 3 3
Jumlah 6 6 6
Tabel 6. Jumlah Spesimen Uji Resin Murni
No Jenis Pengujian
Resin poliester tak jenuh YUKALAC 157 BQTN_EX
1. Pengujian Tarik 3
2. Pengujian Flexural 3
Jumlah 6
127
37,9 37,9
3
12,7
33
4. Pengujian
Setelah speismen uji selesai dibuat dapat dilakukan langsung pengujian, pengujian yang akan dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik dari komposit ini antara lain sebagai berikut:
a. Uji Tarik
Pengujian uji tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan suatu benda terhadap beban tarik. Benda uji dijepit pada mesin uji kemudian beban statik dinaikkan secara bertahap sampai benda uji putus, besarnya beban dan pertambahan panjang dihubungkan langsung dengan plotter, sehingga diperoleh grafik antara beban dan pertambahan panjang.
Dari pengujian ini diperoleh tegangan luluh (ys), tegangan ultimate
(ult) dan modulus elastis (E). Selanjutnya sebelum pengujian diukur
panjang mula-mula dan setelah pengujian diukur pertambahan panjang benda uji setelah putus untuk mengetahui persentase elongation bahan dan didapat keuletan bahan (ductility).
[image:31.595.182.483.533.716.2]
Gambar 12.WP 310 Universal Material Testermerk Gunt Hamburg
SENSOR ELONGATION
34
b. Uji bending
[image:32.595.141.476.193.424.2]Prosedur pengujian Flexural ( bending ) menggunakan three point bending seperti pada gambar 9. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan kekuatan bending dan modulus elastisitas dari komposit partikel tempurung kelapa.
Gambar 13. Pengujian three point bending
c. SEM (Scanning Electron Microscope)
Setelah spesimen mengalami uji tarik, penampang patahan diamati dengan SEM. Pengamatan dilakukan terhadap salah satu spesimen uji tarik yang paling mewakili kegagalan uji. Pegamatan dengan SEM dilakukan untuk mengetahui mikrostruktur penampang patahan spesimen hasil pengujian tarik. Alat yang digunakan adalah seperti gambar 10.
Langkah-langkah pengambilan gambar dalam uji SEM adalah sebagai berikut: Menyiapkan spesimen uji yang akan dianalisis, kemudian
merekatkannya pada specimen holder (dolite, double sticky tape).
L/2 L/2
Spesimen Uji Bending
F
35
Spesimen yang telah dipasang diholder dibersihkan dengan hand
blower.
Spesimen dimasukkan dalam mesin couting untuk diberi lapisan tipis
berupa gold-poladium selama 4 menit.
Memasukkan spesimen ke dalam spesimen chamber.
Pengamatan dan pengambilan gambar pada layar SEM dengan
[image:33.595.148.478.336.569.2]mengatur pembesaran yang diinginkan. Pemotretan gambar SEM.
36
[image:34.595.114.507.82.728.2]F. Alur Proses Pengujian
Gambar 15. Diagram Alir Proses Penelitian Mulai
Persiapan matrik (resin + katalis)
Persiapan partikel tempurung kelapa
Persiapan cetakan
Perbandingan volume partikel tempurung kelapa dengan resin:
90 % : 10% 85 % : 15 % 80 % : 20 %
Pengujian Uji Tarik ASTM D3039
Pencetakan Komposit
Post Cure (Sintering) dan Persiapan Spesimen
Kesimpulan
Pengolahan dan Analisis Data Pengamatan Dengan SEM
Selesai
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Meningkatnya penggunaan dan pemanfaatan serat-serat alami sebagai penguat terhadap komposit dewasa ini semakin berkembang, hal ini dipengaruhi oleh biaya produksi serta persaingan pasar yang tinggi. Dengan demikian meningkatkan ketertarikan untuk melakukan penelitian dalam menggunakan limbah industri dan agrikultur sebagai bahan pengisi alternatif pada komposit polimer.
Dalam perkembangannya penelitian dibidang komposit lebih difokuskan pada komposit polimer yang diperkuat dengan bahan yang mengandung selulosa dan lignoselulosa seperti kayu, kelapa sawit, abu sekam padi yang merupakan sisa dari hasil pertanian maupun industri selain murah Penggunaan berbagai pengisi ini sebagai pengganti pengisi anorganik memberikan banyak kelebihan dalam aspek kehidupan serta menunjukkan peningkatan pada modulus young dan kekerasan pada komposit [1].
2
kelapa terbesar di dunia [2]. Dan menurut Badan Pusat Statistik Indonesia, Provinsi Lampung masuk dalam kategori 12 besar, provinsi yang menghasilkan produksi kelapa terbanyak se-Indonesia yaitu mencapai 111.411 Ton/tahun[3].
Berdasarkan studi pustaka, Lampung merupakan salah satu sentra industri penghasil nata de coco dimana limbah industri tersebut berupa tempurung kelapa yang banyaknya sekitar 181.000 – 196.000 butir perhari. Selain dari limbah industri, limbah berupa tempurung kelapa juga dihasilkan oleh rumah tangga[4].
Selain limbah tempurung kelapa mudah didapatkan di Provinsi Lampung, tempurung kelapa merupakan salah satu bahan alternatif penguat komposit alami yang berpotensi karena memiliki sifat modulus elastisitas dan kekuatan yang tinggi[4] dan hasil penelitian komposit partikel tempurung kelapa yang telah dilakukan kekuatan tarik dan bending masih dirasa kurang maksimal. Hal inilah yang melatar belakangi peneliti untuk melakukan penelitian terhadap komposit polimer dengan penguat alami berupa partikel tempurung kelapa dengan menggunakan resin polyester sebagai matrik dengan harapan mendapatkan kekuatan yang lebih baik.
3
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui Pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik dan kekuatan bending komposit berbahan penguat dengan partikel tempurung kelapa.
2. Menganalisis mekanisme kegagalan pada patahan komposit dengan SEM (Scanning Electron Microscope).
C. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini, yaitu:
1. Penelitian dilakukan secara eksperimental (uji tarik) dengan pengujian tarik standar ASTM D3039-00 dan pengujian bending standar ASTM D790-92.
2. Distribusi partikel tempurung kelapa pada komposit diasumsikan merata dan ikatan antara partikel dan matrik sempurna.
3. Partikel yang digunakan adalah partikel tempurung kelapa.
4. Pengamatan SEM dilakukan pada penampang patahan spesimen uji tarik. 5. Resin yang digunakan adalah resin poliester tak jenuh YUKALAC 157
4
D. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan dari penelitian ini adalah: BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri atas latar belakang, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang dasar teori mengenai hal-hal yang bekaitan dengan penelitian ini.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Terdiri atas hal-hal yang berhubungan dengan pelaksanaan penelitian, yaitu tempat penelitian, bahan penelitian, peralatan penelitian, prosedur pengujian dan diagram alir pelaksanaan penelitian.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan hasil penelitian dan pembahasan dari data-data yang diperoleh setelah pengujian.
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang ingin disampaikan dari penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan referensi - referensi yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Komposit
Gibson (1994) mendefinisikan bahwa komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun[6].
Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh [6]: 1. Material yang menjadi penyusun komposit
2. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun 3. Interaksi antar penyusun.
4. Rasio penguat terhadap matrik dalam komposit.
Ada dua hal yang perlu diperhatikan pada komposit yang diperkuat agar dapat membentuk produk yang efektif [7] yaitu:
6
bending dari resin murni sebesar 15,64 MPa, dari sini dapat tempurung kelapa layak sebagai penguat pada komposit.
2. Harus ada ikatan yang kuat antara komponen penguat dan matrik, penguatan ikatan ini dapat dilakukan dengan memodifikasi komposisi kimia pada penguat alam yang akan digunakan sebagai penguat pada komposit. Salah satu perlakuan yang dapat digunakan untuk memodifikasi komposisi kimia tersebut yaitu dengan memberikan perlakuan alkali (NaOH) pada penguat alam tersebut.
Pada umumnya komposit yang dibuat manusia dapat dibagi ke dalam tiga kelompok utama:
a. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC). Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) – Bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan disebut, Polimer Berpenguatan Serat (FRP – Fibre Reinforced Polymer) – bahan ini menggunakan suatu polimer-berdasar resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat seperti glass, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya.
b. Komposit Matrik Logam ( Metal Matrix Composites – MMC). Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) – ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti aluminium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida.
7
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 atau boron nitrida.
B. Komposit Berdasarkan Bentuk Penguat yang Digunakan
Berdasarkan penguat yang digunakan, komposit dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu [8]:
a. Komposit Partikel
Pada komposit partikel, bahan penguatnya berbentuk partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya seperti terlihat pada gambar 1. Mekanisme penguatannya bergantung kepada ukuran partikel.
Gambar 1. Komposit partikel [9]
b. Komposit Laminat
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih lapisan yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
8
c. Komposit Serpihan (Flake Composites)
Sesuai dengan namanya, komposit ini dibuat dengan cara mencampurkan flakes atau serpihan-serpihan tipis kedalam bahan matriksnya. Walaupun biasanya letak serpihan tersebut secara acak, namun penyebaran serpihan/flakes didalam matriks dapat juga dibuat secara beraturan satu sama lainnya. Bedanya dengan komposit partikel adalah, pada komposit serpihan, ukuran penguat cenderung lebih besar dan ukurannya bervariasi. Contoh serpihan yang sering digunakan adalah mika, logam, dan karbon.
Gambar 3. Komposit serpihan [8]
d. Komposit Serat
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat.
Gambar 4. Komposit serat [9]
C. Polimer Sebagai Matrik
1. Sifat Polimer
Sifat-sifat khas dari bahan polimer pada umumnya, yaitu [10]:
a. Polimer memiliki sifat mudah dibentuk. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi, dan
9
seterusnya, yang menyebabkan biaya pembuatan lebih rendah dari pada bahan material lain.
b. Sebagian besar produk bahan polimer ringan tetapi kuat. Berat jenis polimer rendah bila dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu 1,0-1,7 kg/m3.
c. Sebagian besar polimer mempunyai sifat isolasi listrik yang baik, disamping itu bahan polimer dapat dibuat menjadi konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon dan sebagainya.
2. Jenis-Jenis Polimer
Pada umumnya bentuk penguat komposit dengan matrik polimer (PMCs) memiliki beberapa jenis polimer yang dapat digunakan sebagai bahan matrik, yaitu [11]:
a. Termoplastik
Termoplastik merupakan polimer yang memiliki struktur berupa rantai panjang yang lurus, akan melunak dan mencair jika dipanaskan, dan mengeras lagi jika didinginkan. Beberapa jenis termoplastik yaitu polyethylene, polyprophylene, nylon, edan lain-lain.
b. Termoset
10
formaldehyde, epoxy, melamine formaldehyde, urea formaldehyde, Resin Poliester, dan lain-lain.
c. Elastomer
Elastomer merupakan jenis polimer dengan elastisitas tinggi. d. Polimer Natural
Polimer natural seperti selulosa dan protein, dimana bahan dasar terbuat dari tumbuhan dan hewan.
3. Resin Poliester Tak Jenuh
Resin poliester tak jenuh merupakan salah satu jenis polimer termoset. Resin poliester merupakan pilihan yang banyak digunakan dalam pasaran komposit modern. Bahan ini memiliki ketahanan sifat mekanik yang baik ketika beroperasi pada kondisi lingkungan yang panas maupun basah, ketahanan kimia yang baik, kestabilan bentuk, harga yang relatif rendah (dibandingkan dengan jenis epoxy) dan memiliki pelekatan yang baik pada berbagai jenis penguat.
Sifat-sifat fisik dari bahan Resin Poliester, yaitu [12]: a. Retakan baik.
b. Tahan terhadap bahan kimia. c. Pengerutan sedikit (saat curing).
Sifat-sifat mekanik resin poliester adalah sebagai berikut [13]: a. Temperatur optimal 1100C–140 0C.
11
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.
Pada proses pencampurannya resin poliester tersebut harus ditambahkan dengan suatu katalis, pada penelitian ini katalis yang digunakan adalah katalis komersil/pasaran berupa MEKPO (Metil Etil Keton Peroksida) yang fungsinya sebagai zat curing yakni untuk mempersingkat waktu pengerasan dari resin poliester tersebut.
Jumlah katalis MEKPO dalam proses pembuatan komposit juga berpengaruh terhadap sifat mekanik komposit yang dihasilkan. Penelitian Jamasri (2005) menunjukkan bahwa kekuatan tarik komposit serat kenaf tertinggi adalah pada kandungan katalis 1%. Kekuatan dan modulus tarik serat kenaf adalah 324,99 MPa dan 37,42 GPa, sedangkan hasil pengujian tarik matrik poliester memiliki kekuatan tarik 50,70 MPa dan modulus tarik 4,23 GPa. Peningkatan kekuatan tarik sangat besar terjadi pada komposit berpenguat serat kenaf kontinu dengan hardener 1% [14].
D. Tempurung Kelapa
sifat-12
[image:46.595.157.469.164.263.2]sifat yang dimiliki oleh tempurung kelapa ini, maka bahan ini sangat baik digunakan untuk jangka waktu yang lama. Tempurung dan partikel tempurung kelapa dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Tempurung dan partikel kelapa
Komposisi kimia yang dimiliki oleh tempurung kelapa hampir sama dengan komposisi kayu daun lebar. Perbedaan mendasar adalah kandungan lignin pada tempurung kelapa lebih tinggi dan kandungan selulosa pada tempurung kelapa yang lebih sedikit dibandingkan batang kayu, secara terperinci komposisi kimia pada tempurung kelapa dan kayu dapat dilihat pada tabel 1 dan 2.
Tabel 1 . Komposisi unsur- unsur kimia Tempurung Kelapa [15] Komposisi Kimia Komposisi (%)
Selulosa 26%
Lignin 29,4 %
Pentosan 27,7 %
Solven Ekstraktif 4,2 % Uronat Anhibrida 3,5 %
Air 8 %
Abu 0,6 %
Sumber : DOE Fuel and Apllicance Testing Laboratory (2008)
Tabel 2. Komponen senyawa kimia menurut golongan kayu[16]
Komponen Senyawa Golongan Kayu
Kayu Daun Lebar (%) Kayu Daun Jarum (%)
Selulosa 40 – 45 41 – 44
Lignin 18 – 33 28 – 32
Pentosan 21 – 24 8 – 13
Zat Ekstraktif 1 – 12 2,03
13
Dari ketujuh komposisi unsur kimia yang terdapat pada tempurung kelapa, kandungan selulosa dan lignin memegang peran penting, akan tetapi yang paling berperan penting dalam pembuatan komposit dengan penguat alami yaitu kandungan selulosa, berikut adalah penjelasan tentang selulosa dan lignin[1] :
a. Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama didalam serat-serat lignoselulosa yang berfungsi sebagai bahan penguat didalam dinding sel. Selulosa juga adalah homopolimer glukosa yang memilki berat molekul tinggi dan berada di dalam mikrofibril-mikrofibril dimana ikatan hidrogen antara rantai-rantai selulosa tersebut menghasilkan struktur kristalin yang kuat. Di dalam pembuatan komposit, penguat yang mengandung selulosa menjadi perhatian yang besar karena kemampuannya sebagai penguat pada polimer.
b. Lignin
Lignin merupakan adhesif didalam dinding sel yang merupakan polimer hidrokarbon dan terdiri dari senyawa-senyawa aromatis dan siklis. Lignin berfungsi meningkatkan kekakuan, hidrofobisitas (sifat anti air), dan daya tahan serat-serat lignoselulosa pada dinding sel.
14
untuk mengontrol permeabilitas (kemampuan bahan melalui partikel dengan cara menembusnya), bioaktivitas, dan mememperbaiki sifat-sifat optis serta pembasahan.
Berdasarkan karakteristik kekuatan mekanik tempurung kelapa[5] :
1. nilai kekerasan untuk jenis kelapa dalam yaitu 41,4135 Kg/cm2 sedangkan kekerasan untuk jenis kelapa genjah yaitu 73,0149 Kg/cm2.
2. Kekuatan bending untuk kelapa dalam yaitu 449,3086 Kg/cm2 sedangkan unuk kelapa genjah yaitu 563,3663 Kg/cm2.
Kekerasan adalah nilai yang menunjukkan sifat kekuatan dan merupakan ukuran untuk mempertahankan bentuk datar akibat adanya pembebanan pada tempurung yang dilakukan sejajar permukaan. kekerasan pada tempurung disebabkan karena kandungan lignin 20-30 %, selulosa 40-50 %, metoksil, dan berbagai mineral lainnya seperti hemiselulosa 39-55 %, pentosa 21-24 %, zat ekstraktif 2-6 %, dan kadar abu 0,2-2 % yang tinggi. Tempurung juga mengandung silikat (SiO2) yang cukup tinggi kadarnya. Silikat (SiO2) dapat dengan mudah menumpulkan mata gergaji. Sedangkan, kekuatan bending dari tempurung kelapa dipengaruhi oleh kerapatan dari partikel penyusun tempurung maka semakin tinggi pula nilai kekuatannya[30].
15
a. Keuntungan penggunaan penguat alami dibandingkan dengan penguat mineral:
1. Kuat dan ringan 2. Ramah lingkungan 3. Sangat ekonomis
4. Sumber yang dapat diperbaharui dan berlimpah b. Kelemahan dan kekurangan penguat alami yaitu:
1. Mudah terurai karena kelembaban
2. Adhesi permukaan yang lemah pada polimer hidrofobik 3. Ukuran penguat yang tidak seragam
4. Tidak cocok untuk pemakaian pada temperature tinggi 5. Mudah terserang jamur dan serangga
Telah banyak penelitian yang telah dilakukan dengan menggunakan pengisi alami sebagai penguat pada komposit seperti: nenas, sisal, sabut kelapa, bambu, sekam padi, rami, kayu dan lainnya. Karena komposisi kimia tempurung kelapa hampir sama dengan komposisi batang kayu, maka tempurung kelapa merupakan salah satu bahan baku alternatif yang berpotensi digunakan sebagai penguat alami pada komposit polimer.
E. Unsaturated Polyester Resin YUKALAC 157 BQTN-EX
16
Secara luas, resin ini digunakan dalam pembuatan kapal nelayan, bak mandi, material bangunan, dan produk FRP lainnya.
Sifat-sifat dari resin 157 BQTN-EX dapat dilihat pada tabel 6 dan tabel 7.
Tabel 3. Sifat resin poliester tak jenuh Yukalac 157 BQTN-EX [17] Spesific Gravity (25oC) 1.10 ± 0.02 Viskositas (Poise, at 25oC) 4.5 – 5.0 Thixotropic Index
- Gel Time (minutes, at 30oC) - Curing Condition
More than 1.5 20 – 30
+ MEKPO = 1 part Storage life at 25oC in the dark (months) Less than 6
Flash Point Range, oC 26 – 37
[image:50.595.114.464.202.320.2]Sedangkan sifat resin setelah cast-cured dapat dilihat pada tabel 7.
Tabel 4. Sifat resin setelah cast-cured [17]
Item Unit Typical Value Note
Spesific gravity - 1.215 25ºC
Hardness - 40 Barcol GYZJ
934-1
Heat Distortion Temperature ºC 70
Water Absorbtion (room temp) % 0.188 24 hours
% 0.466 7 days
Elongation % 1.6
Volume shrinkage on cure % 5.6 25ºC
F. Perlakuan Alkali
Perlakuan alkali merupakan salah satu jenis modifikasi kimia pada penguat, modifikasi kimia pada penguat juga dapat dilakukan dengan menggunakan asam aklirik, asetat, benzyl klorida dan larutan kimia lainnya.
17
kontaminan yang terkandung di dalam penguat, sehingga didapat permukaan penguat yang bersih.
Reaksi dari perlakuan alkali tehadap serat adalah [18]:
Fiber – OH + NaOH Fiber – O¯ NA+ + H2O
Penelitian mengenai efek modifikasi kimia terhadap serat menyebutkan bahwa perlakuan alkali meningkatkan kekuatan rekat antara serat dengan matrik. Kekuatan tarik disebutkan mengalami peningkatan sebesar 5% [19].
Dibandingkan alkali lain seperti KOH dan LiOH, perlakuan alkali NaOH adalah yang paling baik. Penelitian menyatakan bahwa Na+ memiliki diameter partikel yang sangat kecil dimana dapat masuk ke pori terkecil serat dan masuk ke dalamnya sehingga lignin dan kotoran yang melekat terlepas dari pori-pori serat dengan banyaknya pori ini, daya rekat serat dengan matrik menjadi semakin kuat, karena matrik dapat mengisi kekosongan dalam pori tersebut dengan baik [20]. Karena pentingnya perlakuan alkali dalam pembuatan komposit serat alam, banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mengetahui efek perlakuan alkali pada komposit yang dihasilkan.
18
8,86 MPa. Jadi, perlakuan alkali 5%NaOH menghasilkan kekuatan tarik terbaik[21].
Hasil penelitian Joseph juga diperkuat oleh penelitian yang dilakukan Jamasri mengenai komposit serat kenaf. Jamasri mengatakan bahwa perlakuan alkali 5% NaOH bertujuan untuk membersihkan lignin dan kotoran lainnya yang dapat diamati dengan SEM (Scanning Electron Microscope). Hasil Pengamatan SEM menunjukkan bahwa serat yang dilakukan perlakuan alkali mengalami peningkatan kristanilitas, yang disebabkan oleh hilangnya lignin, lapisan lilin, dan kotoran lainnya pada permukaan serat. Penampang komposit serat dengan perlakuan NaOH tidak menunjukkan fiber pull out. Hal ini mengindikasikan ikatan interface serat dan matrik sangat kuat [14].
Hasil penelitian Zita melaporkan bahwa modifikasi permukaan pada bubuk kayu 20% berat pada komposit polietilena dengan menggunakan 150 ml NaOH dan 100 ml benzil klorida telah meningkatkan kekuatan tarik pada komposit tersebut.Modifikasi kimia pada penguat ini juga menurunkan sifat perpanjangan dan modulus young dari komposit sekaligus menurunkan sifat penyerapan air.
Lama waktu perendaman larutan alkali juga berpengaruh terhadap kekuatan komposit yang dihasilkan. Penelitian oleh Jamasri memberi kesimpulan bahwa komposit yang memiliki kekuatan tarik tertinggi adalah komposit yang diperkuat serat perlakuan 2 jam. Besarnya kekuatan tarik pada Wf (fraksi berat) = 27%
19
G. Mekanisme Kegagalan Komposit
Mekanisme kegagalan komposit dapat dilihat secara makro dan secara mikro. Secara makro, kegagalan dapat dilihat dari tipe patahan spesimen uji, sedangkan secara mikro, dapat dilihat dengan mikroskop optik dan SEM (Scanning Electron Microscope).
[image:53.595.113.508.302.674.2]Berdasarkan ASTM D-3039, kegagalan teknis spesimen uji dapat dilihat pada gambar 11.
Failure Type Code Failure Type Code Failure Location Code Angled Edge Delamination Grip/tab Latera; Multi-mode Long, Splitting eXplosive Other A D G L M (xys) S X O Inside grip/tab At grip/tab <1 W from grip/tab
Gage Multiple areas Various Unknown I A W G M V U Bottom Top Left Right Middle Various Unkown B T L R M V U
20
Cara membacanya adalah, misalkan LGM, berarti kegagalannya adalah Lateral Gage Middle.
Selain itu, beberapa jenis kegagalan lain yang dapat terjadi yaitu:
a. Debonding, yaitu lepasnya ikatan pengua dengan matrik akibat interface serat dan matik yang tidak kuat.
b. Matrix cracking, yaitu retaknya matrik. c. Delaminasi, yaitu terpisahnya lamina. d. Fiber breaking, yaitu patah penguat.
e. Pull-out, yaitu Penguat terlepas keluar dari matrik.
H. Perhitungan Rasio Matrik Dan Penguat Pada Komposit
Salah satu faktor penting yang menentukan karakteristik dari komposit adalah perbandingan matrik dan penguat/serat. Perbandingan ini dapat ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume penguat (Vf) atau fraksi massa penguat (Wf). Namun,
formulasi kekuatan komposit lebih banyak menggunakan fraksi volume penguat. Fraksi volume penguat dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
[24] . c m f c c f v M M v V
... (1)
21 m m f f f f f M M M V
... (2)
m m f f f f f v v v W
... (3)
Dimana: Vf, Wf = Fraksi volume dan massa penguat
vc, vf, vm = Volume komposit, penguat dan matrik
f,m = Densitas serat dan matrik, gr/cm 3
Mc, Mm, Mf = Massa komposit, matrik dan serat, gr
Fraksi massa serat pada persamaan 3 dapat disederhanakan menjadi [24].
c f f
M M
W ... (4)
I. Pengujian Sifat Mekanik Komposit Serbuk Tempurung Kelapa
Untuk mengetahui sifat mekanik dari suatu komposit maka perlu dilakukan pengujian secara mekanik pada material komposit tersebut, cara pengujian untuk mendapat sifat mekanis komposit antara lain sebagai berikut:
1. Uji Bending
22
Standard D 790-97) didapatkan nilai kekuatan bending tertinggi komposit pada fraksi volume pengisi 15% yaitu sebesar 80.68 MPa[25].
Penelitian Haryadi tentang komposit yang diperkuat dengan serbuk tempurung kelapa fraksi volume serbuk 40 % dan matrik epoxy 60% pengujian bending dilakukan sesuai dengan standar ASTM D 790-03 didapatkan nilai kekuatan bending sebesar 31,716 Mpa[26].
[image:56.595.184.488.391.611.2]Pengujian bending menggunakan metode three point bending. Spesimen yang akan diuji akan mengalami tegangan tekan pada bagian atas dan tegangan tarik pada bagian bawahnya. Dari pengujian ini akan didapat data beban yang dapat diterima oleh benda uji sebelum terjadi patahan.
Gambar 7. Skema Pengujian Bending
Harga momen maksimum sampel uji yang dikenai pengujian dengan three point bending dapat dirumuskan sebagai berikut [27]:
L/2 L/2
Spesimen Uji Tekan
P
23 4 2 1 2 1 PL L P
M
... (5) Di mana:
M = Momen maksimum (Nmm) P = Beban (N)
L = Panjang span (mm)
Kekuatan bending (
σ
b)
komposit homogen berpenampang segi empatdengan pusat sumbu netral terletak di tengah dapat dirumuskan sebagai berikut (ASTM D-790) [28]:
2 2 3 bH PL b
... (6)
Di mana:
σ
b = kekuatan bending (MPa)b = lebar spesimen (mm) H = tebal spesimen (mm)
Sedangkan modulus elastisitas (E) dirumuskan dengan persamaan:
2 3
4bH m L
E ... (7)
Di mana:
E = modulus elastisitas (GPa)
m = slope tangent (N/mm) = P/Defleksi (D)
2. Uji Tarik
24
Hasil penelitian Hamid tentang pengaruh modifikasi kimia terhadap komposit serbuk tempurung kelapa dengan resin polietilena densitas rendah (LDPE) dengan menggunakan perlakuan asam asetat (50%) dan asam aklirik (3%). Kekuatan tarik tertinggi pada serbuk tempurung kelapa (Fraksi massa 60%) yaitu 13,02 MPa[1].
Penelitian Sapuan tentang sifat mekanik dari komposit partikel tempurung kelapa dengan matrik epoxy 3554A pengujian uji tarik sesuai dengan standar ASTM (ASTM Standard D 638-90) didapatkan nilai kekuatan tarik tertinggi komposit pada fraksi volume pengisi 15% yaitu sebesar 35.48 MPa[25].
Penelitian Haryadi tentang komposit yang diperkuat dengan serbuk tempurung kelapa fraksi volume serbuk 40% dan matrik epoxy 60% pengujian tarik dilakukan sesuai dengan standar ASTM D 638-03 didapatkan nilai kekuatan tarik sebesar 21,055 Mpa[26].
Analisis kekuatan komposit biasanya dilakukan dengan mengasumsikan ikatan serat dan matrik sempurna. Pergeseran antara serat dan matrik dianggap tidak ada dan deformasi serat sama dengan deformasi matrik. Berdasarkan standar ASTM D-3039, kekuatan tarik maksimum (Ftu) dirumuskan sebagai berikut [23]:
A P Ftu
max
25
Di mana:
Ftu = Kekuatan tarik maksimum (MPa) Pmax = Beban maksimum sebelum putus (N)
A = Lebar spesimen (w) x tebal spesimen (h) (mm2)
Regangan dapat dihitung dengan persamaan:
o o
o i
l l l
l
l
... (9)
Dimana: = Regangan
l = Pertambahan (mm)
lo = Panjang ukur sebelum pengujian (mm)
Berdasarkan kurva uji, modulus elastisitas (GPa) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
tu
F
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Kekuatan Tarik Komposit Partikel Tempurung Kelapa
Untuk mengetahui nilai kekuatan tarik dari komposit maka perlu di lakukan pengujian kekuatan tarik pada komposit tersebut. Sebelumnya terlebih dahulu harus diketahui kekuatan tarik dan modulus elastisitas pada resin yang digunakan yaitu resin yukalac poliester 147 BQTN-EX agar dapat melihat peningkatan kekuatan yang terjadi pada komposit. Data mengenai resin poliester yaitu:
Kekuatan Tarik : 12.22 MPa Modulus elastisitas : 0,665 GPa
Pada penelitian ini pengujian Tarik mengacu pada standar ASTM D-3039 dan pengujian dilakukan di Laboratorium Mekanik Politeknik Universitas Sriwijaya. Komposit yang dilakukan pengujian pada penelitian ini adalah komposit partikel tempurung kelapa dengan menggunakan presentasi fraksi volume 10%, 15%, dan 20%.
38
Tabel 7. Hasil uji tarik Resin poliester tak jenuh YUKALAC 157 BQTN_EX
No. Spesimen
l0
(mm)
A
(mm2)
l (mm) P (N) tu
F
(MPa) E (GPa)1 250 75 7.93 870 11.6 0,365
2 250 75 4.77 855 14.4 0,754
3 250 75 2.92 800.25 10.67 0,877
Rata-rata 12.22 0.665
Tabel 8. Hasil uji tarik komposit partikel tempurung kelapa (perbandingan volume 90% : 10%)
No. Spesimen
l0
(mm)
A
(mm2)
l (mm) P (N) tu
F
(MPa) E (GPa)1 250 75 3.6 1070.25 14.27 0,990
2 250 75 4.11 1100.25 14.67 0,892
3 250 75 4.85 819.75 10.93 0,563
Rata-rata 996.75 13.39 0,815
Tabel 9. Hasil uji tarik komposit partikel tempurung kelapa (perbandingan volume 85% : 15%)
No. Spesimen
l0
(mm)
A
(mm2)
l (mm) P (N) tu
F
(MPa) E (GPa)1 250 75 7.2 1359.75 18.13 0,629
2 250 75 2.92 1410 18.80 1,090
3 250 75 4.66 1670.25 22.27 1,177
Rata-rata 1480 19.73 0,965
Tabel 10. Hasil uji tarik komposit partikel tempurung kelapa (perbandingan volume 80%:20%)
No. Spesimen
l0
(mm)
A
(mm2) l (mm) P (N) tu
F
(MPa) E (GPa)1 250 75 8.27 2370 31.60 0,955
2 250 75 8.32 1929.75 25.73 0,773
3 250 75 5.26 2240.25 29.87 1,419
39
Hasil pengujian Tarik terhadap 3 variasi fraksi volume partikel tempurung kelapa pada penelitian ini ditunjukkan pada gambar 16, di mana kenaikan fraksi volume partikel berbanding lurus dengan naiknya beban (load). Load tertinggi diperoleh dari komposit dengan fraksi voleme 20% partikel sebesar 2180 N sedangkan load terendah diperoleh dari komposit dengan fraksi volume 10% partikel dengan besar load 996,75 N.
Gambar 16. Grafik Load Tarik komposit Partikel Tempurung Kelapa
Gambar 17 menunjukkan hasil dari kekuatan tarik komposit tempurung kelapa. Kekuatan tarik komposit tertinggi pada presentasi fraksi volume 20% partikel yaitu sebesar 29,06 MPa, pada komposit partikel dengan fraksi volume 15% kekuatan tarik sebesar 19,73 MPa dan kekuatan tarik terendah pada komposit partikel dengan fraksi volume 10 % yaitu sebesar 21,95 MPa.
996,75
1480
2180
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500
0 5 10 15 20 25
L
o
a
d (
N)
[image:62.595.143.482.252.469.2]40
Gambar 17. Grafik Kekuatan Tarik komposit Partikel Tempurung Kelapa
Jika di bandingkan dengan poliester murni yang memiliki kekuatan tarik sebesar 12,22 MPa, kekuatan dari komposit partikel tempurung kelapa ini jauh lebih tinggi. Penelitian yang dilakukan oleh Hamid [1] dengan menggunakan polietilena sebagai matrik menyebutkan bahwa kekuatan tarik komposit partikel tempurung kelapa tertinggi pada fraksi massa 60% partikel tempurung kelapa adalah 13,02MPa. Dan penelitian yang dilakukan haryadi [26] dengan menggunakan epoxy sebagai matrik menyebutkan bahwa kekutan tarik komposit partikel tempurung kelapa tertinggi terjadi pada fraksi volume 40% partikel adalah sebesar 21,055 MPa.
Kekuatan tarik komposit partikel tempurung kelapa pada penelitian ini jauh lebih baik jika dibandingkan penelitian yang dilakukan oleh Hamid dan Haryadi, yaitu 13,39 Mpa untuk volume 10% partikel, 19,73Mpa unuk volume 15% partikel dan 29,06MPa untuk volume 20% partikel.
13,39 19,73 29,06 0 10 20 30 40
0 5 10 15 20 25
K ek u a ta n T a rik ( M P a )
[image:63.595.141.485.83.290.2]Fraksi Volume (%)
41
Bila dibandingkan dengan penelitian yang dilakukan oleh Takahashi, Dkk tentang komposit CFRP, kekuatan tarik tertinggi pada penelitian ini hanya 26,4% dari hasil kekuatan tarik tertinggi pada penelitian Takahashi, kekuatan tarik teringgi terjadi pada fraksi volume 24% carbon sebesar 110 MPa[31].
Gambar 17. Grafik Modulus Elastisitas komposit Partikel Tempurung Kelapa
Modulus elastistas dari komposit partikel tempurung kelapa semakin meningkat seiring dengan meningkatnya fraksi volume partikel, itu terlihat jelas dari gambar 18 yang menunjukkan bahwa modulus elastistas tertinggi terjadi pada fraksi volume 20% sebesar 1,049 GPa dan modulus elastistas terendah pada fraksi volume 10% partikel yaitu sebesar 0,815 GPa. Bila dibandingkan dengan modulus elastisitas resin murni, nilai modulus elastisitas komposit 10%, 15% dan 20% partikel tempurung kelapa yang didapat jauh lebih tinggi dari nilai modulus elastisitas murni yang sebesar 0,665 GPa.
0,815 0,965 1,045 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
0 5 10 15 20 25
M o du lus E la st is it a s ( GPa )
[image:64.595.115.513.206.443.2]Fraksi Volume (%)
42
Hal ini terjadi karena sifat dari partikel tempurng kelapa yang memiliki sifat bahan yang keras dan getas sehingga semakin meningkatnya kandungan partikel tempurung kelapa pada komposit maka akan menambah sifat kekakuan dari komposit tersebut.
B.Pengamatan Mekanisme Kegagalan Komposit Pada Uji Tarik
Dalam menganalisa suatu mekanisme kegagalan yang terjadi pada komposit dapat dlakukan dengan banyak cara, dalam penelitian ini pengamatan mekanisme kegagalan dilakukan secara makro dan SEM penampang patahan ujin tarik.
1. Pengamatan secara makro
Pada spesimen uji tarik, baik itu pada fraksi volume 10%, 15%, maupun 20%, secara keseluruhan spesimen mengalami patah menjadi dua bagian saat dilakukan uji tarik, tapi ada juga yang menjadi lebih dari dua bagian. Hal ini terjadi karena penguat yang digunakan dalam penelitian ini adalah partikel tempurung kelapa yang memiliki aspek rasio ( perbandingan antara panjang dan diameter penguat) yang kecil serta sifat bahan yang getas sehingga tidak ada terjadi fiber bridging pada penampang patahan dan menyebabkan spesimen terpisah menjadi dua bagian atau lebih.
43
Selain itu, patahan pada pencekam dapat juga terjadi karena kesalahan teknis pada saat dilakukan pengujian, seperti pencekaman spesimen pada saat dlakukan pengujian terlalu kencang sehingga membuat tegangan didaerah tersebut tinggi hanya terkonsentrasi pada daerah pencekam.
[image:66.595.169.459.327.372.2]Patahan pada spesimen uji tarik resin poliester mengalami patah lebih dari dua bagian, dan patahan yang terjadi menunjukan bahwa resin poliester yang digunakan dalam penelitian ini memiliki sifat yang getas seperti telihat pada gambar 19.
Gambar 19. Patahan spesimen uji tarik resin poliester
[image:66.595.210.417.656.727.2]Dari gambar 20 dapat dilihat bahwa pada komposit 10% partikel, kegagalan didominasi oleh patahan LAT, spesimen patah menjadi 2 bagian dan banyak terjadi retakan matrik yang cukup panjang didekat daerah patahan. Hal ini terjadi karena sedikitnya kandungan partikel yang terdapat pada komposit sehinga kerapatan antar partikel dengan matrik sangat rendah, dan pada saat terjadi penarikan terjadi retakan matrik yang menyebabkan terlepasnya ikatan penguat dengan matrik yang berakhir dengan debonding dan pull out . Dengan kata lain pada komposit
![Tabel 4. Sifat resin setelah cast-cured [17]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/418490.127347/50.595.114.464.202.320/tabel-sifat-resin-setelah-cast-cured.webp)
