PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERBAHAN EBONIT DENGAN KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG DIPERKUAT SERAT BAMBU
UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF
NASKAH PUBLIKASI
Disusun :
RIZKY PRADHIAN PUTRA RIAN JAYA D200110032
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Pengembangan Komposit Berbahan Ebonit Dengan Kandungan Sulfur 30 phr Yang Di perkuat Serat Bambu Untuk Komponen Otomotif
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tertinggi kompodit dari uji tarik,izod impact,kekerasan terhadap variasi berat serat bambu 0phr,30phr,50phr serat bambu yang bermatrik ebonite dan mengetahui permukaan komposit dengan melakukan foto SEM.
Penelitian ini menggunakan bahan serat bambu sebagai penguat dan ebonite sebagai matrik. Proses perendaman serat dengan NaOH 5% selama 2 jam.Selanjutnya proses pencampuran karet alam dan serat dengan bahan kimia menggunakan mesin two roll mill kemudian divulkanisasi dengan menggunakan mesin press mold. Pengujian komposit menggunakan ASTM D256-00 untuk uji izod impact, ASTM D638-02 untuk uji tarik, SNI 0778-09 untuk uji kekerasan dan foto SEM.
Hasil penelitian diperoleh pada komposit harga izod impact tertinggi rata-rata pada komposit berat serat bambu 0phr sebesar 29,400 J/mm², tegangan tertinggi rata-rata dengan komposit berat serat bambu 50phr sebesar 13,187 Mpa, regangan tertinggi rata-rata dengan komposit berat serat bambu 0phr sebesar 28,00%, dan kekerasan tertinggi pada komposit berat serat bambu 50phr sebesar 96,800 skala shore A. Berdasarkan pengamatan foto SEM yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa masing-masing komposit serat bambu memperlihatkan adanya lubang-lubang pada permukaan komposit yang di sebabkan oleh hilangnya serat.
Kata kunci : komposit,NaOH,serat bambu
Abstracts
This research aimed to know the highest strength of composite from tensile test, izod impact, toughness against bamboo fiber weight variation of 0phr,30phr,50phr ebonite matrix bamboo fiber and knowing composite surface by SEM photo.
This research using bamboo fiber material as strengthened and ebonite as matrix. Soaking process of fiber by NaOH 5% during 2 hours. After that mixing process of natural rubber by chemical using press mold machine. Composite Test using ASTM D256-00 for izod impact test, ASTM D638-02 for tensile test, SNI 0778-09 for toughness test and SEM photo.
The test result is obtained at composite impact izod value average the highest at composite of bamboo fiber 0phr is 29,400 J/mm², the highest average of tension with bamboo fiber composite weight 50phr is 13,187 Mpa, average highest strain with composite of bamboo fiber weight 0phr is 28,00%, and the highest of toughness at composite of bamboo fiber weight 50phr is 96,800 shore scale A. Depend on SEM photo observation conducted, could be concluded that every composite of bamboo fiber show the pore at composite surface due to fiber loss.
1.PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Penggunaan plastik berdampak negatif terhadap lingkungan,maka hal ini harus ditanggung alam karena keberadaan sampah plastik, sebagaimana yang diketahui, bahan plastik yang mulai digunakan sekitar 50 tahun yang silam, kini telah menjadi barang yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia. Diperkirakan ada 500 juta sampai 1 milyar bahan plastik digunakan penduduk dunia dalam satu tahun. Ini berarti ada sekitar 1 juta plastik per menit. Oleh sebab itu mengetahui dari sifat plastik yang sangat susah diurai oleh tanah penelitian ini memanfaatkan bahan-bahan alam seperti karet alam dan serat alam sebagai bahan alternatif penganti plastik pada komponen otomotif walaupun tidak sepenuhnya menggeser bahan bahan plastik tersebut. Salah satu peluangnya adalah pemanfaatan karet alam menjadi komposit yang dipadu dengan serat alam, sehingga menghasilkan produk yang dapat digunakan sebagai substitusi produk plastik yang nondegradable.
Unsur utama dari bahan komposit adalah serat, serat inilah yang menentukan karakteristik suatu bahan seperti kekuatan, keuletan, kekakuan dan sifat mekanik yang lain. Serat berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matrik berfungsi untuk mengikat serat, melindungi, dan meneruskan gaya antar serat. Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat bambu. Serat bambu dapat dieksplorasi sebagai penguat yang sangat potensial.
Melihat penjelasan diatas maka dilakukan dengan konsep pengembangan komposit berpenguat serat alam berbahan ebonit (Hard Natural Ebonite) dengan penambahan sulfur 30 phr dengan variasi berat serat 0 PHR, 30 PHR dan 50 PHR yang diharapkan dapat digunakan sebagai bahan alternatif penganti plastik pada komponen otomotif.
1.2 Tujuan
Tujuan penelitian ini antara lain:
1. Mengetahuai kekuatan tertinggi komposit dari uji tarik,uji impak,uji kekerasan dengan bahan serat bambu yang bermatrik ebonite.
2. Mengetahui void permukaan komposit dengan melakukan foto SEM.
1.3 Batasan Masalah
1. Penelitian komposit pada tugas akhir ini mengacu komposit penguatan serat
(Fibrous Composite) yang seratnya di ambil dari serat bambu yang disusun
secara acak (Chopped Fiber Composite).
2. Bahan karet alam menggunakan RSS 1(Ribbed Smoked Sheet) dengan penambahan sulfur 30 phr (per hundred rubber).
3. Perlakuan perendaman dengan larutan alkali (NaOH 5%) per 1 liter aquades dengan perendaman 2 jam.
4. Pemotongan serat bambu 20 mm.
5. Pengaturan serat dengan menggunakan serat acak. 6. Berat serat yang dipakai adalah 0 phr,30 phr,50 phr.
7. Pembuatan komposit dengan menggunakan metode cetak tekan panas (Hot Press Mold).
8. Pengujian komposit secara fisis (Foto SEM) dan mekanis impact, uji tarik, dan uji kekerasan.
2. METODE
Kompon karet dibuat dengan campuran karet mentah dan bahan-bahan kimiaseperti bahan percepat (accelerator),bahan penggiat (activator),bahan pengisi (filler),bahan vulkanisasi dan antioksidan (anti degadrasi) yang belum di vulkanisasi. Bahan kimia ini di tambahkan bahan baku karet untuk memperoleh sifat fisis dan kimiawi dari kompon karet yang baik.
Vulkanisasi adalah proses pengolahan tahap terakhir pada pembuatan barang jadi karet dengan cara pemanasan cetakan dan tekanan dalam molding. Selama proses vulkanisasi terjadi perubahan sifat kompon karet yang plastis menjadi elastis dengan cara pembentukan ikatan silang didalam struktur molekulnya. Karena itu vulkanisasi merupakan proses irreversible (proses yang tidak dapat dibalik). Dalam reaksi pembentukan ikatan silang tersebut diperlukan energi panas dari luar yang disuplai oleh mesin vulkanisasi ke kompon selama proses vulkanisasi, antara lain dengan cara radiasi, konveksi, maupun konduksi. Makin besar jumlah panas yang disuplai mesin kedalam kompon, makin cepat terjadi reaksi vulkanisasi.
biasanya didefinisikan sebagai tegangan luluh offset, adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kecil deformasi plastis yang ditetapkan (ASTM 638-02). Hubungan antara tegangan dan regangan pada beban tarik ditentukan dengan rumus sebagai berikut (ASTM 638-02) :
/
Besarnya regangan adalah jumlah pertambahan panjang karena pembebanan dibanding dengan panjang daerah ukur (gage length). Nilai regangan ini adalah regangan proporsional yang didapat dari garis proporsional pada grafik tegangan regangan. Nilai regangan dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :
∆ %
∆ /
Pada daerah proporsional yaitu daerah dimana tegangan-regangan yang terjadi masih sebanding, defleksi yang terjadi masih bersifat elastis. Besarnya nilai modulus elastisitas komposit yang juga merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan pada daerah proporsional dapat dihitung dengan persamaan :
/
%
Pengujian kekerasan dilakukan sebagai berikut : Letakkan contoh diatas dasar yang keras dan datar. Pegang alat tegak lurus dengan erat oleh ibu jari dan jari tengah serta jari manis. Letakkan telunjuk pada bagian atas alat. Tekankan alat pada permukaan contoh sampai kaki penekan alat menyentuh dan sejajar benar dengan permukaan contoh. Besarnya tekanan yang diberikan kaki penekan pada permukaan contoh harus menurut standar kekuatan penekan tertentu (60 Shore). Pembacaan skala dilakukan segera setelah diperoleh kontak yang erat dan sejajar tadi. Lakukan pengujian 3 kali pada tempat yang berlainan dan tidak terlalu dekat dengan tempat yang sudah ditekan oleh jarum untuk menghindari kelelahan (Fatique) contohHasil uji adalah rata-rata 3 kali pengukuran, dinyatakan dengan satuan Shore A.) (Shore A SNI 0778 : 2009).
Pengujian impact bertujuan untuk mengukur berapa energy yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impact merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impact). Dalam pengujian impact terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu : impact charpy dan impact izod. Pada pengujian standar charpy dan izod di rancang dan masih digunakan untuk mengukur energy impact yang juga dikenal dengan ketangguhan takik (notch toughness).
Spesimen impact berbentuk batang dengan penampang lintang bujur sangkar dengan takik V oleh proses permesinan. Beban didapat dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian h. Specimen diposisikan pada dasar alat uji impact dengan dibantu alat pencekam spesimen, ketika lepas ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan specimen ditakikannya yang bekerja sebagai titik konsentrasi tegangan untuk pukulan impact dengan kecepatan tinggi. Palu pendulum akan melanjutkan ayunan untuk mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari pada h. Energi yang diserap dihitung dari perbedaan h’ dan h (mgh – mgh’) adalah ukuran dari impact. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertical sebelum dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertical setelah membentur spesimen adalah β panjang lengan ayunan adalah R dengan mengetahui besarnya energy potensial yang diserap oleh material maka kekuatan impak benda uji dapat dihitung (ASTM 256-00).
Eserap = energy awal – energy yang tersisa
= m.g.h – m.g.h’
=m.g (R.cos β) – m.g (R.cos α) Eserap = m.g.R (cos β – cos α)
Dimana :
Eserap = energy serap (Joule) m = berat pendulum (kg) g = percepatan gravitasi (m/s²) R = panjang lengan (m)
α = sudut pendulum sebelum diayunkan (°)
β = sudut ayunan pendulum setelah mematahkan specimen (°)
harga impact dapat dihitung dengan :
HI =
₀ Dimana : HI = harga impact (J/mm²)
Eserap = energy serap (Joule) A₀ = luas penampang (mm²)
30 kV. SEM memiliki perbesaran 10 – 3.000.000 kali, dept of field 4 – 0,4 mm dan resolusi sebesar 1 – 10 mm.Kombinasi dari pembesaran yang tinggi, dept of field yang besar, resolusi yang baik, kemampuan untuk mengetahui komposisi dan informasi kristalografi membuat SEM banyak digunakan untuk keperluan penelitian dan industri. (Trewin,1988)
2.1Diagram Alir Penelitian
Pada penelitian ini langkah-langkah penelitian mengacu pada diagram alir berikut :
Langkah – langkah dalam penelitian sebagai berikut :
1. Studi literature
Pencarian data yang berhubungan dengan penelitian dari buku atau laporan yang sesuai, serta meninjau langsung ketempat elektroplating.
2. Persiapan alat dan bahan
Mempersiapkan alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian. 3. Proses Perendaman Serat
Proses Perendaman Serat dilakukan dengan merendam serat pada laruan NaOH 5% selama 2 jam.
4. Proses pengujian kadar air serat dengan menggunakan alat moisture meter sebesar 8%.
5. Proses menentukan berat serat 0phr,30phr dan 50phr. 6. Proses Pembuatan Komposit
Proses pembuatan komposit dimulai penbuatan ebonit dengan mencampur bahan –bahan penyusun ebonit pada two roll mill kemudian menambahkan serat pada ebonit yang digiling dengan two roll mill setelah tercampur dengan baik komposit diambil untuk proses selanjutnya.
7. Proses Rheometer
Proses reometer untuk mengetahui suhu dan waktu untuk proses vulkanisasi. 8. Proses Vulkanisasi
Proses vulkanisasi ini untuk mematangkan komposit 9. Proses Persiapan Spesimen
Proses persiapan ini meliputi menyiapkan spesimen uji tarikk, uji impact, uji kekerasan dan foto SEM.
10. Pengujan Tarik
11. Pengujian Izod Impact
Pengujian impact dengan standart ASTM 256-00 bertujuan untuk mengukur berapa energy yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impact merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba (beban impact).
12. Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan dengan standart Shore A SNI 0778 : 2009 berdasarkan permulaan tukikan atau setelah beberapa waktu tukikan dimulai atau kedua-duanya. Metode ini didasari dari penetrasi dari indentor yang spesifik terhadap material dibawah kondisi yang spesifik pula. Kekerasan indentasi (tukikan) berbanding terbalik dengan penetrasi dan pengaruhi oleh modulus elasisitas dan viskoelastisitas material.
13. Foto SEM
Foto SEM bertujuan untuk mengetahui informasi tentang permukaan bahan meliputi topografi, morfologi, komposisi serta kristalografi.dari komposit dengan pembesaran 500 kali..
14. Analisa dan pembahasan
Mencatat data hasil penelitian dan melakukan pembahasan lebih lanjut. Diharap dapat mempunyai hasil positif.
15. Kesimpulan
Menyimpulkan data dan hasil pembahasan.
2.2 Alat dan Bahan
Bahan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian adalah: (a) RSS (Ribbed
Smoke Sheet), (b) Carbon Black, (c) ZnO (Zinc Oxide), (d) Stearic Acid (Asam
Stearat), (e) Paraffinic Oil, (f) MBTS(Marcapto Benzhoatizhol Disulfiida), (g) TMT
(Tetrametiltiuram Monosulfida), (h) Sulfur, (i) BHT (Butylated Hidroxy Toluene), (j)
Serat Bambu, (k) NaOH Teknis, (l) Aquades
Alat yang perlu dipersiapkan dalam penelitian adalah (a) Two Roll Mill, (b)
Vulcanizing Press (Alat Untuk Vulkanisasi Kompon), (c) Rheo Meter , (d)Oven, (e)
Timbangan Digital, (f) Timbangan Digital, (g) Silicon Oil 100ml, (h) Gelas Ukur, (i) Sarung Tangan,(j) Cetakan (mold dan frame)
3. HASIL Hasil uji izod
Gambar 2 H
l pengujian kukan dapa pak rata - r at 30phr me
mm² dikare benda kerj
IL UJI TAR
asil uji tarik
ariasi kompo
t ebonit serat phr
ak dengan m lkan kompo gi dengan n rga impak at serat 0ph merata sehin
k rata-rata p
menggunaka
osit ebonit s
ergi Serap 956,582 949,585 965,418
pengujian iz
an standar A n berat sera ar 29,400 J/ terendah d stis dan hal gi yang dise
Renggangan
l antara lain erap pada k
Pada hasi ng lebih bai
runan tegan
Uji Kekera
asil uji keke
riasi kompos
ar 4 Histogr
n tarik deng rik kesimpu sar 13,187 4,537 Mpa gan serat da ik hal ini ju ngan tarik pa
asan Komp
erasan rata
sit ebonit sera 0 phr
m tegangan t
ram reganga
gan menggu ulan bahwa
Mpa. dan b a. Dikarena an berat ser uga apabila
ada kompos berat serat akan seirin rat 50phr m komposit ti sit.
Nilai K
5.000
30phr
sit ebonit s
20.00
30phr
sit ebonit s
rata penguji rata pada be atan tarik ra bahan sera sikan serat a dapat mem
Shore A) erat serat ata - rata at dapat
Hasil peng berat serat 5 n komposit
dan Pemba 50phr ini me yang memb
ahasan Fot
komposit s
Gambar 6
komposit s
mbar 7 foto
3.100
serat 0phr
6 foto SEM
rat serat 50p disebabkan serat dan su asannya sem
rmukaan K
pembesara
komposit se
bu 30phr pe
mposit serat b
0.200
0phr
ebonit sera
pengujian k
phr mempu n karena kom
ulfur yang m makin tinggi
Komposit E
an 500 kali
erat 0phr
3.4.3 F ya berada di ngat buruk. n yang ku n kompon serat masih ngan baik.
UTUP
ari hasil pe oleh dapat d
Pengujian
atan yang s it berat sera teristik yang rat serat bam ukaan matr
isitu,hal ini Terjadi ko uat. Lubang
menggunak h belum bis
enelitian da isimpulkan
n tarik , izod
atan serat te at pada ber ngan sebesar
uji izod im ebesar 29,4
g berbeda s mbu 30phr d
rik yang i terjadi kar ondisi diman
g-lubang te kan mesin
a tercampur
an analisa :
d impak dan
ertinggi pad rat serat 50 r 10,667 %.
mpak tertingg 400 (J/mm²)
bu 50phr pe
posit serat b
n maka dap phr,30phr d atu sama la dan 50phr m
disebabkan rena interfa na matrik h ersebut dis two roll m r dengan ra
pengujian
n pengujian
da uji tarik 0phr tegang .
gi pada kom . dan 50phr y
innya,seper memperlihat n oleh hila acial adhesi hanya memb
sebabkan k mill pencam ata sehingga
serta pem
kekerasan
k komposit gan tarik se
mposit ebon rti yang terli tkan adanya angnya ser ion antara s bungkus se karena pada mpuran baha a belum dap
mbahasan da
ebonit sera ebesar 13,1
nit serat bam
n Kimia pat terjadi
ata yang
at bambu 87 Mpa.
¾
Angka kekerasan tertinggi pada komposit ebonit serat bambu terdapat pada berat serat 50phr sebesar 96,800 shore A.
2. Foto SEM
Pengamatan foto SEM yang saya lakukan maka dapat disimpulkan bahwa masing-masing dari komposit berat serat bambu 0phr, 30phr dan 50phr yang dilakukan foto SEM memiliki karakteristik yang berbeda satu sama lainnya,seperti yang terlihat pada komposit berat serat bambu 30phr dan 50phr memperlihatkan adanya lubang-lubang pada permukaan matrik yang disebabkan oleh hilangnya serat yang semestinya berada disitu,hal ini terjadi karena interfacial adhesion antara serat dan matrik sangat buruk.
PERSANTUNAN
Puji syukur alhamdulillah, penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas bekah,
rahmat, dan hidanya-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian tugas akhir dapat
terselesaikan : Tugas Akhir berjudul “PENGEMBANGAN KOMPOSIT
BERBAHAN EBONIT DENGAN KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG
DIPERKUAT SERAT BAMBU UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF “ dapat
diselesaikan atas dukungan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini,
penulis menyampaikan rasa terimakasih sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT., Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo BR, ST., MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Joko Sedyono, ST., M.Eng., Ph.D selaku dosen pembimbing utama yang
senantiasa memberikan arahan dan masukan-masukan yang sangat bermanfaat
bagi terselesaikannya tugas ini.
4. Bapak Ir.Bibit Sugito,MT selaku dosen pembimbing pendamping telah
memberikan pengarahan dan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Kedua orang tua tersayang, yang senantiasa mendoakan yang terbaik untuk kami
6. Teman-teman seperjuangan 2011, yang berjuang bersama baik suka maupun
duka.
7. Serta seluruh pihak lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu, yang telah
membantu dalam penyusunan tugas akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ade, M, 2010, “Pengembangan Komposit Dari Karet Ebonit Dengan Penguat
Serat Bambu Untuk Komponen Otomotif Penutup Spion Sepeda Motor,Tugas
Akhir S-1 Teknik Mesin UMS,Surakarta
Arizal, R., 2007, “Karet Alam Dan Karet Sintetis”, Departemen Perdagangan, Jakarta.
ASTM Internasional, 2002, “ASTM D638-02 Standard Test Methods for Tensile
Properties of Plastic”., America Society for Testing and Material,
Philadelpia.
ASTM Internasional, 2000. “ASTM D256-00 Standard Test Methods forDetermining
the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics”,. America Society for
Testing and Material, Philadelpia.
BSN (Badan Standardisasi Nasional), 2009. “SNI 0778:2009 Sol Karet Cetak”., Standar Nasional Indonesia.
Darmono, F.S., 2009 “Studi Eksperimental Pengolahan Karet Alam Untuk
Bahan Ebonit”, Tugas Akhir S-1, Teknik mesin, UniversitasMuhammadiyah
Surakarta, Surakarta.
Gibson, R.F., 1994., “Principle Of Composite Material Mechanic”.
McGraw-Hill Interrnational Book Company, New York.
Ismail, H, Suryadiansyah, 2001, “Thermoplastic Elastomers Based on
Polypropylene/Recycle Rubber Blends”, Polimer testing 21 (2002) 398-395,
Kosjoko 2014, „ Pengaruh Perendaman (NaOH) Terhadap Kekuatan Tarik Dan Bending Bahan Komposit Serat Bambu Tali (GIGANTOCHLOA APUS)
Bermatriks Polyester ,Info TeknikVolume 15 No. 2 (139-148).
Krisdianto, G, S., dan Agus, I., 2006, “sari hasil Penelitian Bambu”. Departemen kehutanan, Jakarta.
Mueler, D.H., 2003, „ New Discovery In The Properties Of Composites,Reinforced
With Natural Fiber Journal Industrial TEXTILES , Vol.33.no.2,sage
Publication
Pattamaprom, C.,2005 .,”The Effect Of Cure condition On The Strengh Of Ebonite
Rubber network”.Asian Institute OfTeknologi, Thailand.
Surdia, T. and Saito, S., 1995., “Pengetahuan Bahan Teknik”. 3nd edition,
Jakarta.
Taufik MI,.Sugiyanto.,Zulhanif. 2013, “Perilaku Creep pada Komposit Polyester dengan Serat Kulit Bambu Apus (gigantochloa apus
(j.a & j. H. Schultes) kurz)”, Volume 1, Nomor 1, Fakultas Teknik
Universitas Lampung. Bandar Lampung.
Winahyu, K.R., Dkk., 2002 “Laporan Pengembangan Formulasi Kompon Pada
Pembuatan Karet Ebonit”, Balai Besar Kulit Karet Dan Plastik,
