commit to user
OPTIMASI KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SERAT RAMI
POLYESTER
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
MUHAMMAD NAJIB NIM. I0405037
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
commit to user
OPTIMASI KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SERAT RAMI
POLYESTER
Disusun oleh
MUHAMMAD NAJIB NIM. I0405037
Dosen Pembimbing
Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T. NIP. 197101031997021001
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Kamis, tanggal 21 Oktober 2010
1. Dr. Muhammad Nizam, S.T., M.T. ………...
NIP. 197007201999031001
2. Ir. Wijang Wisnu Raharjo, M.T. ………... NIP. 196810041999031002
3. Dody Ariawan, S.T., M.T. ……… NIP. 197308041999031003
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Dody Ariawan, S.T., M.T. NIP. 197308041999031003
Koordinator Tugas Akhir
Wahyu Purwo Raharjo, S.T., M.T. NIP. 197106151998021002
commit to user
MOTTO
“Dan orang-orang yang berjihad (untuk mencari keridhaan) Kami,
benar-benar akan Kami tunjukkan kepada mereka jalan-jalan
Kami. Dan sesungguhnya Allah benar-benar beserta orang-orang
yang berbuat baik.”
(Al Ankabut:69)
“Dan kebaikan apa saja yang kamu perbuat untuk dirimu sendiri
niscaya kamu memperoleh (balasan) di sisi Allah sebagai balasan
yang paling baik dan yang paling besar pahalanya.”
(Al Muzamil:20)
“Dan katakanlah:”Beramallah kalian, maka Allah dan
RasulNya serta orang-orang mukmin akan melihat amal kalian
itu, dan kalian akan dikembalikan kepada Allah yang mengetahui
akan yang ghaib dan yang nyata, lalu diberitakanNya kepada
kalian apa yang telah kalian amalkan.”
(Q.S. At Taubah : 105)
”Ada dua nikmat di mana manusia banyak tertipu karenanya,
yaitu kesehatan dan kesempatan.”
(HR. Bukhari)
“Waktu bagi kami merupakan bagian dari solusi, sebab jalan
dakwah itu panjang dan jauh jangkauannya serta banyak
rintangannya. Tapi semua itu adalah cara untuk mencapai tujuan
dan ada nilai tambah berupa pahala dan balasan yang besar dan
menarik”
(Hasan Al Banna)
“Seorang Muslim adalah pelajar yang mempelajari agama,
pelaksana yang mengamalkannya sekaligus tentara yang
senantiasa berjihad. Seorang Muslim tidak sempurna
keIslamannya kecuali ia memiliki ketiga kriteria ini secara
seutuhnya”
(Hasan Al Banna)
commit to user KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat, hidayah dan inayah-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Adapun tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar sarjana teknik di Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis menghaturkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi ini, khususnya kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro, S.T., M.T. selaku pembimbing skripsi I yang dengan sabar dan penuh pengertian telah memberikan banyak bantuan dan ilmunya dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak Eko P. B, S.T., M.T., selaku Pembimbing Akademik yang selama ini telah membantu dan memperjuangkan dalam kelancaran kegiatan akademik. 3. Bapak Dody Ariawan, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik UNS dan sebagai tim penguji yang telah memberikan masukan-masukan dan ilmu yang berharga.
4. Bapak Dr. Muh. Nizam, S.T., M.T., dan bapak Ir. Wijang R, M.T., sebagai tim penguji yang telah memberikan masukan-masukan dan ilmu yang berharga.
5. Keluarga tercinta (Abah, ibu, dan kakak) yang telah memberikan sumbangan besar baik moril maupun materil.
6. Ajeng Fitri Setiasih, S.E., kekasih pujaan hati yang telah menemani dalam susah dan senang serta dengan sabar menunggu kelulusan penulis.
7. Pakde Bude, Om Tante, Mbah yuk Mbah kung, semuanya Bani Nahrowi Bani Muslim, terima kasih banyak.
8. Teman-teman Angkatan 2005 dan teman-teman seperjuangan (Ridwan, kunto, gagas, bayu, dan nikman) Teknik Mesin FT UNS.
9. Teman-teman bermain anak warkop ”yu sampi”, anak-anak ponpes al-ittihad, SMANSA 05 Rembang, kos ”Bachelor”, teman bulutangkis RSJ-club dan bengawan sport, terima kasih banyak dan tetep jadilah yang terbaik.
commit to user
Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, bila ada saran, koreksi dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini, akan penulis terima dengan ikhlas. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat memberikan manfaat.
Penyusun
commit to user
2.6. Proses Pembuatan Komposit... 19
2.7. Kajian Teori Kekuatan Tarik... 19
A. Tegangan Tarik... 20
3.2. Pelaksanaan Penelitian... 27
3.2.1. Persiapan Alat dan Bahan... 27
3.2.2. Pengolahan Serat Rami... 27
3.2.3. Pencetakan Komposit... 29
commit to user
x
3.2.5. Pembuatan Spesimen Uji Tarik Komposit... 31
3.2.6. Variasi Penelitian... 32
3.2.7. Diagram Alir Penelitian ... 33
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
4.1. Pengujian Kadar Air Serat Rami ... 34
4.2. Pengaruh Kandungan Serat Terhadap Kekuatan Komposit ... 35
4.3. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Komposit….. ... 37
4.4. Foto Makro... 40
BAB V. PENUTUP... 44
5.1. Kesimpulan ... 44
5.2. Saran ... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 46
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. IFSS and Mechanichal Properies Of Jute Fiber Mat Reinforced
Composites ... 7
Tabel 2.2. Sifat Mekanis Serat Alam ... 14
Tabel 2.3. Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin (UPRs) ... 16
Tabel 3.1. Data Spesimen Komposit Skin... 31
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Rami Non Perlakuan... 36
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Kekuatan tarik rata-rata komposit serat ijuk-epoxy ... 6
Gambar 2.2 Effect of percentage volume fraction of fiber on tensile strength of untreated and treated okra woven fiber reinforced polyestercomposites………... 7
Gambar 2.3. SEM micrograph ... 8
Gambar 2.4. Pengaruh Waktu Perlakuan Alkali Terhadap Komposit ... 8
Gambar 2.5. Pembagian Komposit Berdasarkan Penguat ... 12
Gambar 2.6. Ilustrasi Komposit Berdasarkan Penguat ... 12
Gambar 2.7. Daun dan Serat Rami ... 13
Gambar 2.8. Proses Hand Lay Up ... 19
Gambar 2.9. Grafik Regangan dan Tegangan ... 22
Gambar 3.1. Serat Rami ... 23
Gambar 3.2. Unsaturated Polyester Resin (UPRs) ... 23
Gambar 3.3. Timbangan Digital ... 23
Gambar 3.4. Oven Pemanas ... 24
Gambar 3.5. Moisture Analyser ... 25
Gambar 3.6. Alat-alat Pembuatan Spesimen ... 26
Gambar 3.7. Perlakuan Alkali Serat ... 27
Gambar 3.8. Proses Pelurusan dan Pemotongan Serat ... 27
Gambar 3.9. Pembuatan Mat Serat Rami. ... 29
Gambar 3.10. Dimensi Komposit Skin Serat Rami ... 29
Gambar 3.11. Bentuk Spesimen Uji Tarik ... 31
Gambar 3.12. Mesin Uji Tarik UTM ... 32
Gambar 3.13. Diagram Alir Penelitian ... 34
Gambar 4.1. Grafik Kadar Air Serat Rami ... 35
Gambar 4.2. Grafik Tegangan Tarik Komposit Serat Rami Non Perlakuan. 36 Gambar 4.3.Grafik Regangan Tarik Komposit Serat Rami Non Perlakuan. 37 Gambar 4.4.Grafik Modulus Komposit Serat Rami Non Perlakuan... 38
Gambar 4.5.Grafik Tegangan Tariok Komposit Serat Rami Perlakuan Alkali………..………... 39
Gambar 4.6. Grafik Regangan Tarik Komposit Serat Rami Perlakuan Alkali ... 40
Gambar 4.7. Grafik Modulus Tarik Komposit Serat Rami Perlakuan Alkali 40 Gambar 4.8. Foto Makro Komposit Serat Rami Non Perlakuan... 42
commit to user
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Langkah-langkah perhitungan kebutuhan serat dan matrik ... 48
Lampiran 2. Perhitungan fraksi volume serat real ... 50
Lampiran 3. Dimensi spesimen uji tarik komposit ………. 51
Lampiran 4. Data hasil pengujian tarik……… 52
Lampiran 5. Data pengujian kadar air……….. 53
commit to user INTISARI
Tujuan penelitian ini adalah untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume serat dan perlakuan alkali serat terhadap kekuatan tarik komposit Unsaturated Polyester berpenguat serat rami.
Bahan yang digunakan adalah serat rami, resin unsaturated polyester 157 BQTN EX, dan hardener MEKPO. Serat rami direndam dalam larutan alkali (5% NaOH) selama 0, 2, 4, 6, dan 8 jam. Komposit serat rami disusun acak dan dibuat dengan metode cetak tekan. Pengujian tarik komposit menggunakan standar ASTM D 638 dengan alat uji Universal Testing Machine (UTM). Pengamatan visual dilakukan untuk menyelidiki mekanisme perpatahannya.
Hasil penelitian komposit berpenguat serat rami tanpa perlakuan alkali pada variasi fraksi volume serat 20%, 30%, 40%, dan 50% diperoleh kekuatan tarik tertinggi pada fraksi volume 39,68% yaitu sebesar 29,54 MPa. Sedangkan pada komposit berpenguat serat rami perlakuan alkali memiliki harga kekuatan tarik tertinggi pada perlakuan alkali serat selama 2 jam, yaitu sebesar 36,71 MPa. Penampang patahan komposit berpenguat serat rami tanpa perlakuan alkali menunjukkan adanya fiber pull out, ini artinya ikatan antara serat rami dan matrik kurang sempurna sehingga mengakibatkan tercabutnya serat dalam jumlah yang banyak. Pada komposit serat rami perlakuan alkali serat selama 8 jam, mekanisme fiber pull out hampir tidak tampak lagi.
Kata Kunci : serat rami, fraksi volume komposit, perlakuan alkali, kekuatan tarik komposit
\
commit to user ABSTRACT
The aim of this research is to investigate the influence of fiber volume fraction and NaOH treatment on tensile strength of rami fiber reinforced unsaturated polyester composites.
The materials are rami fiber, Unsaturated Polyester Resin 157 BQTN-EX, and hardener MEKPO. Rami fibers are treated with 5% NaOH for 0, 2, 4, 6, and 8 hours. Rami fiber reinforced unsaturated polyester composites were arranged randomly and fabricated by moulding technique. The specimen were tested by universal testing machine (UTM). Visual inspections were perfomed to investigate the mechanism of fracture.
The results showed composites without alkali treatment obtained the highest tensile strength on a fiber volume fraction of 39.68% that is equal to 29.54 MPa. Whereas, rami fiber reinforced polyester composites treated with alkali have the highest tensile strength on fiber alkali treatment for 2 hours. The fracture surface of rami fiber reinforced polyester composites without alkali treatment showed fiber pull out, this means that the bonding between rami fiber and matrik less than perfect so that the fibers were displaced in large quantities. In the rami fiber reinforced polyester composite treated with alkali for 8 hours, mechanism of fiber pull out nearly invisible.
Keyword : rami fiber, fiber volume fraction, alkali treatment, tensile strength of composite.
commit to user BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Indonesia memiliki sumber alam dan keanekaragaman hayati yang melimpah terutama bahan serat alam. Diantara berbagai macam serat alam yang sangat berpotensi diolah menjadi penguat dalam bahan komposit adalah serat rami. Rami mulai ditanam di Indonesia sejak tahun 1937, produksinya dari tahun ke tahun pun mulai meningkat. Berpijak pada data penelitian lembaga penelitian tanaman industri (LPTI) Bogor, pada tahun 2009 rata-rata hasil produksi tanaman rami dalam luasan satu hektar adalah sekitar 36 ton batang basah dengan rendemen 3,5%-4,0%. Dari batang basah akan dihasilkan serat kering 3,5% (2,625 ton) dan limbahnya 16% (12 ton).
Selama ini serat rami kebanyakan hanya diolah menjadi bahan baku tekstil. Seperti industri kerajinan serat rami di Koppontren Darussalam, Garut, Jawa Barat. Produksi kerajinannya telah diekspor sampai ke Jepang. Disisi lain serat rami sebagai penguat bahan komposit dirasa kurang dikembangkan. Padahal serat rami diyakini merupakan serat alam berbasis selulosa yang memiliki sifat mekanis paling tinggi diantara serat alam lainya. Serat rami memilki kadar selulosa mencapai 45-53 persen, sedangkan lignin sebagai komponen yang merugikan bahan komposit hanya 21-26 persen (Soemardi, 2009). Serat rami yang dipadu dengan epoxy dapat digunakan sebagai bahan baku tabung gas. Dalam bidang militer komposit berpenguat serat rami dapat digunakan untuk bahan helm anti peluru. Helm tahan peluru ini memiliki kemampuan menahan peluru hingga level IV standar National of Justice (NIJ) (Marsyahyo, 2007).
Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi plastik, sejak tahun 1990-an teknologi komposit bermatrik polimer mengalami perkembangan yang cukup pesat. Bahkan pada dasawarsa terakhir, kecenderungan perkembangan material komposit bergeser pada penggunaan kembali serat alam sebagai pengganti serat sintetik. Hal ini didukung oleh beberapa keunggulan yang dimiliki
commit to user
oleh serat alam, di antaranya adalah massa jenisnya yang rendah, terbaharukan, produksi memerlukan energi yang rendah, proses lebih ramah, serta mempunyai sifat insulasi panas dan akustik yang baik (Jamasri, 2009).
Menurut Jamasri (2009) penggunaan kembali serat alam dipicu oleh adanya regulasi tentang persyaratan habis pakai produk komponen otomotif bagi negara Uni Eropa dan sebagian Asia. Bahan sejak tahun 2006, negara-negara Uni Eropa telah mendaur ulang 80 persen komponen otomotif dan akan meningkat menjadi 85 persen pada tahun 2015. Di Asia khususnya di Jepang, sekitar 88 persen komponen otomotif telah di daur ulang pada tahun 2005 dan akan meningkat pada tahun 2015 menjadi 95 persen.
Saat ini, komposit serat alam telah menjadi pilihan utama pada beberapa aplikasi di bidang industri dunia. Seperti produsen elekronik NEC dan mobil Toyota di Jepang (Toyota Corp. Japan,2005). Meski begitu, sampai saat ini komposit serat alam belum banyak digunakan di berbagai industri di Indonesia. Industri yang sudah memanfaatkannya, misalnya PT INKA Madiun yang telah mengaplikasikan komposit baik serat sintetik maupun serat alam sebagai komponen gerbang kereta api. Substitusi panel baja dengan panel komposit itu mencapai 60 persen (Sumber: www.suaramerdeka.com/cybernews).
Matrik dan penguat (serat) adalah unsur utama penyusun komposit. Matrik berfungsi mendistribusikan beban-beban ke serat serta melindungi serat-serat dari abrasi dan impak (Smallman dan Bishop, 1999). Sedangkan serat merupakan unsur utama penahan beban. Perbandingan komposisi antara matrik dan serat merupakan faktor penentu dalam memberikan karakteristik kekuatan komposit yang dihasilkan. Perbandingan ini dapat ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume serat (Vf).
commit to user
hydrophilic serat dapat memberikan kekuatan ikatan interfacial dengan matrik polimer secara optimal (Bismarck dkk, 2002).
Mishra dkk (2000) mengemukakan bahwa alkali treatment merupakan salah satu modifikasi serat yang dapat meningkatkan kekuatan serat dan kekuatan ikatan antar muka serat alam dan matrik. Potensi serat alam sebagai penguat komposit dapat dioptimalkan dengan menghilangkan kandungan-kandungan lain semisal lignin yang dapat menurunkan daya ikat antar muka serat dan matrik dengan alkali treatment.
Selama ini penelitian yang dilakukan untuk mendapatkan optimasi sifat tarik dari komposit serat alam adalah hanya memperhitungkan fraksi volume serat saja tanpa memperhitungkan ikatan permukaan serat dengan matrik. Oleh karena itu penelitian ini penting dilakukan untuk menyelidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap peningkatan sifat tarik bahan komposit berpenguat serat rami kontinyu searah dengan matrik unsaturated polyester serta untuk mengetahui optimasi variasi fraksi volume serat. Karakteristik mekanisme patahannya diamati dengan menggunakan foto makro.
1.2. Perumusan Masalah
Dari latar belakang masalah diatas, dapat dirumuskan permasalahan yaitu bagaimana pengaruh fraksi volume serat dan perlakuan alkali pada serat terhadap kekuatan tarik komposit Unsaturated Polyester berpenguat serat rami.
1.3. Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Properties serat rami dianggap homogen.
commit to user 1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Menyelidiki pengaruh fraksi volume serat rami (Vf) terhadap sifat tarik komposit.
b. Menyelidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat tarik komposit. c. Menyelidiki karakteristik penampang patahan komposit.
1.5. Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat, antara lain: a. Bagi peneliti diharapkan dapat memberikan pengetahuan dan pengalaman
tentang penelitian material komposit khususnya komposit berpenguat serat rami.
b. Bagi mahasiswa diharapkan hasil dari penelitaian dapat memberikan referensi untuk membuat penelitian dari bahan yang sejenis ataupun penelitian yang lebih luas.
c. Bagi industri dapat dipakai bahan pertimbangan dalam pengolahan serat rami untuk mengetahui sifat tarik dari komposit serta memberikan inovasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi untuk pemanfaatan serat rami di dunia industri.
commit to user BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Tinjauan Pustaka
Hasil penelitian awal yang dilakukan oleh Marsyahyo dkk (2005) menunjukkan bahwa diameter serat rami (jenis rami Cina super) dari Garut adalah sekitar 0,034 mm. Menurut Mueller dan Krobjilobsky (2003), massa jenis serat rami adalah 1,5 – 1,6 gr/cm3 dan kekuatan tarik serat rami berkisar 400 – 1050 MPa. Modulus elastisitas dan regangannya adalah sekitar 61,5 GPa dan 3,6%.
Widodo (2008) dalam penelitiannya menyatakan material komposit yang dibuat menggunakan matrik epoksi dengan penguat serat aren (ijuk) diperoleh kekuatan tarik komposit tertinggi pada fraksi berat serat 40% dari variasi fraksi volume serat 20%, 30%, 40%, 50%, dan 60%. Pada komposisi berat serat 20% dan 30%, dari ketiga spesimen yang telah di uji didapatkan kekuatan tarik rata-rata sebesar 2,58 MPa dan 2,25 MPa, lebih menurun dibandingkan dengan komposisi 100% dengan kekuatan tarik sebesar 3,69 MPa. Pada komposisi berat serat 40%, 50% dan 60% spesimen yang telah di uji kekuatan tarik rata-rata yang didapat cenderung meningkat dibanding 100% epoxy yaitu 5,13 MPa, 3,92 MPa, 3,76 MPa. Hal tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1, dimana spesimen dengan komposisi serat 40% mempunyai kekuatan tarik rata-rata yang tertinggi, namun hanya setengah dari kekuatan asal serat ijuk.
Diharjo dkk (2007) dalam penelitiannya menyatakan kekuatan dan modulus tarik serat kenaf adalah sekitar 200 - 300 MPa dan 20 - 30 GPa, sedangkan hasil uji tarik matrik poliester (UPRs) memiliki kekuatan tarik 50,70 Mpa dan modulus tarik 4,23 Gpa.Kekuatan serat kenaf menurun seiring dengan peningkatan waktu perendaman serat di dalam larutan alkali. Hal ini disebabkan oleh sifat larutan alkali yang mengikis lignin dan permukaan selulosa serat. Komposit kenaf acak-UPRs pada vf = 23% memiliki kekuatan tarik tertinggi pada kandungan hardener 1% (v/v), yaitu 40,14 Mpa. Peningkatan kekuatan tarik yang sangat besar terjadi pada komposit yang diperkuat serat kenaf kontinyu dengan hardener 1%. Pada vf = 54,63%, kekuatan dan modulus tarik bahan komposit ini
commit to user
adalah 216,8 Mpa dan 26,79 Gpa. Harga ini meningkat 123% dan 163,7% dibanding komposit pada vf = 20,13%. Studi perlakuan alkali (5% NaOH) komposit kenaf acak-UPRs menunjukkan bahwa pada perlakuan alkali selama 2 jam menghasilkan kekuatan tarik dan modulus teringgi untuk sembarang vf, dan selanjutnya diikuti oleh komposit yang diperkuat serat tanpa perlakuan. Pada vf = 40 %, kekuatan komposit tertinggi tersebut adalah sekitar 80 MPa dan modulus tariknya 10 GPa.
Gambar 2.1. Kekuatan tarik rata-rata dari berbagai macam komposisi serat ijuk-epoxy (Widodo, 2008).
commit to user
Gambar 2.2.Effect of percentage volume fraction of fiber on tensile strength of untreated and treated okra woven fiber reinforced polyester composites
X.Y. Liu dan G.C. Dai (2007) dalam risetnya yang berjudul Surface
Modification And Micromechanical Properties OfJute Fiber Mat Reinforced
Polypropylene Composites, menyimpulkan bahwa modifikasi permukaan serat
jute dengan perlakuan alkali adalah sangat efektif untuk meningkatkan ikatan
adhesi antara serat dan matrik dalam komposit polypropylene berpenguat serat
jute. Perlakuan alkali dapat menghilangkan lapisan lilin dan lemak pada serat
yang dapat menyulitkan serat dibasahi resin. Dari pengamatan dengan
SEM-micrograph, terlihat permukaan serat jute tanpa perlakuan alkali lebih halus
dibanding serat jute perlakuan alkali yang terlihat lebih kasar (Gambar 2.2).
Perlakuan alkali juga dapat meningkatkan kekuatan geser interfacial, kekuatan
tarik dan kekuatan mulur dari komposit (Tabel 2.1).
Tabel 2.1. IFSS and mechanical properties of jute fiber mat reinforced PP
commit to user
Gambar 2.3. SEM micrographs of: (a) untreated jute (5000×); (b) 5%NaOH treated jute (5000×); (c) untreated jute (10000×); and (d) 5%NaOH treated jute (10000×).
Ray dkk (2001) dalam penelitiannya Effect of alkali treated jute fibres on composite properties, memperoleh hasil bahwa perlakuan alkali (5% NaOH) pada serat jute dapat menaikkan kekuatan dari komposit serat jute. Tetapi durasi perlakuan serat yang lama dapat mengikis hemi selulosa pada serat jute, sehingga kekuatan serat jute menurun secara signifikan (Gambar 2.3).
commit to user 2.2. Kajian Teori Komposit
A. Pengertian Komposit
Kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis. Menurut Gibson (1994) 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. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya.
Sedangkan menurut Triyono dan Diharjo (1999) mengemukakan bahwa kata komposit (composite) merupakan kata sifat yang berarti susunan atau gabungan. Composite berasal dari kata kerja “ to compose“ yang berarti menyusun atau menggabung. Jadi secara sederhana bahan komposit berarti bahan gabungan dari dua atau lebih bahan yang berlainan.
Pada umumnya komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda yaitu:
· Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan yang lebih rendah.
· Penguat (reinforcement), umumnya berbentuk serat yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih kuat.
Komposit juga dapat dibagi menjadi tiga pengertian dasar (Urquhart, 1991), beberapa definisi komposit adalah sebagai berikut :
· Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi kristal, bila material yang disusun dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa, paduan, polimer dan keramik)
commit to user
· Makrostruktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih penyusun makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak larut satu dengan yang lain disebut material komposit.
Dari tiga pengertian diatas definisi secara makrostruktur yang sering dipakai.
B.Properties Komposit
Komposit merupakan paduan dari dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat yang berbeda, maka hasilnya akan diperoleh sifat serta karakteristik yang berbeda pula. Menurut Urquhart (1991) sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh :
· Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
· Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.
· Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.
C.Klasifikasi Komposit
Secara umum pengelompokan komposit dapat dibedakan menjadi dua, pengelompokan tersebut yaitu berdasarkan matrik dan penguatnya. Berdasarkan matriknya komposit dapat digolongkan menjadi tiga (Courtney, 1983) yaitu :
a) Komposit matrik logam (KML), yaitu logam sebagai matrik b) Komposit matrik polimer (KMP), yaitu polimer sebagai matrik c) Komposit matrik keramik (KMK), yaitu keramik sebagai matrik.
commit to user
a) Particulate composite, yaitu penguatnya berbentuk partikel b) Fibre composite, yaitu penguatnya berbentuk serat
c) Structural composite, yaitu cara penggabungan material komposit
Tetapi menurut Hadi (2000) dari bahan penguatnya, komposit terdiri dari dua macam, yaitu bahan komposit partikel (particulate composite) dan bahan komposit serat (fiber composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel-partikel yang diikat oleh matrik. Bentuk partikel-partikel ini dapat bermacam-macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan bentuk-bentuk yang tidak beraturan secara acak. Bahan komposit serat terdiri dari serat-serat yang diikat oleh matrik. Bentuknya ada 2 macam yaitu serat panjang dan serat pendek.
1. Bahan Komposit Partikel
Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari partikel-partikeldisebut bahan komposit partikel (particulate composite). Menurut definisinyapartikelnya berbentuk-beberapa macam seperti bulat, kubik, tetragonal atau bahkan bentuk-bentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi secara rata-rata berdimensi sama. Bahan komposit partikel umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat bahan komposit keramik (ceramic matrik composites). Bahan komposit partikel pada umumnya lebih lemah dibanding bahan komposit serat. Bahan komposit partikel mempunyai keunggulan, seperti ketahanan terhadap aus, tidak mudah retak dan mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik (Hadi, 2000).
2. Bahan Komposit Serat
commit to user
Dari pengelompokan diatas dapat digambarkan seperti dalam diagram dibawah ini:
Gambar 2.5. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya (Courtney, 1983).
Adapun pengilustrian gambar pengelompokan komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat dalam gambar dibawah ini:
Particulate Composite Fiber Composite Structural Composite
Gambar 2.6. Ilustrasi komposit berdasarkan penguat ( Ashby dkk, 1980)
D. Unsur Penyusun Komposit a. Serat
commit to user
botani dari Negeri Belanda yang bernama George E. Rumphius pada tahun 1660 di daerah India Timur dan diberi nama Ramium majus.
Kemudian pada tahun 1737 tanaman tersebut dideskripsi dalam Hortus Cliffortianus oleh Carl yon Linne (Linnaeus) menjadi Boehmeria nivea. Tanaman rami pertama kali diintroduksikan ke Negeri Belanda tahun 1733, Rami mulai ditanam di Indonesia sejak tahun 1937, yang mencakup wilayah pertanaman di Jawa Barat, Jawa Tengah, Jawa Timur, Sumatra Utara, dan Sulawesi (Anonim, 1986).
Rami merupakan tanaman tahunan dengan bentuk tanaman herba berumpun banyak yang menghasilkan serat dari kulit batangnya. Serat rami tergolong dalam serat panjang, kuat, dan baik untuk bahan baku tekstil karena memiliki struktur yang mirip dengan serat kapas (Berger, 1969; Buxton dan Greenhalgh, 1989). Untuk diambil seratnya, batang tanaman rami dipanen setiap dua bulan sekali dan diproses dengan mesin dekortikator sehingga menghasilkan serat kasar (china grass). Sebelum dipintalmenjadi benang, serat kasar yang masih banyak mengandung getah (gum) perlu dibersihkan melalui proses degumming, dan proses pemutihan serta pelemasan dengan pemberian minyak (oiling) sehingga menjadi serat yang putih dan lemas (rami top).
commit to user
Tabel 2.2.Sifat Mekanis Serat Alam (Muller dan Krobjilowski, 2003)
b. Unsaturated Polyester Resin (UPRs)
Unsaturated Polyester Resin merupakan jenis resin thermoset, dalam kebanyakan hal resin ini disebut polyester saja. Polyester merupakan resin cair dengan viskositas yang relatif rendah. Resin ini memilki sifat mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin lainnya. Selain itu, karakteristik dari resin ini adalah kaku dan rapuh. Mengenai sifat termalnya, polyester memilki suhu deformasi thermal lebih rendah daripada resin thermoset lainnya karena banyak mengandung monomer stiren dan ketahanan panas jangka panjangnya adalah kira-kira 110-1400 C. Polyester juga memilki ketahanan dingin dan sifat listrik yang lebih baik diantara resin thermoset (Wicaksono, 2006).
commit to user
Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay up sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin ini banyak digunakan dalam aplikasi komposit pada dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih, kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Billmeyer, 1984). Pengesetan termal digunakan Benzoil Peroksida (BPO) sebagai katalis. Temperatur optimal adalah 800-1300C, namun demikian kebanyakan pengesetan dingin yang digunakan. Metyl Etyl Keton Peroksida (MEKPO) digunakan sebagai katalis dan ditambahkan pada 1-2 % (Surdia dan Saito, 1985).
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin Unsaturated Polyester (UP) Yukalac 157Ò BTQN-EX. Pemberian bahan tambahan katalis jenis methyl ethyl ketton peroxide (MEKPO) pada resin UPRs berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing (Bilmeyer, 1984).
c. Katalis Metyl Etyl Keton Peroksida (MEKPO)
Katalis yang digunakan adalah katalis Methyl Ethyl Keton Peroxide (MEKPO) dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akibat mencampurkan katalis terlalu banyak adalah membuat komposit menjadi getas (Surdia dan Saito, 1985).
commit to user
Table 2.3. Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 (Sumber : Justus Kimia Raya, 1996)
2.3. Pengeringan Serat
Proses pengeringan adalah proses terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan. Dalam proses ini kandungan uap air udara lebih sedikit atau dengan kata lain udara mempunyai kelembaban relatif yang rendah, sehingga terjadi penguapan. Kemampuan udara membawa uap air bertambah besar jika perbedaan antara kelembaban udara pengering dengan udara disekitar bahan semakin besar. Faktor yang dapat mempercepat proses pengeringan adalah kecepatan angin atau udara yang mengalir dan penambahan temperatur. Akan tetapi pengeringan yang terlalu cepat dapat merusak bahan, yakni permukaan bahan terlalu cepat kering, sehingga tidak sebanding dengan kecepatan pergerakan air bahan ke permukaan. Hal ini menyebabkan pengerasan pada permukaan bahan (case hardening). Selanjutnya air bahan tidak dapat lagi menguap karena terhalang (Taib, dkk. 1988).
Kandungan air yang terkandung pada material terdiri dari (Reeb, 1995) : a. Air bebas (free water) adalah air yang terdapat di antara rongga sel selulosa.
Air bebas paling mudah dan terlebih dahulu keluar apabila mengalami
Item Satuan Nilai tipikal Catatan
Berat Jenis Gr/cm3 1,215 250
Kekerasan 40 Barcol GYZJ 934-1
Suhu distorsi panas 0C 70 Penyerapan air (suhu
Ruangan)
% 0,188 24 Jam
% 0,446 3 Hari
Kekuatan Fleksural Kg/mm2 9,4 Modulus Fleksural Kg/mm2 300
Daya Rentang Kg/mm2 5,5
Modulus rentang Kg/mm2 300
commit to user
pengeringan. Air bebas ini tidak mempengaruhi sifat dan bentuk kecuali berat. Bila air bebas telah keluar dan kondisi dinding sel jenuh air, maka dapat dikatakan suatu bahan telah mencapai kadar air titik jenuh serat (fiber saturation point).
b. Air terikat (bound water) adalah air yang berada di dalam sel selulosa. Air teikat ini sangat sulit untuk dilepas apabila mengalami pengeringan. Air terikat inilah yang dapat mempengaruhi sifat misalnya penyusutan.
Kadar air bebas sel selulosa pada serat harus dihilangkan, namun kadar air terikat di dalam sel harus dipertahankan agar tidak terjadi degradasi kekuatan serat selulosa (Diharjo, dkk. 2006). Penentuan kadar air pada serat dilakukan dengan membagi massa serat basah (massa awal) dengan massa serat setelah kondisi kering (massa tetap). Kadar air pada kayu dan serat dapat diketahui dengan menggunakan persamaan 2.1 (Simpson, 1997).
dengan catatan : Kdair = kadar air (%); Wa = massa serat basah (gr); Wo = massa kering serat (gr).
2.4. Fraksi Volume Serat (vf)
Jumlah perbandingan yang biasanya digunakan dalam pembuatan komposit adalah rasio berat (fraksi berat) dan rasio volume (fraksi volume), hal ini dikarenakan satuan dari matrik dan serat biasa dihitung dengan satuan massa dan satuan volume (Prayetno, 2007).
commit to user
dengan catatan : mf= massa serat (gr); mm= massa matrik (gr); ρf = massa jenis serat (gr/mm3); ρm = massa jenis matrik (gr/mm3).
2.5. Perlakuan Alkali
NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut dalam air dan termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna. Menurut teori Arrhenius, basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion OH negatif dan ion positif. Larutan basa memiliki rasa pahit, dan jika mengenai tangan terasa licin (seperti sabun). Sifat licin terhadap kulit itu disebut sifat kaustik basa. Salah satu indikator yang digunakan untuk menunjukkkan kebasaan adalah lakmus merah. Bila lakmus merah dimasukkan ke dalam larutan basa maka berubah menjadi biru. Untuk mendapatkan komposit dengan karakteristik yang baik dari bahan penguat serat alam, hal yang perlu diperhatikan adalah memperbaiki ikatan antarmuka serat alam dengan resin. Sifat alami serat adalah Hidrophylic, yaitu suka terhadap air berbeda dari polimer yang hidrophobic yaitu menolak air. Adanya perbedaan sifat tersebut dapat menurunkan kemampuan resin untuk mengikat serat. Pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami hidrophylic serat dapat memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal (Bismarck, dkk. 2002).
commit to user 2.6. Proses Pembuatan Komposit
Proses pembuatan komposit sangat beraneka ragam dari yang paling sederhana sampai dengan yang komplek dengan sistem komputerisasi. Tiap proses memiliki kelebihannya masing-masing. Ada berbagai macam proses yang dapat digunakan untuk membuat komposit antara lain metode hand lay-up, metode spray-up, metode vacuum bagging (Gibson, 1994).
Proses hand lay-up merupakan proses laminasi serat secara manual, dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit. Metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus. Fraksi serat yang tinggi dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan metode hand lay up dengan cetak tekan (press molding). Pada metode cetak tekan pengontrolan fraksi volume dapat dilakukan dengan menggunakan stopper (Rusmiyatno, 2007). Keuntungan metode hand lay up adalah peralatan sedikit dan harga murah, kemudahan dalam bentuk dan desain produk serta variasi ketebalan dan komposisi serat dapat diatur dengan mudah.
Gambar 2.8. Proses Hand Lay-Up (Gibson, 1994).
2.7. Kajian Teori Kekuatan Tarik
commit to user
untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan (Dieter, 1986).
Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, bahan uji ditarik sampai putus. Pengujian tarik dilakukan untuk mencari tegangan dan regangan (stress strain test). Dari pengujian ini dapat kita ketahui beberapa sifat mekanik material yang sangat dibutuhkan dalam desain rekayasa. Hasil dari pengujian ini adalah grafik beban versus perpanjangan atau elongasi (Pramono, 2008).
Hal-hal yang mempengaruhi kekuatan tarik komposit antara lain (Surdia, 1995) :
a. Temperatur
Apabila temperatur naik, maka kekuatan tariknya akan turun b. Kelembaban
Pengaruh kelembaban ini akan mengakibatkan bertambahnya absorbsi air, akibatnya akan menaikkan regangan patah, sedangkan tegangan patah dan modulus elastisitasnya menurun.
c. Laju Tegangan
Apabila laju tegangan kecil, maka perpanjangan bertambah dan mengakibatkan kurva tegangan-regangan menjadi landai, modulus elastisitasnya rendah. Sedangkan kalau laju tegangan tinggi, maka beban patah dan modulus elastisitasnya meningkat tetapi regangannya mengecil.
A. Tegangan Tarik
commit to user
· A0 = Luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan ( m2)
· σ = Engineering Stress ( Pa )
B. Regangan Tarik
Besarnya regangan adalah jumlah pertambahan panjang karena pembebanan dibandingkan dengan panjang daerah ukur mula-mula (gage length). Nilai regangan ini adalah regangan proporsional yang didapat dari garis proporsional pada grafik tegangan-tegangan hasil uji tarik komposit (Surdia T dan Saito, 1985). Regangan dapat dihitung dengan rumus :
(2.7)
Dengan catatan:
· ε = Engineering Strain (%)
· L0 = Panjang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan (mm) · ΔL= Pertambahan panjang (mm)
C. Modulus Elastisitas
Pada daerah proporsional yaitu daerah dimana tegangan dan regangan yang terjadi masih sebanding, defleksi yang terjadi masih bersifat elastis dan masih berlaku hukum Hooke. Besarnya nilai modulus elastisitas komposit yang juga merupakan perbandingan antara tegangan dan regangan pada daerah proporsional dapat dihitung dengan persamaan (Surdia T dan Saito, 1985):
(2.8)
commit to user
· E = Modulus Elastisitas atau Modulus Young ( Mpa). ·
σ
= Tegangan tarik (MPa)·
ε
= Regangan tarikGambar 2.9. Grafik regangan-tegangan (Dieter, 1986).
commit to user BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Alat dan Bahan
3.1.1. Bahan yang digunakan.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Serat rami
Serat rami didatangkan dari daerah Garut Jawa Barat. Sebelum digunakan serat rami dicuci dahulu untuk menghilangkan kotoran yang ada pada serat
Gambar 3.1. Serat Rami b. Matrik
Matrik yang digunakan adalah Unsa turated Polyester Resin (UPRs) Yukala c® 157 BTQN-EX yang diperoleh dari PT. Justus Kimia Raya Semarang. Ini berfungsi sebagai pengikat komposit.
Gambar 3.2. Unsatura ted Polyester Resin (UPRs) Yuka la c® 157 BTQN-EX
commit to user c. NaOH
Larutan NaOH diperoleh dari Kimia Farma Surakarta, ini digunakan untuk memberikan perlakuan alkali pada serat rami.
d. Katalis
Penelitian ini menggunakan katalis Methyl Ethyl Ketton Peroxide (MEKPO) yang diperoleh dari PT. Justus Kimia Raya Semarang. Katalis berfungsi untuk mempercepat pengerasan.
e. Release
Ini berfungsi untuk memudahkan pelepasan komposit dari cetakan.
3.1.2. Alat yang digunakan. a. Timbangan digita l
Timbangan yang digunakan untuk menimbang serat dan polyester adalah timbangan digita l.
Gambar 3.3. Timbangan digital c. Cetakan
Cetakan komposit terbuat dari besi cor. d. Oven pemanas
Alat ini digunakan untuk mengurangi kadar air pada serat.
commit to user e. Moisture Ana lyser
Alat ini digunakan untuk menyelidiki kadar air serat rami.
Gambar 3.5. Moisture Ana lyser f. Gelas ukur dan suntikan
Gelas ukur berfungsi untuk menakar matrik sesuai dengan hasil perhitungan. Suntikkan berfungsi untuk menakar katalis yang akan dicampurkan sesuai dengan hasil perhitungan.
g. Malam (lilin)
Malam atau lilin berfungsi sebagai bahan perapat sambungan plat pada cetakan agar campuran matrik dan katalis tidak merembes atau bocor keluar cetakan yang menyebabkan void pada tiap pojok cetakan.
h. Jangka sorong
Jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tebal spesimen. i. Gerinda
Gerinda tangan digunakan untuk membetuk spesimen uji tarik j. Press Mold
Balok penekan ini digunakan untuk menekan komposit k. Gelas corong dan pengaduk
commit to user
Gambar 3.6. alat-alat pembuat spesimen 3.2. Pelaksanaan Penelitian
3.2.1 Persiapan alat dan bahan
Alat-alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan komposit disiapkan seperti serat rami, resin, katalis, larutan NaOH dan peralatan yang menunjang lainnya dalam pembuatan spesimen.
3.2.2. Pengolahan Serat Rami a. Pencucian serat rami
Serat rami dicuci dengan menggunakan air bersih untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang masih menempel. Pencucian dilakukan dengan cara perendaman dan dilanjutkan penyemprotan dengan menggunakan air.
b. Perlakuan alkali serat rami
commit to user
lebih lanjut, baik untuk diuji maupun maupun dibuat menjadi mat serat (komposit).
Gambar 3.7. Perlakuan alkali serat. c. Pengeringan Serat
Setelah serat rami dilakukan pencucian air untuk menghilangkan kotoran dan perlakuan alkali telah dilakukan maka proses selanjutnya adalah pengeringan serat. Serat dikeringkan pada suhu kamar selama 48 jam. Tahap preparasi serat selanjutnya sebelum dilakukan pencetakan adalah menyelidiki karakteristik pengeringan serat (kadar air yang terkandung di dalam serat). Serat dikontrol kadar airnya dengan menggunakan alat moisture analyser yang berada pada laboratorium perpindahan panas jurusan teknik mesin universitas sebelas maret surakarta. Serat dengan berat awal 9,79 gram kemudian dikeringkan pada suhu 1050 C sampai kering (kadar air 0 %)
d. Pelurusan dan pemotongan serat rami
Setelah serat rami dibersihkan dan dilakukan perlakuan alkali kemudian serat yang masih kasar disisir menggunakan sisir baja. Setelah mendapatkan serat yang cukup, serat rami dipotong 2,5 cm untuk mendapatkan hasil yang merata pada komposit untuk masing-masing variasi.
commit to user 3.2.3. Pencetakan komposit
Proses pencetakan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
a. Cetakan yang digunakan untuk membuat spesimen dipersiapkan terlebih dahulu. Cetakan dibuat dengan panjang 180 mm, lebar 10 mm, dan tebal 3 mm.
b. Pelapisan seluruh permukaan cetakan yang akan bersentuhan dengan komposit menggunakan mika agar permukaan spesimen yang terbentuk menjadi halus dan rata.
c. Pengolesan relea ser pada permukaan mika untuk mempermudah pengambilan komposit dari cetakan.
d. Pemasangan stopper pada kedua ujung cetakan. Fungsi stopper ini selain untuk pembatas panjang juga berfungsi sebagai pemberi batas tebal panel komposit yang akan dibuat.
e. Pemanasan serat rami pada suhu 1050C selama ± 20 menit, kemudian dilanjutkan penyimpanan serat dalam kantok plastik yang sudah diberi silica gea l untuk menjaga kelembaban.
f. Penghitungan kebutuhan serat, matrik, dan katalis untuk masing-masing variasi pembuatan komposit skin.
g. Setelah cetakan, matrik dan serat siap, proses pencetakan komposit dimulai dengan memberikan matrik secara merata di dalam cetakan dan dilanjutkan dengan pemberian serat rami. Pemberian matrik dilakukan harus merata pada seluruh bagian. Proses ini dilakukan berurutan mulai dari fraksi volume 20%, 30%, 40%, dan 50%.
h. Setelah semua bahan dimasukkan ke dalam cetakan maka segera dilakukan proses penekanan cetakan dengan menggunakan dongkrak hidrolik manual (gambar 3.8).
i. Setelah itu proses pengeringan di ruang terbuka (curing) sekitar 4-6 jam, komposit dapat dikeluarkan dari cetakan kemudian dilanjutkan dengan postcure pada suhu 600 C selama 4 jam.
commit to user
PRESS MOLD
Papan
Mat Serat
Papan
Orientasi acak mat
Mat Serat Ramie
Gambar 3.9. Pembuatan Mat Serat Rami.
3.2.4. Perhitungan Kebutuhan Serat, Matrik, dan Katalis
Untuk memperoleh komposisi serat, matrik dan katalis yang digunakan dalam pembuatan komposit skin, maka terlebih dahulu dilakukan perhitungan untuk masing-masing variasi. Cara perhitungan adalah sebagai berikut :
a. Menentukan luasan komposit skin yang akan dibuat, dimensi komposit skin yang dibuat untuk satu kali cetak seperti pada gambar 3.9.
Gambar 3.10. Dimensi komposit skin serat Rami Maka volume komposit skin (Vc) = (180x100x3) mm = 54000 mm3. b. Menentukan kebutuhan serat, matrik, dan katalis pada fraksi volume 20%.
Volume serat = vf x Vc = 20% x 54000 mm3 = 10800 mm3 = 10,8 cm3. Sehingga kebutuhan massa serat (mf) = volume serat x massa jenis serat
= 10,8 cm3 x 1.5 gr/cm3= 16,2 gram. Volume matrik = vm x Vc = 80% x 54000 mm3 = 43200 mm3 = 43.2 cm3. Sehingga kebutuhan massa matrik = volume matrik x massa jenis matrik
= 43.2 cm3 x 1,215 gr/cm3 = 52,488 gram.
3 mm
100 mm
commit to user
Volume katalis = 1% x Vm = 1% x 43.2 cm3 = 0,432 cm3 = 0,432 mL. c. Menentukan kebutuhan serat, matrik, dan katalis pada fraksi volume 30%.
Volume serat = vf x Vc = 30% x 54 cm3 = 16,2 cm3.
Sehingga kebutuhan massa serat = 16,2 cm3 x 1,5 gr/cm3 = 24,3 gram. Volume matrik = 70% x 54 cm3 = 37,8 cm3.
Sehingga kebutuhan massa matrik = 37,8 cm3 x 1.215 gr/cm3 = 45,927 gram. Volume katalis = 1% x 37,8 cm3 = 0,378 cm3 = 0,378 mL.
d. Menentukan kebutuhan serat, matrik, dan katalis pada fraksi volume 40%. Volume serat = vf x Vc = 40% x 54 cm3 = 21,6 cm3.
Sehingga kebutuhan massa serat = 21,6 cm3 x 1,5 gr/cm3 = 32,4 gram. Volume matrik = 60% x 54 cm3 = 32,4 cm3.
Sehingga kebutuhan massa matrik = 32,4 cm3 x 1,215 gr/cm3 = 39,366 gram. Volume katalis = 1% x 32,4 cm3 = 0,324 cm3 = 0,324 mL.
e. Menentukan kebutuhan serat, matrik, dan katalis pada fraksi volume 50%. Volume serat = 50% x 54 cm3 = 27 cm3.
Sehingga kebutuhan massa serat = 27 cm3 x 1,5 gr/cm3 = 40,5 gram. Volume matrik = 50% x 54 cm3 = 27 cm3.
Sehingga kebutuhan matrik = 27 cm3 x 1,215 gr/cm3 = 32,805 gram. Volume katalis = 1% x 27 cm3 = 0,27 cm3 = 0,27 mL.
Setelah spesimen komposit skin telah dibuat, maka kemudian dilakukan pengecekan fraksi volume pada masing-masing spesimen yang telah jadi. Pengecekannya dengan cara menimbang berat spesimen komposit skin yang telah terbentuk. Contoh perhitungannya adalah sebagai berikut :
Massa komposit skin = 69,1 gram Massa serat = 16,2 gram
Massa matrik = massa komposit – massa serat = 69,1 gram – 16,2 gram
= 52,9 gram
commit to user
Volume serat = 19,87 %
Tabel 3.1. Data spesimen komposit skin yang telah dibuat. Fraksi volume
serat (%)
Massa serat (gram)
Massa komposit (gram)
Massa matrik (gram)
Fraksi volume serat real (%)
20 16,2 69,1 52,9 19,87
30 24,3 71 46,7 29,66
40 32,4 72,3 39,9 39,68
50 40,5 76,2 35,7 47,89
3.2.5. Pembuatan Spesimen Uji Tarik Komposit
Proses pembuatan spesimen dilakukan dengan proses permesinan yaitu dengan gerinda yang mengacu pada standar uji yang digunakan yaitu bentuk spesimen uji tarik berdasarkan standar ASTM D 638. Setiap spesimen diberi label dengan catatan jenis variasi untu menghindari kesalahan pembacaan.
Gambar 3.11. Bentuk spesimen uji tarik berdasar ASTM D-638 Keterangan gambar :
commit to user
B. WO- width overall 19 mm C.L - length of narrow section 57 mm D.Wc - width of narrow section 13 mm
E. R - radius of fillet 76 mm F. T - thickness 3 mm
G. G - gage length 50 mm H. D - distance between grips 115 mm
Pengujian tarik dilakukan dengan mesin UTM (Universa l Testing Ma chine) di laboratorium teknik mesin FT Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
Gambar 3.12. a. Mesin Uji Tarik UTM b. Spesimen Uji Tarik Komposit
3.2.6. Variasi Penelitian
Dalam pengujian tarik ini, variasi penelitian yang digunakan adalah variasi fraksi volume serat ( Vf ) adalah 20%, 30%, dan 40%. Dan variasi perendaman
NaOH selama 2 jam, 4 jam, 6 jam, dan 8 jam untuk optimasi fraksi volume serat.
commit to user Pengolahan Dan Analisa Data
KESIMPULAN
SELESAI
PENGUJIAN TARIK KOMPOSIT pembuatan spesimen uji tarik (ASTM D-638), post cure (suhu 600 selama 4 jam), dan pengujian di Lab. Teknik Mesin Sanata Dharma Yogyakarta
Data Hasil Pengujian
commit to user BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Kadar Air Serat Rami
Kadar air merupakan berat uap air dalam serat dibandingkan dengan berat kering tanur (oven) serat. Penghitungan kadar air serat dilakukan dengan menggunakan moisture analyser yang ada di Laboratorium Perpindahan Panas Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret. Serat rami sebesar 9,79 gram dipanaskan pada suhu 1050C, kemudian dalam selang waktu 5 menit dicatat penurunan kadar airnya. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Grafik hubungan antara kadar air serat rami dengan lama pengeringan serat rami.
Kadar air serat rami menurun seiring lamanya pengeringan serat dengan pemanasan pada suhu 1050C. Kadar air serat rami menurun secara signifikan pada menit ke enam pemanasan serat. Hal ini dikarenakan air bebas yang terdapat pada serat menguap dengan cepat dan selanjutnya air terikat pada serat akan menguap pada pemanasan selanjutnya. Dalam penelitian ini, kadar air dalam serat dipilih sekitar 9% berdasarkan penelitian sebelumnya (Diharjo, 2007).
commit to user
4.2. Pengaruh Kandungan Serat Terhadap Kekuatan Komposit Serat Rami
Data hasil pengujian tarik komposit berpenguat serat rami tanpa perlakuan alkali dengan matrik polyester dengan variasi fraksi volume serat ditunjukkan pada Tabel 4.2. Untuk memudahkan menganalisa data-data hasil penelitian ini, maka hasilnya dipaparkan dalam bentuk kurva sifat tarik komposit seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2.
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Rami Non Perlakuan
Variasi vf awal
Variasi vf real
Tegangan Tarik (MPa) Regangan (%) Modulus Elastisitas (GPa)
Min Maks
Rata-Gambar 4.2. Grafik hubungan antara tegangan tarik komposit serat rami dengan fraksi volume serat.
commit to user
tinggi fraksi volume serat maka kandungan serat dalam komposit akan semakin meningkat sehingga sangat berpotensi untuk memberikan dukungan yang lebih pada komposit untuk menahan beban.
Akan tetapi, volume serat yang tinggi tidak selalu memberikan pengaruh yang baik terhadap kekuatan komposit. Ini terbukti pada fraksi volume serat 47,89% terjadi penurunan kekuatan walaupun tidak signifikan yaitu sebesar 29,41 MPa (Gambar 4.2). Hal ini dapat dijelaskan bahwa kekuatan komposit tidak hanya dipengaruhi oleh jumlah serat saja, tetapi juga dipengaruhi jumlah matrik sebagai pengikat serat. Semakin tinggi fraksi volume serat otomatis volume matrik juga akan semakin berkurang. Dalam jumlah yang terlalu sedikit dibanding serat, matrik tidak mampu dengan baik mengikat antara serat satu dengan yang lain. Akibatnya pada saat pembebanan tarik, beban yang diberikan pada komposit tidak dapat dapat terdistribusi dengan baik dikarenakan ikatan antar serat lemah.
Komposit serat rami tanpa perlakuan alkali mempunyai nilai regangan tertinggi pada fraksi volume serat 47,89% yaitu 0,34%, sedangkan pada fraksi volume serat 19,87% mempunyai nilai regangan terendah 0,26% (Gambar 4.3). Sedangkan modulus tariknya memiliki nilai tertinggi pada fraksi volume 39,68% sebesar 10,3 GPa, sedangkan pada fraksi volume 19,87%, 29,66% dan 47,89% mempunyai harga modulus tarik yang masing-masing 8,7 GPa, 7,89 GPa, dan 9,29 GPa (Gambar 4.4). Nilai modulus tarik sangat dipengaruhi oleh regangannya, semakin rendah regangan yang terjadi maka nilai dari modulus tarik akan semakin tinggi.
commit to user
Gambar 4.3. Grafik hubungan regangan tarik komposit serat rami dengan fraksi volume serat.
commit to user
4.3. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Serat Rami.
Dari pengujian tarik yang telah dilakukan pada komposit berpenguat serat rami perlakuan alkali (5% NaOH) optimasi fraksi volume serat 39,68% diperoleh hasil seperti pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Tarik Komposit Serat Rami Perlakuan Alkali Fraksi Volume Serat 39,68%.
Variasi Tegangan Tarik (MPa) Regangan (%) Modulus Elastisitas (GPa) Min Maks
Rata-rata
Min Maks Rata-rata
Min Maks
Rata-rata 2 Jam 34,69 41,60 36,71 0,3 0,5 0,37 8,30 12,12 10,24 4 Jam 29,40 34,88 30,43 0,3 0,5 0,37 6,12 9,87 8,39 6 Jam 24,16 28,84 25,06 0,2 0,4 0,32 6,26 12,01 8,38 8 Jam 18,90 24,64 21,54 0,3 0,5 0,38 4,18 7,04 5,73
Untuk memudahkan menganalisa data-data hasil penelitian ini, maka hasilnya dipaparkan dalam bentuk kurva sifat tarik komposit seperti ditunjukkan pada Gambar 4.6.
commit to user
menyebabkan permukaan serat menjadi kasar sehingga memudahkan serat untuk dibasahi resin akibatnya ikatan antar muka serat dengan matrik menjadi lebih kuat. Perlakuan alkali pada serat dapat mengurangi lapisan lemah seperti lilin, lemak dan kotoran lainnya pada permukaan serat yang dapat menghalangi ikatan antara serat dan matrik (Liu dan Day, 2007). Komposit serat rami perlakuan alkali optimasi fraksi volume serat 39,68% memiliki kekuatan tarik maksimum pada perlakuan alkali selama 2 jam dengan nilai 41,60 MPa, kemudian kekuatan tariknya menurun seiring bertambahnya waktu perlakuan alkali. Ini dikarenakan perlakuan alkali yang lebih lama dapat merusakkan unsur selulosa pada serat (Ray dkk, 2001), padahal selulosa ini merupakan unsur pendukung utama kekuatan serat. Akibatnya serat rami yang diberi perlakuan alkali lebih lama mengalami penurunan kekuatan yang signifikan. Serat yang telah menurun kekuatannya menjadikan kekuatan komposit juga ikut turun.
commit to user
Gambar 4.7. Grafik hubungan antara modulus tarik komposit dengan lama perlakuan alkali serat rami.
4.4. Foto Makro Hasil Uji Tarik Komposit Serat Rami
Dari hasil pengujian tarik kompsit berpenguat serat rami tanpa ataupun dengan perlakuan alkali dapat dilihat beberapa bentuk patahan spesimen yang beragam. Kondisi ini tentu dipengaruhi oleh kesempurnaan ikatan antara serat dan matrik. Adanya ikatan yang kuat antara serat dan matrik akan membuat bentuk patahan spesimen yang lebih rapi dan permukaan patah yang cenderung rata. Untuk mengamati bentuk patahan pada masing-masing spesimen akibat dilakukan pengujian tarik maka dilakukan pengamatan visual (foto makro) pada masing-masing permukaan patahan spesimen.
commit to user
commit to user
Gambar 4.8. Foto penampang patahan spesimen ujitarik komposit serat rami non perlakuan. a. Komposit serat rami non perlakuan fraksi volume serat 20%.
b. Komposit serat rami non perlakuan fraksi volume serat 30%. c. Komposit serat rami non perlakuan fraksi volume serat 40%. d. Komposit serat rami non perlakuan fraksi volume serat 50%.
0,5 cm
Pull out
Pull out
Pull out Pull out
A
B
commit to user
Gambar 4.9. Foto penampang patahan spesimen ujitarik komposit serat rami perlakuan alkali. a. Komposit serat rami perlakuan alkali selama 2 jam.
b. Komposit serat rami perlakuan alkali selama 4 jam. c. Komposit serat rami perlakuan alkali selama 6 jam. d. Komposit serat rami perlakuan alkali selama 8 jam.
A
Pull out
Pull out
Pull out
B
C
commit to user 44
1. Komposit dengan penguat serat rami tanpa perlakuan dan matrik polyester (UPRs) dengan variasi fraksi volume serat memiliki kekuatan tarik tertinggi (29,54 MPa) pada fraksi volume serat 39,68% .
2. Komposit yang diperkuat serat rami perlakuan alkali (5% NaOH) selama 2 jam memiliki kekuatan tarik tertinggi yaitu sebesar 36,71 MPa.
3. Komposit berpenguat serat rami tanpa perlakuan alkali memiliki karakteristik kegagalan fiber pull out yang panjang dan banyak pada penampang patahan komposit, sedangkan pada komposit berpenguat serat rami perlakuan alkali memiliki fiber pull out yang lebih pendek dan sedikit.
5.2. Saran
Peneliti menyadari bahwa hasil penelitian ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, Oleh karena itu, peneliti sangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun demi kesempurnaan hasil penelitian ini. Selain itu penulis juga menyarankan beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses pencetakan komposit, antara lain :
1. Pada proses pembuatan serat acak hendaknya serat disusun merata agar memudahkan pencetakan,dan menghasilkan cetakan komposit yang tebalnya sama dalam satu bidang.
commit to user 45
