i
ANALISA KEKUATAN MEKANIS MATERIAL KOMPOSIT
BERPENGUAT SERAT TEBU DITINJAU DARI KEKUATAN
IMPACK DAN KEKUATAN TARIK
TUGAS AKHIR
BIDANG REKAYASA MATERIAL Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
EKO MAULUDIYANTO 201010120311121
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
vi
LEMBAR SURAT PERNYATAAN
Yang bertandatangan dibawah ini :
Nama : Eko Mauludiyanto NIM : 201010120311121
Tempat / Tanggal Lahir : Pasuruan, 9 September 1992 Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang Dengan ini menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material Komposit Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan Tarik”
yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi
(“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka sebagaimana mestinya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan sebagaimana mestinya.
Malang, 24 Januari 2015 Yang menyatakan,
vii ABSTRAK
Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak dihasilkan di pabrik-pabrik pengolahan gula tebu di Indonesia. Serat ini memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain merupakan hasil limbah pabrik gula tebu, serat ini dapat terdegredasi secara alami (biodegradability) sehingga nantinya dengan pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi permasalahan lingkungan.
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan analisa teknis berupa kekuatan tarik dan impack dari komposit berpenguat serat tebu dengan fraksi volume serat tebu 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%, pembuatan spesimen menggunakan metode hand lay-up, adapun persiapan bahan dan alat yaitu: serat tebu, resin poliester, katalis, timbangan digital, gelas ukur, dll. Cara pembuatan spesimen : menimbang serat tebu, menambahkan katalis 1%, meratakan resin ke dalam cetakan sesuai standar ASTM D 638-84 M1 dan standar ASTM D265. Kemudian melakukan pengujian sifat mekanik tarik dan impack untuk mengetahui sifat mekanik serat tebu.
Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan tarik tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar 10,046 N/mm2, sedangkan nilai kekuatan tarik terendah pada komposisi 5% sebesar 5,427 N/mm2.
Kemudian untuk kekuatan impack tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar 0,14 joule/mm2,
sedangkan nilai kekuatan impack terendah pada komposisi 0% sebesar 0,12 joule/mm2.
Kata kunci : Serat, Fraksi, Komposit
ABSTRACT
Fibrous from sugarcane waste (baggase) is organic waste are produced in factories in
Indonesia cane sugar processing. These fibrous have a fairly high economic value not only the result of
sugarcane mill waste, this fibrous is can benaturally degradation (biodegradability) so that later with
the use of a composite reinforcing fibers capable of addressing environmental problems.
This study conducted to obtain technical analysis in the form of tensile strength and impact of
composite sugarcane fiber with sugarcane fibrous volume fraction of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, this
manufacture of specimens using hand lay-up method. The material and tools for this test is:sugarcane
fiber, polyster, catalyst, digital scales of weight, metering glass,etc. the way for testing: to weigh
sugarcan, add catalyst 1% ensure good distribute polyster to casting based standart ASTM D 638-84
M1 and standart ASTM D625. then testing the tensile mechanical properties and impact to determine
the mechanical properties of sugarcane fibrous.
The results showed the highest values of tensile strength at the fiber composition of 20%
amounting to 10.046 N / mm2, while the lowest values of tensile strength at 5% composition of 5.427 N /
mm2. Then for top impact force on the fiber composition of 20% of 0.14 joules / mm2, while the lowest
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas akhir dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material Komposit Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan Tarik” ini akhirnya dapat terselesaikan.
Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ucapkan banyak terima kasih atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide, saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi ini. Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada :
1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan
terlupakan.
2. Bapak Drs. M. Jufri, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini dilakukan.
3. Bapak Murjito, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga terselesaikannya skripsi ini.
ix
6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.
7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010 A, B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.
8. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas bantuan kalian semuannya.
Dalam penyusunan skripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
Malang, 24 januari 2015
x DAFTAR ISI
COVER ... i
POSTER ... ii
LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI ... iii
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I... iv
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II ... v
LEMBARAN PERYATAAN ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL... xv
BAB IPENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 4
1.3. Tujuan Penelitian ... 5
1.4. Manfaat Penelitian ... 5
1.5.Batasan Masalah... 5
BAB IITINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1. Material komposit ... 6
2.2. Klasifikasi Material Komposit ... 8
xi
2.2.2. Komposit Laminat (laminated composite) ... 14
2.2.3. Komposit Partikel (particulated composite) ... 14
2.2.4. Komposit serpihan (flake komposite) ... 15
2.3. Polimer ... 16
2.3.1. Polimer thermoplast ... 18
2.3.2. Polimer thermoset ... 19
2.4. Matrik ... 20
2.4.1. Poliester ... 20
2.4.2. Katalis ... 22
2.5. Serat Tebu Sebagai Filler ... 22
2.6. Sifat- Sifat Material Komposit Polimer ... 24
2.6.1. Sifat Mekanik ... 24
2.6.1.1. Kekuatan tarik... 24
2.6.1.2. Kekuatan impack ... 27
2.7. Fraksi Volume Komposit ... 28
2.8. Metode Pembuatan Komposit dengan Hand Lay-Up ... 29
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ... 31
3.1. Metode Penelitian... 31
3.2. Tempat Penelitian... 32
3.3. Persiapan Bahan dan Alat ... 32
3.4. Penentuan Komposisi Spesimen Komposit ... 36
xii
3.6. Pengujian Mekanik Spesimen ... 39
3.7. Metode Analisa Data ... 41
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 42
4.1. Data Hasil Pengujian ... 42
4.1.1. Pengujian Impack ... 42
4.1.2. Pengujian Tarik ... 43
4.2. Pembahasan ... 44
4.2.1. Pembahasan Uji Impack... 44
4.2.2. Pembahasan Uji Tarik ... 50
BAB V KESIMPULAN... 56
5.1 Kesimpulan ... 56
5.2 Saran ... 56
DAFTAR PUSTAKA
xiii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Bahan klasifikasi komposit ... 7
Gambar 2.2 : Komposit serat ... 9
Gambar 2.3 : Model pengarahan filament satu arah dalam komposit... 11
Gambar 2.4 : Kurva tegangan-regangan untuk filamen dan matrik ... 13
Gambar 2.5 : Mikrostruktur lamina ... 14
Gambar 2.6 : Komposit Partikel... 15
Gambar 2.7 : Komposit serpihan ... 16
Gambar 2.8 : Struktur ikatan silang polimer thermoset ... 19
Gambar 2.9 : Tebu dan Serat Tebu ... 24
Gambar 2.10 : Kurva Tegangan dan regangan... 25
Gambar 2.11 : Uji Tarik ASTM D 638M ... 26
Gambar 2.12 : Ilustrasi skematis pengujian impack ... 28
Gambar 2.13 : Proses Hand Lay Up... 30
Gambar 3.1 : Diagram alir proses penelitian ... 31
Gambar 3.2 : Timbangan digital ... 33
Gambar 3.3 : Gelas ukur ... 33
Gambar 3.4 : Gelas dan sendok pengaduk ... 33
Gambar 3.5 : Alat bantu lain ... 34
Gambar 3.6 : Spesimen uji tarik sesuai ASTM D 638 M1 ... 35
Gambar 3.7 : Spesimen uji impact sesuai ASTM D265 ... 35
xiv
Gambar 4.2 : Hubungan Antara Harga Impack ... 46
Gambar 4.3 : Bentuk patahan spesimen impack ... 48
Gambar 4.4 : Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Percobaan ... 50
Gambar 4.5 : Hubungan Antara Tegangan Tarik ... 51
Gambar 4.6 : Hubungan Antara Regangan ... 53
xv DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin ... 21
Tabel 3.1 : Dimensi Uji tarik ASTM D 638 M1 ... 35
Tabel 3.2 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Impack ... 37
Tabel 3.3 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Tarik ... 38
Tabel 4.1 : Data Hasil Pengujian Impack... 42
Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian Tarik ... 43
Tabel 4.3 : Nilai Rata-rata Energi Serap dan Harga Impack... 44
Tabel 4.4 : Bentuk Patahan Spesimen Dilihat dari Luas Penampang ... 45
xvi
DAFTAR PUSTAKA
Hartono Y, Sukanto J, 2008. Analisa Teknis Kekuatan Material Komposit
Berpenguat Serat Ampas Tebu (Baggase).Jurnal, Universitas
Diponegoro, Semarang.
Budi N. R, 2010. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik
Poliester. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Shirley, S, 2012. Sifat-sifat Mekanik Komposit Serat
TKKS-Poliester.Jurnal, Universitas Lampung.
Sujito, 2013. Pengembangan Bahan Komposit Ramah Lingkungan
Berpenguat Serat Ampas Tebu dan Resin Biodegradable.Jurnal,
Universitas Jember.
Surdia, T. S, 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramita.
Djaprie, 1991. Teknologi Bahan. Jakarta: Erlangga.
M. Saefudin, 2014. Analisa Sifat Mekanik Material Komposit Dengan
Menggunakan Serat Bulu Domba. Skripsi, Universitas Muhammadiyah
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap material komposit. Perkembangan bidang ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Industri pembuatan pesawat terbang, perkapalan, mobil dan industri pengangkutan merupakan contoh industri yang sekarang mengaplikasikan bahan-bahan yang memiliki sifat berdensitas rendah, tahan karat, kuat, tahan terhadap keausan dan fatigue serta ekonomis sebagai bahan baku industrinya.
Hal ini mendorong pengembangan teknologi pembuatan material komposit berkembang lebih pesat untuk menjawab permintaan pasar, khususnya permintaan industri fabrikasi. Pemikiran dan penelitian tentang kombinasi antara bahan kimia atau elemen-elemen struktur dengan berbagai tujuan telah dilakukan. Di Indonesia sendiri penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang pembuatan berbagai macam material komposit untuk memenuhi bermacam-macam tujuan/kebutuhan telah banyak dilakukan baik dari kalangan pendidikan maupun perindustrian. (Yudo, H. 2008)
2
dipanen mencapai kurang lebih 1 tahun. Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan di pulau Jawa dan Sumatra. (Anonim. 2007)
Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak dihasilkan di pabrik-pabrik pengolahan gula tebu di Indonesia. Dari satu pabrik dihasilkan ampas tebu sekitar 35 – 40% dari berat tebu yang digiling. Serat ini memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain merupakan hasil limbah pabrik gula tebu, serat ini juga mudah didapat, murah, tidak membahayakan kesehatan, dapat terdegredasi secara alami (biodegradability) sehingga nantinya dengan pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi permasalahan lingkungan. (Indriani dan Sumiarsih. 1992)
Ampas tebu sebagian besar mengandung ligno-cellulose. Panjang seratnya antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro, sehingga ampas tebu ini dapat memenuhi persyaratan untuk diolah menjadi papan-papan buatan. Baggase mengandung air 48 - 52%, gula rata-rata 3,3% dan serat rata-rata 47,7%. Serat baggase tidak dapat larut dalam air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentosan dan lignin. (Husin, A. 2007)
3
jumlahnya dapat mencapai 90% dari setiap tebu yang diolah. Selama ini pemanfaatan ampas tebu sebagai bahan baku pembuatan particle board, bahan bakar boiler, pupuk organik dan pakan ternak bersifat terbatas dan bernilai ekonomi rendah. Pemanfaatan serat ampas tebu sebagai serat penguat material komposit akan mempunyai arti yang sangat penting yaitu dari segi pemanfaaatan limbah industri khususnya industri pembuatan gula di Indonesia yang belum dioptimalkan dari segi ekonomi dan pemanfaatan hasil olahannya.
Hasil penelitian ini sangat diharapkan adanya inovasi baru dalam pengembangan teknologi material komposit berpenguat serat non-sintetis di Indonesia. Selama ini industri masih menggunakan serat sintetis yang umumnya berupa serat gelas (fiberglass) sebagai bahan baku yang berfungsi sebagai serat penguat material komposit Fiberglass Reinforced Plastic. Kelemahan dari penggunaan serat gelas adalah harganya yang mahal, tidak dapat terdegredasi secara alami saat didaur ulang, pengolahannya membutuhkan proses kimiawi dan hanya disediakan oleh perusahaan-perusahaan tertentu saja. Oleh karena itu serat ampas tebu dapat dijadikan alternatif bahan baku, karena bahan ini mudah diperoleh karena hampir ada di seluruh pelosok Indonesia karena merupakan tanaman perkebunan yang banyak dibudidayakan oleh banyak petani di Indonesia, lebih ramah lingkungan karena merupakan serat natural dan pengolahannya yang lebih mudah.
4
serat sintetis oleh kalangan perindustrian di Indonesia yang pada akhirnya dapat mengurangi devisa negara yang melayang ke luar negeri.
Dari pertimbangan diatas maka penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan analisa teknis berupa kekuatan impak dari komposit berpenguat serat ampas tebu (baggase). Pengujian komposit berpenguat serat ampas tebu membandingkan arah serat sudut 00 dan 450, perlakuan serat pola anyaman, fraksi volume 44% matrik
polyester dan 56% serat ampas tebu, dengan metode hand lay up, hasil pengujian didapat harga kekuatan tarik tertinggi dimiliki oleh komposit dengan arah serat sudut searah 00. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan modulus elastisitas dari komposit berpenguat serat ampas tebu belum dapat memenuhi standar kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang disyaratkan BKI yakni : untuk arah serat sudut searah 00 kekuatan tariknya sebesar 1.69 kg/mm2 dan modulus elastisitasnya sebesar 115.85 kg/mm2, untuk arah serat sudut bersilangan 450 kekuatan tariknya sebesar 1.34 kg/mm2 dan modulus elastisitasnya sebesar 108.40 kg/mm2. (Yudo, H. 2008).
1.2Perumusan Masalah
1. Bagaimana kekuatan dari material komposit berpenguat serat tebu menerima kekuatan impak dan kekuatan tariknya?
5
1.3Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui kekuatan dari material komposit berpenguat serat tebu menerima kekuatan impak dan kekuatan tariknya. 2. Untuk mengetahui pengaruh variasi campuran resin polyster dan
serat tebu terhadap kekuatan impak dan kekuatan tarik dari material komposit berpenguat serat ampas tebu.
1.4Manfaat
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain : 1. Mengurangi limbah serat tebu.
2. Mengoptimalkan pemanfaatan serat tebu.
3. Sebagai rujukan untuk praktikum atau penulisan makalah bahan komposit lainnya.
4. Memuat informasi tentang serat tebu.
1.5Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu meluas dalam tugas akhir ini diperlukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Pengujian menggunakan alat uji impak dan uji tarik. 2. Proses pembuatan spesimen dengan metode hand lay up. 3. Pengujian menggunakan serat tebu kering.
4. Bahan campuran resin dan katalis
