JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, MANUFACTURES, MATERIALS AND ENERGY
Doi: 10.31289/jmemme.v6i1.6209
Available online http://ojs.uma.ac.id/index.php/jmemme
Analisis Kekuatan Mekanik Material Komposit yang Berpeluang Diaplikasikan pada Handle Rem Sepeda Motor
Analysis of Mechanical Strength of Composite Materials that Possibly Applicable on Motorcycle Brake Handle
Felyx Berkat Sihombing1, M. Yusuf Rahmansyah Siahaan1*, Rakhmad Arief Siregar1
1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Medan Area
Diterima: 30-11-2021 Disetujui: 27-03-2022 Dipublikasikan: 30-05-2022
*Corresponding author: E-mail: yusufsiahaan@staff.uma.ac.id
Abstrak
Dalam penelitian ini dipaparkan tentang karakteristik sifat kekuatan material komposit serat serabut kelapa dengan variasi kandungan resin dan katalis. Sifat kekuatan material yang diamati adalah perubahan kekuatan tarik titik luluh, modulus elastisitas dan regangan patah. Untuk memanfaatkan bahan sisa atau limbah dari sebuah kelapa dengan asumsi dapat memberikan potensi terhadap sifat kekuatan material komposit maka dilakukan pengujian tarik beban statis pada spesimen material yang dicetak sesuai dengan standar ASTM D3039M-14. Hasil pengujian tarik menunjukkan nilai tegangan tarik rata-rata tertinggi terdapat pada spesimen yang memiliki kandungan 5 % katalis dan 95 % resin dengan nilai 27,24 MPa. Untuk kekuatan luluh rata-rata tertinggi dimiliki spesimen pada komposisi 5 % katalis dan 95 % resin dengan nilai 9,73 MPa. Untuk modulus elastisitas rata-rata tertinggi terdapat pada spesimen yang memiliki kandungan 5 % katalis dan 95 % resin dengan nilai 7,77 MPa, dan yang terakhir untuk regangan patah rata-rata tertinggi dimiliki spesimen pada komposisi 15 % katalis dan 85 % resin dengan nilai εf 11,50 MPa.
Kata kunci ; komposit,resin polyester, serat kelapa, arah serat.
Abstract
This study describes the characteristics of the strength properties of coconut fiber composite materials with variations in resin and catalyst content. The observed material strength properties are changes in yield point tensile strength, modulus of elasticity and fracture strain. To utilize the residual or waste material from a coconut with the assumption that it can provide potential for the strength properties of the composite material, a static load tensile test was carried out on the printed material specimen according to the ASTM D3039M-14 standard. The results of the tensile test showed that the highest average tensile stress value was found in the specimen containing 5% catalyst and 95% resin with a value of 27.24 MPa. For the highest average yield strength, the specimen has a composition of 5% catalyst and 95%
resin with a value of 9.73 MPa. The highest average modulus of elasticity was found in the specimens containing 5%
catalyst and 95% resin with a value of 7.77 MPa, and finally, for the highest average fracture strain, the specimens had a composition of 15% catalyst and 85% resin with a value of 𝜀𝑓 11.50 MPa.
Keywords ; composite, polyester resin, coconut fiber, fiber direction.
How to Cite: Sihombing, F.B. 2022, Analisis Kekuatan Mekanik Material Komposit yang Berpeluang Diaplikasikan pada Handle Rem Sepeda Motor , JMEMME (Journal of Mechanical Engineering, Manufactures, Materials and Energy), 6 (01): 86-93
PENDAHULUAN
Material komposit dihasilkan dari suatu struktur yang tersusun atas beberapa bahan pembentuk tunggal yang digabungkan menjadi struktur baru dengan sifat yang lebih baik dibandingkan dengan masing-masing bahan pembentuknya [1]. Oleh karena bahan pembentuknya berupa serat (fiber) maka disebut komposit serat, jadi komposit serat dibentuk menggunakan bahan utama berupa serat yang diikat menggunakan bahan perekat atau pengikat[2]. Komposit dapat didefenisikan sebagai suatu bahan baru hasil rekayasa dari dua atau lebih bahan yang berbeda sifat kimia maupun fisikanya untuk membuat bahan baru dengan sifat unik [3].
Komposit mengandung sifat-sifat tertentu yang dibedakan atas sifat fisik, mekanik, thermal, dan korosif. Salah satu yang khusus dari sifat tersebut adalah sifat mekanik [4]. Sifat mekanik material, merupakan salah satu faktor utama yang mendasari pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat dipahami sebagai respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi atau gabungan keduanya. Sifat mekanik digolongkan atas tegangan (stress), regangan (strain), titik luluh (yield strength), dan modulus elastisitas [5]–[7]. Sifat mekanik memanifestasikan salah satu acuan untuk dilakukan proses selanjutnya terhadap suatu material. Untuk mengetahui sifat mekanik pada suatu material harus dilakukan proses pengujian spesimen terhadap material komposit tersebut [8]–[10]. Proses pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui nilai kekuatan tarik, regangan, dan modulus elastisitas.
Penelitian ini bertujuan untuk menguji kekuatan spesimen material komposit berpenguat serat sabut kelapa, menganalisis kekuatan material komposit dan mengaplikasikan material komposit menjadi handle rem sepeda motor [11].
Beberapa penelitian sebelumnya telah dilakukan dalam pengembangan material komposit, antara lain papan tiruan dari batang pisang [12], penguat beton kolom dari komposit laminat [13]–[16], roda skate board dari serbuk batang pisang [17], papan tiruan dari tongkol jagung [18], papan komposit dari sabut kelapa [19], [20], dll. Tujuan penelitian ini ialah untuk memperoleh nilai tegangan tarik, kekuatan luluh (yield strength), modulus elastisitas, dan regangan dari bahan komposit berpenguat sabut kelapa.
Metode yang dipakai dalam penelitian ini yaitu metode eksperimen dengan pengujian tarik. Alat dan bahan dalam penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Uji Tarik dilakukan dengan menggunakan mesin RTG Series TENSILON seperti terlihat dalam Gambar 3. Tahap yang dilakukan pada metode eksperimen ini meliputi:
membandingkan variabel 1 dengan variabel lain, keseluruhan modul diperlihat dalam Tabel 1.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Gambar 1. Bahan pembuatan cetakan body, jig/penjepit spesimen (a) lembaran kaca (b) double tap foam hijau (c) mirorr glaze (d) master cetakan kaca jig/penjepit spesimen
(e) cetakan silikon jig/penjepit spesimen (f) silikon rubber RTV-14.
Gambar 2. Bahan penelitian (a) Resin (b) Katalis (c) Serat sabut kelapa.
Gambar 3. Alat penelitian (a) Mesin uji tarik (b) Komputer
Pembuatan spesimen dengan masing-masing jumlah variabel yang ditentukan dalam proses pembuatan spesimen komposit berpenguat serat sabut kelapa dapat dilihat pada Tabel 1. Standart ASTM D 3039M-14 menetapkan ukuran spesimen material = 175 mmL x 25 mmW x 2 mmT seperti ditunjukkan Gambar 4. Hasil cetakan spesimen tersebut untuk bagian jig/penjepit disatukan dengan cara di lem alteco seperti terlihat pada Gambar 5 dan 6.
Tabel 1. Variabel spesimen
Variabel Jumlah serat Perbandingan resin + katalis (ml) 1
2
3 5 serat sabut kelapa searah
Katalis 5 % dan resin 95 % Katalis 10% dan resin 90 % Katalis 15 % dan resin 85 %
Gambar 4. Ukuran spesimen komposit
Gambar 6. Komposisi spesimen uji
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengujian tarik spesimen material komposit berpenguat serat sabut kelapa terhadap letak posisi patahan spesimen material dapat kita lihat pada Gambar 7.
Berdasarkan proses pengujian spesimen material yang telah dilakukan, maka data hasil pengujian tarik diperlihatkan dalam masing-masing Tabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3 yaitu tegangan luluh, modulus elastisitas dan regangan secara berurutan.
Gambar 7. Bentuk patahan spesimen Tabel 1. Tegangan luluh.
Pengujian 𝜎𝑦 (MPa)
5 % Katalis, 95 resin 10 % Katalis, 90 resin 15 % Katalis, 85 resin
1 10,05 6,82 4,79
2 8,22 9,79 2,99
3 10,94 7,37 3,06
Tabel 2. Modulus elastisitas.
Pengujian E𝑦 (MPa)
5 % Katalis, 95 resin 10 % Katalis, 90 resin 15 % Katalis, 85 resin
1 6,062 6,971 3,996
2 7,337 8,179 3,484
3 9,925 7,363 2,894
Tabel 3. Regangan.
Pengujian 𝑦
5 % Katalis, 95 % resin
10 % Katalis, 90 % resin
15 % Katalis, 85 % resin
1 0,0705 0,0647 0,1481
2 0,0621 0,0726 0,1497
3 0,0304 0,0470 0,1473
Tabel 4. Hasil karakteristik teknik.
Kriteria desain
Factor pemberat Variabel 1 Score Variabel 2 Score Variabel 3 Score
Biaya bahan 0,11 6 0,66 6 0,66 6 0,66
Biaya produksi 0,11 7 0,77 7 0,77 7 0,77
Tegangan tarik 0,18 9 1,62 8 1,44 6 1,08
Kekuatan luluh 0,17 8 1,36 7 1,19 6 1,02
Modulus Elastisitas 0,18 9 1,62 8 1,44 6 1,08
Regangan patah 0,17 6 1,02 7 1,19 9 1,53
Waktu 0,08 7 0,56 7 0,56 7 0,56
Rank
7,61 7,25 6,7
1 2 3
Keseluruhan proses pengujian tarik terhadap benda uji (spesimen) selesai dilakukan dan memperoleh data-data teknik yang dibutuhkan maka dilakukan analisis menggunakan Matrik keputusan pemberat (Weighted Decision Matrix) untuk perbandingan dengan faktor desain lainnya. Hasil matrik keputusan pemberat diperlihatkan dalam Tabel 4. Rangking 1, diperoleh variable 1 yaitu kandungan 5 % katalis dan 95 % resin dengan score 7,61 yang berarti variabel 1 lebih baik karakteristik tekniknya dari variabel 2 dan 3. Kekuatan material komposit berserat sabut kelapa memiliki peluang untuk dapat diaplikasikan pada pembuatan handle rem sepeda motor, tetapi harus menyesuaikan perbandingan komposisi resin 95 % dan katalis 5 % serta pada saat proses pengadukan harus merata agar meminimalisir terjadinya void (gelembung) sehingga di dapat hasil yang maksimal [21]. Pengaplikasian komposit serat sabut kelapa menjadi handle rem sepeda motor diperlihatkan dalam Gambar 7.
( a ) ( b )
Gambar 7. Handle rem (a) produk pasar (b) produk material komposit.
KESIMPULAN
Pengujian spesimen material komposit berpenguat serat sabut kelapa dilakukan menggunakan mesin uji tarik universal testing machine untuk memperoleh nilai tegangan tarik, kekuatan luluh (yield strength), modulus elastisitas, dan regangan. Hasil analisis diperoleh nilai tegangan tarik rata-rata tertinggi terdapat pada spesimen komposisi 5 % katalis dan 95 % resin dengan nilai 27,24 MPa, sedangkan regangan rata-rata tertinggi terdapat pada spesimen kandungan bahan 15% katalis dan 85 % resin dengan nilai 11.50 MPa. Untuk kekuatan luluh (yield strength) rata-rata teringgi terdapat pada spesimen komposisi 5 % katalis dan 95 resin dengan nilai 9,73 MPa dan yang terakhir untuk modulus elastisitas rata-rata tertinggi terdapat pada spesimen kandungan bahan 5 % katalis dan 95 % resin dengan nilai 7,77 MPa. Pengaplikasian terhadap pembuatan handle rem sepeda motor dari material komposit berpenguat serat sabut kelapa dapat berhasil dilakukan.
PENGHARGAAN
Penelitian ini didanai oleh Kegiatan Penelitian dalam Hibah Pendidikan Tinggi Program Kompetisi Kampus Merdeka (PKKM) Tahun Anggaran 2021 Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan yang dimenangkan Program Studi Teknik Mesin Universitas Medan Area.
REFERENSI
[1] G. E. Dieter, Metalurgi Mekanik. Jakarta: Erlangga, 1993.
[2] M. R. Hartono, Pengenalan Teknik Komposit. Yogyakarta: CV. Budi Utama, 2016.
[3] N. Herlina, Material Teknik. Yogyakarta: CV. Budi Utama, 2018.
[4] A. Hidayat, Elemen Mesin. Jakarta: Graha Ilmu, 2008.
[5] E. Budiyanto and Handono, Pengujian Material. Lampung: CV. Laduny Alifatama, 2020.
[6] C. Nagaraj, D. Mishra, and J. D. P. Reddy, “Estimation of tensile properties of fabricated multi layered natural jute fiber reinforced e-glass composite material,” Mater. Today Proc., vol. 27, no. 8, pp. 1443–1448, 2020, doi: 10.1016/j.matpr.2020.02.864.
[7] M. Souisa, “Analisis Modulus Elastisitas Angka Poisson Bahan Dengan Uji Tarik,” J. Barekeng, vol.
5, no. 2, pp. 9–14, 2011.
[8] D. Pinem, Mekanika Kekuatan Material Lanjut. Bandung: Rekayasa Sains, 2010.
[9] Daryanto, Dasar-Dasar Teknik Mesin. Jakarta: PT. Rineka Cipta, 2007.
[10] R. Y. Hutahaean, Mekanika Kekuatan Material. Jakarta: Graha Ilmu, 2014.
[11] J. Chenoweth, Kekuatan Bahan Terapan. Jakarta: Erlangga, 1991.
[12] A. J. Zulfikar, “The Flexural Strength of Artificial Laminate Composite Boards made from Banana Stems,” Budapest Int. Res. Exact Sci. J., vol. 2, no. 3, pp. 334–340, 2020.
[13] M. Y. Yuhazri, A. J. Zulfikar, and A. Ginting, “Fiber Reinforced Polymer Composite as a Strengthening of Concrete Structures: A Review,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 1003, no. 1, pp.
1–12, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/1003/1/012135.
[14] A. T. Muzakir, A. J. Zulfikar, and M. Y. R. Siahaan, “Analisis Kekuatan Tekan Beton Kolom Silinder Diperkuat Komposit Hibrid Laminat Jute E-Glass Epoksi,” JCEBT (Journal Civ. Eng. Build. Transp., vol. 6, no. 1, pp. 12–19, 2022.
[15] D. Alamsyah, A. J. Zulfikar, and M. Y. R. Siahaan, “Optimasi Kekuatan Tekan Beton Kolom Silinder Diperkuat Selubung Komposit Laminat Jute Dengan Metode Anova,” JCEBT (Journal Civ. Eng. Build.
Transp., vol. 6, no. 1, pp. 30–36, 2022.
[16] N. Hidayat, A. J. Zulfikar, and M. Y. R. Siahaan, “Analisis Kekuatan Tekan Struktur Beton Kolom Silinder Diperkuat Komposit Laminat Hibrid Jute E-glass Epoksi Eksperimental dan ANOVA,”
JCEBT (Journal Civ. Eng. Build. Transp., vol. 6, no. 1, pp. 37–44, 2022.
[17] A. J. Zulfikar and M. Y. R. Siahaan, “Analisis Signifikansi Roda Skateboard Berbahan Komposit Serbuk Batang Pisang Terhadap Perfoma Kecepatan Dengan Metode Anova,” J. Rekayasa Mater.
Manufaktur dan Energi, vol. 4, no. 2, pp. 83–90, 2021, [Online]. Available:
http://jurnal.umsu.ac.id/index.php/RMME/article/view/8068.
[18] D. N. H. Sari, Teknologi Papan Komposit Diperkuat Serat Jagung. Yogyakarta: CV. Budi Utama, 2019.
[19] M. Astiks, “Sifat Mekanis Komposit Polyester Dengan Penguat Serat Sabut Kelapa,” J. Energi Dan Manufackur, vol. 6, no. 2, pp. 115–122, 2013.
[20] R. D. Waldhy, “Pengaruh Siklus Thermal Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Unsaturated Polyester Serat Kelapa,” J. Stator, vol. 1, no. 1, pp. 121–123, 2018.
[21] Boedijanto, “Analisis Pembuatan Handle Rem Sepeda Motor dari Bahan Piston,” J. flywheel, vol. 2, no. 1, pp. 34–40, 2009.
