SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT WIDURI
( Calotropis Gigantea ) DENGAN MATRIK EPOXY
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
FRANCISCUS XAVERIUS DONY KRISTANTO
NIM : 025214013
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
MECHANICAL PROPERTIES OF WIDURI FIBRE
( Calotropis Gigantea ) COMPOSITE
WITH EPOXY MATRIX
FINAL PROJECT
Submitted for The Partial Fulfillment of The Requirements
for The Degree of Mechanical Engineering of
Mechanical Engineering Study Program
By :
FRANCISCUS XAVERIUS DONY KRISTANTO
Student Number : 025214013
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
Halaman Persembahan
Kupersembahkan untuk …
Tuhan Yesus Kristus,
Bapak dan Ibuku
&
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi manapun, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara
tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 26 Juli 2007
Penulis
KATA PENGANTAR
Syukur kepada Tuhan yang telah melimpahkan rahmat serta kasih-Nya kepada
penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas
Akhir ini tidak mungkin dapat terselesaikan dengan baik tanpa bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Romo Ir. Gregorius Heliarko, SJ., SS., B.ST., M.A., M.Sc. Selaku Dekan
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik
Mesin.
3. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T. atas bimbingan dan nasehatnya selama
penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Para Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik kami dengan
pengetahuan yang sangat membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
5. Bapak Martono, Bapak Intan dan Bapak Ronny yang telah membantu
dalam penelitian Tugas Akhir ini.
6. Bapak Tri yang telah membantu dalam birokrasi selama penyusunan
Tugas Akhir ini.
7. Mas Rory (Bintang Akuarium) yang telah membantu dalam penyediaan
cetakan kaca.
8. Orangtuaku Petrus Slamet dan Margaretha Murwati atas doa, semangat
9. Adik-Adikku Natalia Ety Krismawati dan Antonius Lukito Dwi Satrio atas
doa, kasih, semangat yang telah diberikan.
10. Fransisca Evy Rosiana Dewi atas doa, kasih, semangat, bantuan, dan
dukungannya selama ini.
11. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Lambang, Bravi, Budi, Lukas,
Kirun, Sigit, Wibi, Angga dan Beny atas kerjasamanya selama penyusunan
Tugas Akhir ini.
12. Teman-temanku : Joe, Aan, Hery, Tejo, Simon, Jimmy, Welly, Alex,
Anggoro, Sepi, Ige, Yusak, dan semua teman yang telah turut memberikan
dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini baru permulaan dan sekiranya ada kekurangannya, Penulis
mohon saran dan kritik yang membangun untuk Tugas Akhir ini. Semoga Tugas
Akhir ini dapat bermanfaat dan berguna bagi para pembacanya.
Yogyakarta, 26 Juli 2007
3.4.1.2 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Impak………42
BAB IV HASIL PENELITIAN DN PEMBAHASAN………..54
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya…….3
Gambar 2.1 Jenis-Jenis Orientasi Serat………..16
Gambar 2.2 Mesin Uji Tarik………...19
Gambar 2.3 Alat Uji Impak Charpy………...20
Gambar 3.1 Skema Jalan Penelitian………...22
Gambar 3.2 Resin dan Hardener Epoxy………...24
Gambar 3.3 Tumbuhan Kapas Widuri………...25
Gambar 3.4 Release Agent (MAA)………26
Gambar 3.5 Buah Kapas Widuri yang Masih Dipohon………...27
Gambar 3.6 Buah Kapas Widuri yang Sudah Dibuka………27
Gambar 3.7 Serat Kapas Widuri yang Sudah Kering………28
Gambar 3.8 NaOH Pro Analisis………...29
Gambar 3.14 Cetakan Komposit untuk Pengujian Impak………..37
Gambar 3.15 Cetakan Matrik/Resin untuk Pengujian Impak………38
Gambar 3.16 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Tarik Matrik………50
Gambar 3.17 Spesimen Uji Matrik………50
Gambar 3.19 Spesimen Uji Komposit………...51
Ganbar 3.20 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Impak Matrik………52
Gambar 3.21 Spesimen Uji Impak Matrik……….52
Gambar 3.22 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Impak Komposit…………..53
Gambar 3.23 Spesimen Uji Impak Komposit………53
Gambar 4.1 Grafik Energi Patah Rata-Rata………...57
Gambar 4.2 Grafik Keuletan Rata-Rata……….………....57
Gambar 4.3 Patahan Pada Matrik………...59
Gambar 4.4 Patahan Pada Komposit (Tanpa Perendaman NaOH)………59
Gambar 4.5 Patahan Pada Komposit (2,5% NaOH)………...59
Gambar 4.6 Patahan Pada Komposit (5% NaOH)……..………...60
Gambar 4.7 Patahan Pada Komposit (7,5% NaOH)………..………....60
Gambar 4.8 Patahan Pada Uji Tarik Matrik………..……….62
Gambar 4.9 Grafik Kekuatan Tarik dan Regangan Matrik Epoxy……….……...62
Gambar 4.10 Grafik Kekuatan Tarik Rata-Rata Benda Uji Komposit…………..65
Gambar 4.11 Grafik Tegangan Tarik Rata-Rata..………..66
Gambar 4.12 Grafik Regangan Rata-Rata Benda UJi Komposit…………..…….66
Gambar 4.13 Grafik Regangan Rata-Rata………..………...67
Gambar 4.14 Patahan Uji Tarik Komposit (Tanpa Perendaman NaOH)……...68
Gambar 4.15 Patahan Uji Tarik Komposit (2,5% NaOH)……….68
Gambar 4.16 Patahan Uji Tarik Komposit (5% NaOH)………69
Gambar 4.17 Patahan Uji Tari Komposit (7,5% NaOH)………...69
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Impak Resin epoxy...54
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat...55
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (2,5% NaOH)...55
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (5% NaOH)...55
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (7,5% NaOH)...56
Tabel 4.6 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata...56
Tabel 4.7 Sifat Mekanik Matrik Epoxy...61
Tabel 4.8 Sifat Mekanik Komposit Tanpa Perendaman Serat...63
Tabel 4.9 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (2,5%NaOH)...63
Tabel 4.10 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (5%NaOH)...64
Tabel 4.11 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (7,5%NaOH)...64
INTI SARI
Pohon kapas widuri merupakan tumbuhan yang banyak terdapat di Indonesia khususnya di daerah tepi pantai.Pemanfaatan Kapas Widuri ini masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat. Pada penelitian ini, penulis membuat komposit menggunakan serat kapas widuri sebagai reinforcement agent dan resin EPOXY sebagai matriks. Sebelum pembuatan komposit, serat kapas widuri direndam dalam larutan NaOH selama 3 jam. Konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 2,5%NaOH, 5%NaOH, dan 7,5%NaOH. Orientasi serat dalam pembuatan komposit ini adalah acak Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini yakni pengujian tarik , pengujian impak dan pengujian mikro.
BAB I
keperluan industri maupun keperluan sehari hari, manusia berusaha menemukan
unsur / menyatukan beberapa unsur bahan menjadi satu bahan campuran yang
mempunyai sifat jauh lebih baik dari bahan sebelumnya.
Melihat betapa pentingya bahan-bahan teknik pada industrialisasi dan
menunjang persaingan bebas dengan negara industri lainnya maka perlu dipelajari
dan diketahui pencetakan komposit, bagaimana cara membuat cetakan komposit ,
proses pencampuran antara serat dan matrik, proses pencetakan pada cetakan
komposit, bertolak dari pemikiran tersebut penulis tertarik untuk mempelajari
komposit yang dituangkan dalam bentuk tugas akhir dengan judul : “Sifat
Mekanis Serat Kapas Widuri Dengan Matrik Epoxy.”
Akhir-akhir ini, bahan komposit merupakan bahan teknik yang banyak
digunakan dan terus dikembangkan. Sebagaimana kita ketahui komposit
merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat gabungan, yaitu gabungan antara
aplikasi komposit terbukti efektif pada penggunaannya sebagai bahan teknik.
Keunggulan komposit dibandingkan dengan bahan logam (Jones,1975) adalah :
1. Dapat dirancang dengan kekuataan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat
memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam.
2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.
3. Daya redam bunyi yang baik.
4. Komposit dapat dirancang terhindar dari korosi.
5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan (appearance) dan
kehalusan permukaan yang lebih baik.
Komposit serat merupakan perpaduan anrara serat sebagai komponen penguat
dan matrik sebagai komponen penguat serat. Serat biasanya mempunyai kekuatan
dan kekakuan yang lebih besar dari pada matrik dan pada umumnya bersifat
ortotropik. Pada saat serat dan matrik dipadukan untuk menghasilkan komposit,
kedua komponen tersebut tetap mempertahankan sifat-sifat yang dimilikinya dan
secara langsung akan berpengaruh terhadap sifat komposit yang dihasilkan.
Secara khusus dapat dikatakan bahwa harga kekuatan maupun kekakuan komposit
terletak diantara kekakuan dan kekuatan serat dan matrik yang digunakan.
Di bawah ini gambar 1.1 dicantumkan grafik kekuatan tarik komposit dan
Gambar 1.1 Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya
Pada komposit berpenguat serat dapat kita jumpai berbagai jenis bahan serat
yang digunakan sebagai bahan penguat. Adapun secara garis besar
dikelompokkan menjadi dua, yaitu :
1. Serat Sintetik (buatan).
Adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik.
Contoh : serat gelas, keramik.
• Kelebihan Serat Sintetik :
- Mempunyai kekuatan yang tinggi.
- Homogen
- Harga relative rendah.
- Isolator listrik yang baik.
- Bersifat tahan korosi.
• Kekurangan Serat Sintetik :
- Tidak dapat didaur ulang.
- Serbuk / debu dari serat dapat menjadi racun apabila terhirup
2. Serat Organik
Adalah serat yang berasal dari bahan organik / berasal dari bahan alam.
Contoh : selulosa, grafit, serat pandan, serat rami, serat kelapa.
• Kelebihan Serat Organik :
ditemui didalam kehidupan sehari-hari. Serat kapas widuri ini biasanya terdapat
pada pesisir pantai dan untuk saat ini serat ini belum ada yang
mengembangkannya. Penelitian pada komposit berpenguat serat kapas widuri
(organik) sangat jarang dilakukan, maka dilakukan penelitian pada komposit
berpenguat serat kapas widuri (organik). Yaitu bagian buahnya untuk mengetahui
sifat-sifat mekanik komposit.
Penelitian yang diajukan untuk program Sarjana ini adalah menentukan
pencetakan komposit yang optimal, pembuatan cetakan komposit.. Matriks yang
akan digunakan adalah Epoxy yang sering digunakan sebagai pengikat kayu
partikel.
1.2.TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui :
1. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat kapas widuri dengan perendaman
NaOH terhadap kekuatan tarik serat dan regangan pada komposit.
2. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat kapas widuri dengan perendaman
NaOH terhadap ketahanan patah dan keuletan pada komposit.
3. Mengetahui struktur makro yang digunakan sebagai analisa patahan dan
mengetahui struktur mikro pada Resin Epoxy dan komposit dengan atau
tanpa perendaman NaOH pada serat kapas widuri.
1.3.BATASAN MASALAH
Komposit serat adalah material yang sangat dipengaruhi sifat dan jenis bahan
dari bahan penyusunnya dalam hal ini khususnya serat kapas widuri sebagai
komponen penguat. Pada penelitian ini penulis membatasi masalah pada :
1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik,
pengujian impak.
2. Pada penelitian ini dilakukan perlakuan kimia serat dengan perendaman
NaOH ( 2,5% ; 5% ; 7,5% ) selama 3 jam.
4. Pada penelitian ini menggunakan serat kapas widuri.
5. Matrik sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy dengan
merk MILAN.
6. Penelitian ini menggunakan orientasi serat acak.
1.4 METODOLOGI PENELITIAN
Pada BAB I ini, penulis membahas latar belakang, tujuan, batasan masalah
serta sistematika penulisan selanjutnya pada BAB II akan diuraikan tentang
pengertian komposit dan jenis–jenis komposit, khususnya komposit serat, bahan
penguat dan matrik penggikat dimana bahan-bahan ini adalah bagian-bagian dari
komposit. Urutan tentang proses pembuatan spesimen beserta penggujian fisik
dan mekaniknya akan diuraikan pada BAB III, data dan pembahasan tentang hasil
pengujian akan dibahas pada BAB IV, kemudian kesimpulan akan dibahas pada
BAB II
DASAR TEORI
2.1.Pengertian Komposit
Definisi dari komposit adalah gabungan dua macam bahan atau lebih dengan
fase yang berbeda. Fase pertama disebut dengan matrik yang memiliki fungsi
sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut dengan reinforcement yang
memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Unsur
utama penyusun komposit adalah serat, serat merupakan penentu karakteristik
komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain. Serat
berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada komposit
dan matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja
dengan baik.
Komposit serat dapat diklasifikasikan kedalam berbagai jenis tergantung pada
orientasi dan jenis seratnya. Banyaknya serat dan ukurannya menentukan
kemampuan komposit dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Komposit serat
kontinu memiliki kekuatan yang sangat kuat dan liat (taugh) dibandingkan dengan
serat tidak kontinu. Selain bahan serat komposit juga tidak terlepas dari bahan
matrik. Hal ini dapat dimengerti karena sekumpulan serat tanpa matrik tidak dapat
menahan gaya dalam arah tekan dan transversal. Matrik juga berguna untuk
meneruskan gaya dari satu serat keserat lainnya dengan menggunakan mekanisme
tegangan geser. Secara garis besar komposit serat dibagi menjadi dua yaitu serat
2.2. Penggolongan Komposit
Penggolongan bahan komposit sangat luas, jenis komposit sering dibedakan
menurut bentuk dan bahan matriks pengikat sebagai bahan penguatnya. Secara
umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis ( Jones, Murphy :1975 )
2.2.1. Fibrous composites
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat
berupa serat organik atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan
kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau
matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polymer, logam
maupun keramik.
Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen
penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada
matriknya selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen
pengguat dan matriks (Van Vlack : 1985).
2.2.2. Laminated composites
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun
berlapislapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang
baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal juga untuk
2.2.3. Particulated composites
Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam
matriks. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu
jenis material dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan metal
atau dari bahan non-metal.
Jenis-jenis Particulated composites:
• Partikel komposit organik
• Partikel komposit non organik
Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat
dibedakan menjadi :
1. Komposit Matrik Logam (Metal Matriks Composite)
Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam
sedangkan bahan penguatnya dapat berupa parikel keramik atau fiber
yang dapat terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron. Cermet
merupakan salah satu tipe paling umum dari komposit matrik logam.
Cermet merupakan suatu bahan komposit matrik logam dengan
reinforcing agent berupa keramik.
2. Komposit Matriks Keramik (Ceramik Matriks Composite)
Keramik memiliki sifat-sifat yang cukup menarik seperti :
kekakuan, kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan
yang rendah. Bahan ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu
komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya
yang mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi
serbuk.sebagai matrik dapat digunakan : Alumina(Al2O3), Karbida
boron (B4C), Nitrid boron (BN), Karbida silicon (SiC), Nitrid silicon
(Si3N4), Karbida titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat digunakan
karbon, SiC dan Al2O3.
3. Komposit Matriks Polimer ( Polimer Matriks Composite)
Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan
karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan
pengguat dari komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake,
yang masingmasing dibedakan lagi menjadi bahan penguat organik
dan metal.
2.3 Komponen Bahan Komposit
Bahan komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih yaitu
matrik dan reinforcement agent atau penguat. Matrik dalam komposit memiliki
gaya adhesif yang cukup kuat. Matrik bahan komposit dapat berupa logam,
keramik dan polimer. Sedangkan fase kedua atau sering disebut renforcing agent
berfungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan.
Reinforcement agent pada komposit dapat berbentuk:
1. Fiber (Serat)
3. Flake
2.4 Komposit Serat
Komposit serat merupakan suatu bahan yang terbentuk dari susunan serat yang
tersebar didalam matriks pengikat. Komposit serat dapat dibuat dari serat dan
matriks logam maupun non logam atau kombinasi dan keduanya. Fungsi utama
serat adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur
dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka
kekuatan komposit akan bertambah. Serat organik adalah salah satu serat yang
biasanya digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang berasal dari alam
misal tumbuhan.
2.4.1. Faktor Matrik
Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang
bermacam-macam. Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik tersebut
mempunyai fungsi yang sama yaitu:
1. Sebagai transfer beban, yaitu mendistribusikan beban kepada serat
yang memiliki modulus kekuatan yang lebih tinggi,
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan
komposit fiber-reinforced plastic, matrik harus mempunyai sistem
adhesi yang baik terhadap serat untuk menghasilkan struktur
komposit yang sempurna karena berhubungan erat dengan transfer
beban tidak akan sempurna. Hal ini mengakibatkan kegagalan
berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan serat (debonding
failure).
3. Menjaga serat terdispersi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan
retakan atau kegagalan).
Fungsi matrik terutama sebagai pemegang serat agar tidak bergeser,
pelindung filament terhadap keausan, goresan, dan zat kimia ganas, serta
sebagai pelintas (transfer) tegangan ke serat. Matrik untuk komposit
polimer dapat berupa resin polyester unsaturated dan resin epoksi.
Bahan matriks jenis polimer dibagi menjadi dua jenis :
1. Polimer Termoset
Adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau
tidak berubah karena panas. Contohnya : Poliimid, Poliimid Amid
dan Polidifenileter.
2. Polimer termoplastik
Adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi
atau akan berubah karena panas. Contohnya : PEEK
(Poly-Ether-Ether-Ketone), PEI(Poly-Ether-Imide), Nilon, dll.
Epoksi adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan
hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan
logam, kulit, kayu maupun beton. Karakteristik epoksi yaitu ringan dan
tidak menimbulkan tegangan, tahan bahan kimia / tahan korosi, tahan
minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat, mudah pemakaiannya dan tak
perlu panas, kurang tahan temperatur tinggi, kurang tahan benturan.
Jenis epoksi ini dapat diperkuat dengan logam, keramik,
bermacam-macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan
epoksi atau serat saja. Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan
mengatur perbandingan antara resin dan hardener dan proses
pengeringannya (dingin-panas), epoksi kebanyakan dipakai untuk
perbaikan peralatan dari logam, perawatan mesin, perekat bagi logam
yang tidak boleh dilas. Keistimewaan lain yaitu mempunyai sifat susut
muai yang sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan abrasi.
Resin polyester relatif lebih murah jika dibanding epoksi, tetapi tidak
sekuat epoksi. Resin polyester banyak digunakan sebagai matrik pada
fiberreinforced plastic.
2.4.2. Faktor Serat
Serat digunakan sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit
dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin
banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah. Serat
organik adalah salah satu bahan yang biasa digunakan dalam pembuatan
komposit yaitu serat yang berasal dari alam, misalnya tumbuhan kapas
khusus dari tiap fase penyusunnya agar sistem benar-benar bekerja
sebagai komposit. Prasarat serat antara lain : kekuatan ultimate besar,
kekuatan antarserat masing-masing setaraf, serat stabil dan tetap kuat
selama proses pembuatan, serta luas dan diameter seragam.
Secara garis besar komposit serat terbagi menjadi dua macam, yaitu
serat kontinyu (continous) dan serat tidak kontinyu (discontinous).
Berdasarkan ukuran panjang, serat dibagi menjadi serat kontinu
(continue) dan serat tidak kontinu (discontinue). Ciri-ciri serat yang baik
adalah luas dan diameter seragam. Secara teori, serat panjang akan lebih
efektif dalam hal transmisi beban. Namun pada kenyataannya, prasyarat
di atas sulit terwujud pada aplikasinya, mengingat faktor manufaktur
yang tidak memungkinkan dihasilkannya kekuatan optimum pada tiap
panjang serat pada proses pembuatan komposit, karena pada aplikasinya
terdapat ketidaksamaan penerimaan beban pada serat. Sehingga pada
proses pembebanan yang mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat
akan patah mendahului bagian yang lain.
2.4.3. Faktor komposisi dan bentuk serat
Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai
penampang lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar.
Kekuatan serat dapat juga dilihat dari diameter serat, diameter serat yang
semakin kecil maka kekuatannya akan semakin besar, sebaliknya jika
Berdasar komposisinya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat
komposit dibedakan menjadi:
1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik,
misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat rami, serat pandan
alas, serat kapas, dll.
2.Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan
anorganik, misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang
mempunyai kekuatan tinggi dan tahan panas (hybrid fibre).
2.4.4. Faktor Orientasi serat
Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit.
Secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan menjadi:
1. Unidirectional: serat disusun secara searah parallel satu sama lain,
sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada searah serat
sedangkan kekuatan paling kecil terjadi pada arah tegak lurus serat.
2. Bidirectional: serat disusun secara tegak lurus satu sama lain
(orthogonal). Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada
arah pemasangan serat.
3. Isotropic: penyusunan serat dilakukan secara acak, sifat dari
susunan ini adalah isotropic, yaitu kekuatan pada satu titik
Gambar 2.1 Jenis-Jenis Orientasi Serat
2.4.5. Faktor Bahan-bahan tambahan
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk
mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis
pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis
yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama.
Dan apabila pada proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan
menimbulkan panas yang berlebihan sehingga akan merusak produk.
Tetapi di dalam resin epoxy, katalisnya biasa disebut sebagai hardener.
Sedangkan komposisi pencampuran antara resin dan hardener adalah 1 :
1 atau 2 : 1.
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk
dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses
pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent.
Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah
lengketnya produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan
biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror glass, vasielin,
polyvinyl alcohol, film forming, dan oli.
2.5.Fraksi Volume Serat
Fraksi volume (%) adalah perbandingan volume bahan pembentuk komposit
terhadap volume komposit.
Misal:
V r = % reinforcing
V m = % matrik
V h = % hardener
V com = 1
Maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut :
V r + V m + V h = 1……….(2.1)
2.6.Mekanika Komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional lainnya.
Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umummnya bersifat homogen dan
isotropic. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun
atas dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda
sehingga analisis mekanik komposit berbeda dengan bahan teknik konvensional.
Sifat mekanik bahan komposit merupakan fungsi dari:
2. Geometri susunan masing-masing komponen
3. Interface antar komponen
Mekanika komposit dapat dianalisa dari dua sudut pandang yaitu
dengan analisa mikro dan analisis makromekanik. Dimana analisa mikro
bahan komposit dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan
penyusunnya, hubungan antar komponen penyusun tersebut dan sifat-sifat
akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisis makromekanik
memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa
memperhatikan sifat maupun hubungan antara komponen penyusunnya.
2.7. Pengujian Tarik
Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik dan
regangan dari matrik, maupun komposit serat. Metode yang digunakan adalah
benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan perlahan-lahan meningkat
sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda uji patah. Beban tarik yang
bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai
pengecilan diameter benda uji.
Perbandingan antara pertambahan panjang (∆L), dengan panjang awal benda
uji (L) disebut regangan. Pengujian tarik ini dilakukan di Laboratorium Ilmu
Gambar 2.2 Mesin Uji Tarik
Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit
serat diperlukan suatu perhitungan. Rumus dari kekuatan tarik adalah sebagai
Dan untuk menghitung regangan, dipergunakan rumus sebagai berikut:
2.8. Uji Impak / Kejut
Energi kejut yang dikenakan pada suatu bahan dapat dianalogikan dengan
keuletan (toughness) dari bahan tersebut. Prinsip dasar pengujian ini adalah
ayunan beban yang dikenakan pada benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan
untuk mematahkan spesimen dihitung langsung dari perbedaan energi potensial
pendulum pada awal (dijatuhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk
memastikan bagian spesimen yang patah, perlu dibuat takikan pada spesimen
tersebut. Pengukuran impak yang dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam
Universitas Sanata Dharma menggunakan Mesin Uji Impak Charpy.
Gambar 2.3 alat uji impak Charpy
Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui sifat getas / liat bahan
ataupun harga keuletan dari matrik, maupun komposit serat adalah :
Tenaga Patah
Harga Keuletan = ____________________ ………… Joule/mm² …(2.5)
Luas Penampang Patahan
Dengan :
G = Berat pendulum / massa dikali dengan percepatan grafitasi (N)
R = Radius Pendulum (m)
α = Sudut awal / sudut yang dibentuk pendulum tanpa beban
ß = Sudut ayun akhir / sudut yang dibentuk pendulum setelah mematahkan
3.2 Persiapan Benda Uji
3.2.1 Bahan dan alat
Pada dasarnya untuk membuat suatu komposit diperlukan serat sebagai
penguat, dan matrik yang berfungsi mengikat serat satu sama lain. Pada
pembuatan komposit ini digunakan serat Kapas Widuri dengan jenis susunan
acak. Sebagai matrik, digunakan resin Epoxy. Sebagai pemacu proses curing,
digunakan
katalis yang disebut hardener. Dan untuk cetakan, dibuat cetakan dari kaca.
Proses pembuatan komposit ini diperlukan beberapa alat yang digunakan
selama proses pembuatan dan finishing. Alat yang digunakan adalah:
1.Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang massa serat yang
akan digunakan.
2.Cetakan, yang terbuat dari kaca.
3.Gelas ukur, untuk mendapatkan volume resin yang akan dipakai dan
mencampur resin dengan katalis / hardener.
4. Meteran, untuk mengukur luasan serat sesuai luasan cetakan.
5. Gunting, untuk memotong serat sesuai dengan luasan cetakan.
6. Vaselin atau MAA, digunakan sebagai pelapis pada kaca yang berfungsi
agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.
7. Kuas, digunakan untuk alat melapisi permukaan cetakan.
8. Pengaduk kaca, untuk mengaduk campuran resin dan katalis / hardener
sebelum dituang pada cetakan. Dipilih bahan kaca, supaya mudah
9. Sekrap, untuk melepaskan komposit yang sudah kering dari cetakan,
juga untuk membersihkan cetakan dari sisa resin.
Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat komposit serat organik
(serat pandan alas) adalah sebagai berikut :
1. Resin
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Epoxy
denganmerk MILAN. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih (bening). Resin
epoxy ini disertai katalis atau biasa disebut hardener (berwarna kuning)
dengan perbandingan pencampuran antara resin dengan hardenernya adalah
1:1 atau 2:1 .
2. Serat
Dalam penelitian ini serat yang digunakan adalah serat organik yaitu serat
Kapas Widuri. Bahan serat-serat diambil dari buah kapas widuri. Tumbuhan
kapas widuri yang dipilih dalam penelitian ini adalah kapas widuri varietas
pantai.
Gambar 3.3 Tumbuhan Kapas Widuri
3. Release Agent
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan
cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan
terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau
zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan
saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan
pelapisan ini harus dilakukan dengan teliti dan merata pada setiap bagian
cetakan agar nantinya produk dengan cetakan dapat dengan mudah
dipisahkan. Release agent yang biasa digunakan antara lain MAA, waxes
(semir), mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film forming, dan oli.
Gambar 3.4 Release Agent ( MAA )
3.2.2. Pembuatan Serat Kapas Widuri
Untuk mendapatkan serat buah kapas widuri seperti yang diinginkan,
maka diperlukan langkah-langkah yang tepat sehingga diperoleh serat dengan
kekuatan yang optimal. Adapun langkah-langkah untuk mendapatkan serat
kapas widuri adalah sebagai berikut :
a) Buah kapas widuri yang sudah cukup matang atau sudah agak kering
Gambar 3.5 Buah Kapas Widuri Yang Masih Di Pohon
b) Buah yang sudah agak kering kita buka. Pisahkan bagian dalam buah
antara biji dengan serat, kita buang biji-biji yang tidak terpakai
dengan menggunakan jari tangan. Serat kita kupas/ambil dengan
menggunakan tangan setelah kita hilangkan biji-biji yang terdapat
didalam buah.
c) Bersihkan serat yang telah diperoleh, kemudian serat dikeringkan
dengan diangin-anginkan hingga kering. Hal ini bertujuan untuk
menurunkan kadar air pada serat, sebelum disimpan agar tahan lama.
Gambar 3.7 Serat Kapas Widuri Yang Sudah Kering
d) Serat yang sudah kering disimpan dalam tempat yang sejuk dan
kering (tidak lembab) serta mampu menyerap air.
3.2.3. Perendaman Serat dengan NaOH
Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan alkali treatment pada serat.
Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan merendam serat dengan
menggunakan NaOH (sodium hydroxide). Karena NaOH adalah salah satu
jenis alkali, maka NaOH dipilih sebagai larutan yang digunakan untuk dapat
menghilangkan lapisan lilin / sisa gajih yang masih menempel pada serat dan
dapat mengurangi kekasaran / kekesatan pada permukaan serat sehingga
terhadap serangan bakteri / mikroorganisme dibandingkan serat tanpa
perendaman NaOH. NaOH yang digunakan adalah jenis NaOH pro analisis.
Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan cara merendam serat selam 3
jam dengan NaOH sebelum pembuatan komposit.
Perendaman NaOH selama 3 jam ini dilakukan karena dari data hasil
penelitian sebelumnya, waktu yang paling baik untuk merendam serat organik
adalah kurang-lebih selama 3 jam.
Perendaman serat dengan NaOH ini sendiri dilakukan dengan tiga variasi,
yaitu : 2,5%NaOH , 5%NaOH dan 7,5%NaOH, yang bertujuan untuk
mengetahui prosentase paling baik diantara ketiga variasi tersebut agar didapat
serat yang sempurna / maksimal untuk selanjutnya diproses menjadi komposit.
3.2.4 Perlakuan Serat Kapas Widuri
Perlakuan serat kapas widuri dimaksudkan untuk mempersiapkan serat
yang tahan terhadap serangan bakteri / mikroorganisme dan menghilangkan
lapisan lilin / sisa gajih yang menempel pada serat. Adapun proses perlakuan
dilakukan dengan merendam serat pandan alas ke dalam larutan NaOH selama
3 (tiga) jam. Untuk membuat variasi konsentrasi NaOH, maka NaOH ( pro
analisis ) dengan prosentase 2,5% ; 5% ; dan 7,5 % dilarutkan dengan air
suling (Aquades) dengan komposisi masing-masing dihitung berdasarkan
persamaan sebagai berikut :
Fraksi berat NaOH yang digunakan untuk setiap 1000 gr aquades adalah :
• 2,5 % NaOH 2,5 % x 1000 gr aquades = 25 gram NaOH
• 5 % NaOH 5 % x 1000 gr aquades = 50 gram NaOH
• 7,5 % NaOH 7,5 % x 1000 gr aquades = 75 gram NaOH
Setelah setiap konsentrasi dan volume aquades diketahui, maka alat yang
perlu kita persiapkan adalah :
• Akuarium (sebagai wadah untuk merendam serat)
• Gunting (sebagai pemotong serat agar serat dapat dimasukkan ke dalam
wadah akuarium)
• NaOH pro analisis
• Timbangan digital (digunakan untuk menimbang serat dan NaOH yang
diperlukan)
• Air suling (Aquades)
• Gelas ukur (digunakan untuk mengukur volume aquades)
• Pengaduk kaca (digunakan untuk mengaduk NaOH dengan aquades)
• Jam (sebagai penunjuk waktu)
•Loyang (sebagai wadah setelah perendaman serat untuk proses
pengeringan)
•Sarung Tangan (digunakan untuk mengambil serat setelah proses
perendaman selesai).
Setelah seluruh alat tersedia, langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk
proses perendaman serat adalah :
1. Mempersiapkan wadah, yaitu akuarium yang telah dibersihkan. Seperti
ditunjukkan pada gambar 3.2.4.1 di bawah ini.
2. Mempersiapkan serat, kemudian masukkan serat kedalam akuarium.
Seperti ditunjukkan pada gambar 3.2.4.2 di bawah ini.
Gambar 3.10 Serat Kapas Widuri
3. Menimbang berat NaOH dengan timbangan digital.
4. Menimbang air suling/aquades ( seperti ditunjukkan pada gambar
3.2.4.3 ) dengan ditimbang sesuai dengan berat yang telah ditentukan.
Gambar 3.11 Aquades
5. Menuang air suling (aquades) yang ada di gelas ukur kedalam
6. Melarutkan NaOH yang telah ditimbang kedalam aquades yang berada
di dalam akuarium.
7. Mengaduk dengan pengaduk kaca sampai rata / sampai NaOH dengan
air suling (aquades) sudah benar-benar bercampur (cair).
8. Memasukkan serat ke dalam larutan NaOH dengan aquades.
9. Mengaduk serat dengan pengaduk kaca, dimaksudkan agar setiap serat
dapat benar-benar terendam dengan larutan NaOH dengan aquades.
10. Menunggu ± 3 jam.
11. Setelah ± 3 jam, serat diambil dari dalam akuarium dengan
menggunakan sarung tangan.
12. Membersihkan / membilas serat yang telah direndam ± 3 jam tadi
dengan menggunakan air suling/aquades lalu ditempatkan dalam
sebuah wadah (loyang) untuk dikeringkan.
13. Setelah serat dibersihkan / dibilas dengan air suling maka serat tersebut
dikeringkan
14. Setelah serat mengalami proses pengeringan, serat yang mengalami
perendaman dengan NaOH akan berwarna kekuningan, sedangkan
serat tanpa perendaman warnanya lebih putih.
15. Setelah serat kering, maka serat tersebut dapat siap dibuat sebagai
3.3. Pembuatan cetakan
Komposit yang akan dibuat adalah komposit dengan serat acak. Bahan yang
digunakan untuk membuat cetakan adalah kaca, dengan alasan bahwa kaca
mempunyai rata permukaan yang bagus, sehingga tidak diperlukan pengerjaan
permukaan. Alat yang digunakan dalam pembuatan cetakan antara lain:
1. Pemotong kaca, untuk memotong kaca yang akan digunakan sebagai
cetakan.
2. Lem kaca (silicon sealant), untuk mengelem susunan kaca sehingga
membentuk suatu cetakan. Lem ini juga berfungsi sebagai penutup pada
celah antar kaca, sehingga cairan resin tidak merembes keluar cetakan.
3.3.1 Cetakan Untuk Pengujian Tarik
Cetakan yang diperlukan untuk pembuatan benda uji tarik komposit ini
adalah empat buah cetakan, disesuaikan dengan keperluan untuk pengujian
tarik. Ukuran yang diperlukan untuk pengujian tarik adalah 250 mm x 250
Gambar 3.12 Cetakan Komposit Serat
Selain cetakan untuk komposit, dibuat juga cetakan untuk matrik / resin
saja. Cetakan untuk matrik yang diperlukan untuk pembuatan benda uji tarik
ini adalah satu buah cetakan, Cetakan ini berukuran 250 mm x 250 mm x 4
Gambar 3.13 Cetakan Resin
3.3.2 Cetakan Untuk Pengujian Impak
Cetakan yang diperlukan untuk pembuatan benda uji impak komposit ini
impak. Ukuran yang diperlukan untuk pengujian impak adalah 300 mm x 10
mm x 10 mm.
Gambar 3.14 Cetakan Komposit untuk Pengujian Impak
Selain cetakan untuk komposit, dibuat juga cetakan untuk matrik / resin
saja. Cetakan untuk matrik yang diperlukan untuk pembuatan benda uji impak
ini adalah satu buah cetakan, Cetakan ini berukuran 300 mm x 10 mm x 10
Gambar 3.15 Cetakan Matrik / Resin untuk Pengujian Impak
3.4. Pembuatan Benda Uji
Pembuatan benda uji matrik dan komposit menggunakan cetakan berbahan
kaca yang telah diolesi pelapis. Metode pembuatan yang dipakai adalah cara Hand
Lay-Up karena cara ini paling mudah, dan sesuai diterapkan untuk produksi skala
kecil.
3.4.1 Benda Uji Matrik / Resin
Secara umum cara / proses dalam pembuatan benda uji resin mempunyai
1. Pertama-tama melakukan proses pelapisan permukaan dan dinding cetakan
dengan MAA, hal ini dilakukan untuk mempermudah pemisahan resin dari
cetakan.
2. Menyiapkan resin dan hardener sesuai dengan volume cetakan
menggunakan gelas ukur. Perbandingan antara resin dan hardener adalah 1
: 1.
3. Mencampur resin dan hardener kedalam gelas kaca. Campuran resin dan
hardener diaduk hingga rata. Pengadukan ini harus dilakukan secara cepat
agar dapat tercampur dengan baik sebelum menjadi kental dan mengeras.
Selain itu dihindari pengadukan yang menyebabkan gelembung, sebab
gelembung yang timbul pada waktu proses pengadukan akan
menimbulkan void pada matrik yang dicetak.
4. Setelah resin dan hardener tercampur dengan merata, adonan tersebut
dituang dalam cetakan yang sudah disiapkan.
5. Proses pengeringan membutuhkan waktu ± 24 jam (satu hari). Setelah
resin menjadi kering, resin dikeluarkan dari cetakan.
6. Melakukan pemotongan sesuai dengan ukuran yang diinginkan dan
3.4.1.1. Benda Uji Matrik (Epoxy) Untuk Pengujian Tarik
Langkah awal pembuatan benda uji matrik untuk pengujian tarik adalah
menyiapkan cetakan yang sudah bersih dan telah diolesi pelapis (MAA).
Penggunaan pelapis sebaiknya benar-benar merata (tidak terlihat
guratan-guratan timbul) dan tidak terlalu banyak. Hal ini dilakukan untuk
menghindari terbentuknya gelembung udara dari penguapan air yang
terkandung dalam MAA, akibat pemanasan yang ditimbulkan oleh reaksi
resin-hardener. Selanjutnya dilakukan pengukuran volum resin dan volum
hardener. Cetakan yang digunakan berukuran 250 mm x 250 mm x 4 mm.
Sehingga volume cetakan / volume komposit yang digunakan adalah:
Vcetakan = Vcomposit = p x l x t
Vc = Volume cetakan / komposit
Apabila fraksi volum cetakan / komposit dan hasil perhitungannya telah
diketahui, maka dapat ditentukan prosentase volum resin dan volume
hardener, yaitu perbandingannya 1 : 1 .
Vm = 0,5 x Vc
Vc = Volume cetakan / komposit
Maka volume hardener adalah :
Vc = Volume cetakan / komposit
Setelah volum kedua bahan diketahui dan diukur, dicampur ke dalam
gelas ukur, diaduk merata secara perlahan sehingga tidak menimbulkan
gelembung udara. Kemudian setelah teraduk secara merata, dituang dalam
Setelah diratakan dengan bilah kaca, maka campuran bahan tadi
didiamkan ± 10 menit agar setiap bagian cetakan dapat terisi dengan baik /
penuh. Setelah itu bagian atas dari cetakan kita tutup secara perlahan
dengan menggunakan penutup yang terbuat dari bahan kaca.
Setelah ± 24 jam campuran resin dengan hardener tadi sudah
3.4.1.2. Benda Uji Matrik (Epoxy) Untuk Pengujian Impak
Langkah awal pembuatan benda uji matrik untuk pengujian impak
adalah menyiapkan cetakan yang sudah bersih dan telah diolesi pelapis
(MAA). Penggunaan pelapis sebaiknya benar-benar merata (tidak terlihat
guratan-guratan timbul) dan tidak terlalu banyak. Selanjutnya dilakukan
pengukuran volum resin dan volum hardener. Cetakan yang digunakan
berukuran 300 mm x 10 mm x 10 mm. Disesuaikan untuk keperluan
pengujian impak.
Sehingga volume cetakan / volume komposit yang digunakan adalah:
Vcetakan = Vcomposit = p x l x t
Vc = 100 % x Vc
= 1 x 30000 mm³
= 30000 mm³
= 30 cm³
= 30 ml
Dengan :
Vc = Volume cetakan / komposit
Apabila fraksi volum cetakan / komposit dan hasil perhitungannya telah
diketahui, maka dapat ditentukan prosentase volum resin dan volume
hardener, yaitu perbandingannya 1 : 1 .
Maka volume matrik / resin adalah :
Vm = 0,5 x Vc
Vc = Volume cetakan / komposit
Maka volume hardener adalah :
Vh = 0,5 x Vc
= 0,5 x ( 300 x 10 x 10 ) mm
= 15000 mm³
= 15 cm³
= 15 ml
Dengan :
Vh = Volume hardener
Vc = Volume cetakan / komposit
Setelah volum kedua bahan diketahui dan diukur, dicampur ke dalam
gelas ukur, diaduk merata secara perlahan sehingga tidak menimbulkan
gelembung udara. Kemudian setelah teraduk secara merata, dituang dalam
cetakan, dan diratakan menggunakan bilah kaca.
Setelah diratakan dengan bilah kaca, maka campuran bahan tadi
didiamkan ± 10 menit agar setiap bagian cetakan dapat terisi dengan baik /
penuh. Setelah itu bagian atas dari cetakan kita tutup secara perlahan
dengan menggunakan penutup yang terbuat dari bahan kaca.
Setelah ± 24 jam campuran resin dengan hardener tadi sudah
mengering dan siap dilepas. Biasanya proses pelepasan dari cetakan
dilakukan secara hatihati dengan menggunakan sekrap. Setelah bahan
dilepas dari cetakan maka bahan tersebut siap untuk dilakukan
3.4.2. Benda Uji Komposit
Langkah pertama dalam pembuatan benda uji komposit adalah menghitung
massa jenis (ρ) serat kapas widuri.
Adapun metode penghitungan massa jenis (ρ) serat kapas widuri adalah
sebagai berikut :
1. Menimbang massa serat kapas widuri dan dicatat.
2. Menimbang massa plastik dan dicatat.
3. Memasukkan serat kapas widuri tadi ke dalam plastik.
4. Memvakumkan plastik tadi yang telah dimasuki serat kapas widuri.
5. Memasukkan air kedalam gelas ukur dan dicatat volume air yang ada
didalamnya.
6. Memasukkan plastik saja ke dalam gelas ukur dan dicatat pertambahan
volume air yang naik dan dipakai sebagai volume plastik.
7. Memasukkan plastik yang telah dimasuki serat kapas widuri dan telah
divakumkan tadi ke dalam gelas ukur dan mencatat pertambahan
volume air (∆V) yang naik.
8. Pertambahan volume air yang naik tadi dicatat dan hasilnya dikurangi
volume plastik
9. Melakukan perhitungan dengan rumusan sebagai berikut:
∆V = pertambahan volume air
ρ rata-rata serat kapas widuri = 0,761 gr/ cm³.
3.4.2.1. Benda Uji Komposit Tanpa / Dengan Perendaman Serat
Langkah yang dilakukan untuk membuat benda uji komposit meliputi
benda uji komposit tanpa perendaman serat atau perendaman serat dengan
2,5% NaOH, 5% NaOH dan 7,5% NaOH adalah menghitung prosentase fraksi
volume serat kapas widuri, resin dan hardener berdasarkan volume cetakan.
Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut :
a. Untuk pengujian tarik :
1. Menghitung volume cetakan.
Vcetakan = p x l x t
= 250 x 250 x 4
= 250.000 mm³
= 250 cm³
2. Menghitung fraksi volume serat kapas widuri, resin dan hardener.
Serat = 5 % x 250 cm³ x 0,761 gr / cm³
= 9,375 gram.
Resin + hardener = 95 % x 250 cm³
= 237,5 cm3
atau setara dengan 237,5 ml.
Karena perbandingan resin dan hardener adalah 1 : 1, maka
volume resin = 118,75 ml dan hardenernya = 118,75 ml.
b. Untuk pengujian impak :
1. Menghitung volume cetakan.
Vcetakan = p x l x t
= 300 x 10 x 10
= 30.000 mm³
= 30 cm³
2. Menghitung fraksi volume serat kapas widuri, resin dan hardener.
• Digunakan fraksi volume 5 % serat kapas widuri :
Serat = 5 % x 30 cm³ x 0.761 gr / cm³
= 1.125 gram
Resin + hardener = 95 % x 30 cm³
= 28,5 cm³
atau setara dengan 28,5 ml.
Karena perbandingan resin dan hardener adalah 1 : 1, maka
3.4.2.2. Mencetak Komposit Tanpa / Dengan Perendaman Serat
Adapun langkah-langkah dalam pencetakan komposit tanpa / dengan
perendaman serat adalah sebagai berikut :
a. Melapisi dinding dan dasar dan penutup cetakan dengan MAA, hal ini
dilakukan untuk memudahkan pelepasan benda dari cetakan.
b. Menyiapkan serat kapas widuri, resin dan hardener sesuai dengan
perhitungan yang didapat.
c. Mencampur resin dan hardener kedalam gelas ukur lalu mengaduknya
hingga menjadi homogen.
d. Memasukkan serat kapas widuri kedalam campuran resin dan hardener
dan mengaduknya dengan cepat sampai homogen. Pengadukan kurang
lebih lima menit.
e. Setelah selesai pengadukan maka bahan-bahan komposit tersebut siap
untuk dituangkan kedalam cetakan.
f. Setelah ± 24 jam, komposit telah kering dan dapat dilepas dari cetakan.
g. Pemotongan komposit sesuai dengan ukuran yang diinginkan dan
3.5. Metode Pengujian
3.5.1. Metode Pengujian Tarik
Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik
dan regangan dari matrik, maupun komposit tanpa perendaman serat ataupun
dengan perendaman serat. Metode yang digunakan adalah :
1. Benda uji / specimen dipasang vertical, dijepit pada mesin uji tarik
(tensile testing machine)
2. Bagian atas mesin tetap (fix) sedangkan bagian bawah bergerak ke
bawah dengan kecepatan rendah (konstan).
3. Spesimen tertarik dan mengalami pertambahan panjang (_L)
4. Data pertambahan panjang dan beban dapat dilihat pada mesin.
5. Data dicatat dan digunakan untuk membuat diagram
tegangan-regangan.
3.5.2. Pengujian Impak / Kejut
Prinsip dasar pengujian impak adalah ayunan beban yang dikenakan pada
benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen
dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal
(dijatuhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk memastikan
3.6. Standard dan Ukuran
3.6.1. Standard dan Ukuran untuk Pengujian Tarik
3.6.1.1. Benda Uji Matrik
Standard pengujian benda uji matrik menggunakan standard ASTM D
638 dengan ukuran sebagai berikut :
Gambar 3.16 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Tarik Matrik
3.6.1.2. Benda Uji Komposit
Benda uji komposit menggunakan standar ASTM A 370. Ukurannya
adalah sebagai berikut.
Gambar 3.18 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Taik Komposit
3.6.2. Standard dan Ukuran untuk Pengujian Impak
3.6.2.1. Benda Uji Matrik
Ukuran benda uji / specimen berbentuk persegi panjang dengan
menggunakan standard ASTM A 370. Ukurannya adalah sebagai berikut :
Gambar 3.20 Standar dan UkuranUntuk Pengujian Impak Matrik
3.6.2.2. Benda Uji Komposit
Ukuran benda uji / specimen berbentuk persegi panjang dengan
menggunakan standard ASTM A 370. Ukurannya adalah sebagai berikut :
Gambar 3.22 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Impak Komposit
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini, dilakukan beberapa pengujian yaitu pengujian tarik untuk
mengetahui kekuatan tarik dan regangan sedangkan pada pengujian impak untuk
mengetahui ketahanan patah dan keuletan. Setelah dilakukan pengujian tarik dan
impak dilakukan foto mikro dan makro. Dari setiap konsentrasi NaOH yang
berbeda, dibuat benda uji yang berjumlah 5 (lima) spesimen. Jadi jumlah total
benda uji untuk pengujian tarik ada 25 spesimen, sedangkan jumlah total benda
uji untuk pengujian impak ada 25 spesimen. Hasil pengujian dan perhitungan
disajikan dalam bentuk tabel dan grafik, sedangkan analisis dalam bentuk tulisan.
4.1. Hasil Pengujian Impak
Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan alat yaitu mesin uji impak
Charpy diperoleh hasil seperti di bawah ini sesuai dengan rumus yang ada :
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Impak Resin Epoxy
SPESIMEN Lebar Tebal Luas α β
Energi Patah ( Joule )
Harga Keuletan ( Joule/mm² )
1 7,9 10,5 82,95 147 144 0,1558 0,00188
2 8,0 10,0 80,00 147 144 0,1558 0,00195
3 8,0 10,0 80,00 147 144 0,1558 0,00195
4 8,1 11,0 89,10 147 143,5 0,1829 0,00205
5 8,2 10,5 86,10 147 144 0,1558 0,00181
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat
SPESIMEN Lebar Tebal Luas α β
Energi Patah ( Joule )
Harga Keuletan ( Joule/mm² )
1 8,1 10,0 81,00 147 132 0,8910 0,011
2 7,9 10,0 79,00 147 132 0,8910 0,01128
3 8,1 10,5 85,05 147 134 0,7569 0,00889
4 8,1 9,5 76,95 147 134,5 0,7240 0,00941
5 8,0 10,0 80,00 147 133 0,8234 0,01029
Rata-Rata 8,04 10,0 80,40 147 133,1 0,8173 0,01017
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (2,5% NaOH)
SPESIMEN Lebar Tebal Luas α β
Energi Patah ( Joule )
Harga Keuletan ( Joule/mm² )
1 8,1 10,0 81,00 147 130 1,029 0,01270
2 8,0 12,0 96,00 147 131 0,9597 0,00997
3 7,9 11,0 86,90 147 132 0,8910 0.01025
4 8,0 10,0 80,00 147 132 0,8910 0,01114
5 7,9 10,5 82,95 147 125 1,3932 0,01679
Rata-Rata 7,98 10,7 85,37 147 130 1,0328 0,01217
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (5% NaOH)
SPESIMEN Lebar Tebal Luas α β
Energi Patah ( Joule )
Harga Keuletan ( Joule/mm² )
1 8,0 11,0 88,00 147 144 0,1558 0,00177
2 8,2 10,0 82,00 147 141,5 0,2946 0,00359
3 8,1 10,5 85,05 147 143 0,2104 0,00247
4 8,0 10,0 80,00 147 142,5 0,2382 0,00298
5 8,0 9,5 76,00 147 144,5 0,1290 0,00169
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (7,5% NaOH)
SPESIMEN Lebar Tebal Luas α β
Energi Patah ( Joule )
Harga Keuletan ( Joule/mm² )
1 8,0 10,5 84,00 147 134,5 0,7240 0,00862
2 8,1 10,0 81,00 147 132 0,8910 0,011
3 7,9 9,5 75,05 147 138,5 0,4715 0,00628
4 7,9 10,5 82,95 147 136 0,6271 0,00756
5 8,0 11,5 92,00 147 133 0,8234 0,00895
Rata-Rata 7,98 10,4 83,00 147 134,8 0,7074 0,008482
Setelah semua perhitungan selesai, maka kita dapat menuliskan Tenaga Patah
rata dan Keuletan rata. Setelah itu dapat dibuat grafik Tenaga Patah
rata-rata dan Keuletan rata-rata-rata-rata. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada table di bawah
ini.
Tabel 4.6 Energi Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata
NO
3 2,5 % NaOH 1,0328 0,01217
4 5 % NaOH 0,2056 0,00250
Grafik 4.1.1.Energi Patah Rata-rata
Gambar 4.1 Grafik Energi Patah Rata-Rata
Dari hasil yang dapat dilihat pada table 4.1.6 di atas, matrik mempunyai Energi
patah rata-rata 0,5849 Joule dan keuletan rata-rata 0,007050 Joule/mm2, dari
gambar juga dapat dilihat bahwa matrik lebih getas dari komposit dimana harga
energi dan keuletannya lebih kecil dari komposit yang menggunakan serat sebagai
penguat, tetapi harga energi patah dan keuletan pada komposit tanpa perendaman
ataupun dengan perendaman NaOH relative sama. Hal ini menunjukkan bahwa
dengan perendaman ataupun tanpa perendaman NaOH harga energi patah dan
keuletan tidak akan terlalu berarti/berpengaruh apabila fraksi volume serat sama.
Tetapi apabila fraksi volume serat dibuat bervariasi maka hasil dari energi patah
dan keuletan pada komposit akan bervariasi juga. Ini mengindikasikan bahwa
fraksi volume serat sangat berpengaruh terhadap energi patah dan keuletan.
Semakin besar fraksi volume serat pada komposit maka akan semakin besar pula
kemampuan untuk menahan energi patah dan keuletan pada komposit itu sendiri.
Harga energi patah yang paling besar ada pada komposit dengan perendaman 2,5
% NaOH yaitu 1,0328 joule dan yang mempunyai keuletan paling besar ada pada
komposit dengan perendaman 2,5 % NaOH yaitu 0,01217 joule/mm². Ini
membuat komposit itu paling kuat menahan beban impak (beban kejut) dan
menunjukkan komposit tesebut paling ulet / liat (tough).
Kerusakan yang terjadi pada komposit setelah dilakukan uji impak tergolong
kerusakan jenis patah getas, karena patahan yang terjadi pada benda uji memiliki
patahan yang rata dan mempunyai permukaan mengkilap. Jenis patahan getas
yang terjadi pada komposit ini dapat disebabkan karena fraksi volume serat hanya
dominan dalam menentukan jenis patahan yang terjadi. Kerusakan yang terjadi
dalam uji impak dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 4.3 Patahan Pada Matrik
Gambar 4.4 Patahan Pada Komposit (Tanpa Perendaman)
Gambar 4.6 Patahan Pada Komposit (5 % NaOH)
Gambar 4.7 Patahan Pada Komposit (7,5 % NaOH)
4.2. Hasil Pengujian Tarik
Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan alat yaitu mesin Uji Tarik.
Dalam penelitian dilakukan beberapa pengujian tarik secara terpisah yaitu
pengujian tarik untuk matrik pengikat dan komposit yang dihasilkan, ini
dilakukan untuk mengetahui beberapa sifat mekanik matrik pengikat dan
4.2.1. Hasil Pengujian Tarik Matrik Epoxy
Pengujian yang dilakukan dengan mesin uji tarik menghasilkan print-out
grafik hubungan beban-pertambahan panjang pada masing-masing benda uji,
contoh disajikan pada lampiran. Dengan pembacaan grafik beban
pertambahan panjang tersebut diperoleh beberapa sifat mekanis yang disajikan
dalam tabel di bawah ini :
Tabel 4.7 Sifat Mekanik Matrik Epoxy
NO Tebal
Dari pengujian tarik terhadap matrik pengikat, menunjukkan perpanjangan
yang cukup tinggi, matrik polimer dalam aplikasi komposit secara umum
dikenal dengan sifat regangan yang tinggi. Jika meninjau model kerusakan
matrik yang terjadi, model kerusakan yang terjadi cenderung berupa patah
getas sehingga matrik pengikat yang digunakan bersifat getas. Kerusakan yang
Gambar 4.8 Patah Pada Matrik
Grafik 4.2.1.1 Sifat Mekanis Matrik Epoxy
0
Gambar 4.9 Grafik Kekuatan Tarik dan Regangan Komposit
4.2.2. Hasil Pengujian Tarik Komposit
Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan mesin Uji Tarik
disajikan dalam lampiran. Dari analisis grafik pengujian tarik diperoleh
beberapa sifat mekanik komposit yang ditunjukkan dalam tabel dan gambar
seperti di bawah ini.
Tabel 4.8 Sifat Mekanik Komposit Tanpa Perendaman Serat
NO Tebal
Tabel 4.9 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat ( 2,5 % NaOH )
Tabel 4.10 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat ( 5 % NaOH )
Tabel 4.11 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat ( 7,5 % NaOH )
NO Tebal
Tabel 4.12 Kekuatan Tarik Dan Regangan Rata-Rata
Grafik 4.2.2.1 Kekuatan Tarik Rata-rataBenda Uji Komposit
Grafik Tegangan Tarik Rata-rata
Gambar 4.11 Grafik Tegangan Tarik Rata-Rata
Grafik 4.2.2.2 Regangan Rata-Rata Benda Uji
Komposit
Gambar 4.13 Grafik Regangan Rata-Rata
Dari hasil pengujian tarik komposit diatas, komposit dengan perendaman
NaOH ataupun tanpa perendaman NaOH mempunyai nilai kekuatan tarik
yang relatif sama, hanya komposit dengan tanpa perendaman NaOH yang
mempunyai harga kekuatan tarik tertinggi. Ini mengindikasikan bahwa
kecilnya variasi konsentrasi NaOH yang dilakukan untuk penelitian ini,
mengakibatkan proses perendaman serat kurang maksimal, sehingga hasil dari
kekuatan tarik dan regangan relatif sama. Di dalam grafik juga menunjukkan
bahwa kekuatan tarik dan regangan dari matrik lebih besar/tinggi daripada
komposit. Ini bisa disebabkan karena faktor serat dengan fraksi volume serat
dibawah 10% akan cenderung merusak/menurunkan kekuatan dari komposit
itu sendiri. Kerusakan yang disebabkan itu sendiri karena kecilnya prosentase
fraksi volume serat sehingga faktor matrik masih sangat dominan dalam
menentukan kekuatan dari komposit itu sendiri, dan juga kerusakan yang
dan adanya void pada komposit. Rendahnya kekuatan tarik komposit ini juga
dapat disebabkan oleh kurang meratanya serat pada saat pencetakan komposit
sehingga kekuatan komposit tidak merata pada setiap titik, dan juga karena
kurang baiknya ikatan antara serat dan matrik sehingga menimbulkan serat
lepas dari matrik (debounding failure).
Secara umum kerusakan yang terjadi pada komposit setelah dilakukan uji
tarik tergolong kerusakan jenis patah getas, karena patahan yang terjadi
cenderung tegak lurus terhadap arah pembebanan (rata). Kerusakan yang
terjadi pada komposit dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 4.14 Patahan Pada Komposit ( Tanpa Perendaman )
Gambar 4.16 Patahan Pada Komposit ( 5 % NaOH )
Gambar 4.17 Patahan Pada Komposit ( 7,5 % NaOH )
Penyimpangan yang terjadi pada saat proses pembuatan komposit antara lain
disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut:
1. Proses pembuatan benda uji
Benda uji dibuat secara manual dengan proses hand lay-up yang
sederhana sehingga hasil pencetakan kurang sempurna keseragaman dimensi
hasil pencetakan masih kurang bagus jika dibanding dengan hasil proses
fabrikasi.
Dalam proses pencetakan secara manual dengan proses hand lay-up
distribusi serat pada matrik pengikatnya tidak sepenuhnya homogen. Jumlah
serat pada seluruh bagian cetakan menyebabkan perbedaan penguatan pada
setiap bagian cetakan, sehingga pada bagian yang lemah kerusakan serat
komposit akan terjadi dan tampak bahwa distribusi serat tidak homogen
diseluruh bagian cetakan komposit.
3. Faktor pengujian dan pengambilan data
Faktor ini merupakan faktor teknis yang sulit dihadirkan dalam pengujian
yang disebabkan beberapa hal antara lain:
a) Kurang hati-hati dalam pemasangan benda uji kedalam mesin uji
tarik yang dapat mengakibatkan kerusakan awal pada benda uji yang
tidak dideteksi sebelum beban diberikan.
b) Pemasangan benda uji yang tidak lurus dengan arah penarikan pada
mesin uji tarik sehingga menimbulkan momen lengkung pada benda
uji. Hal ini mempengaruhi/menyebabkan patahan pada daerah dekat
