ANALISA KEKUATAN IMPACT DAN MODEL PATAHAN KOMPOSIT POLYESTER-SERAT ECENG GONDOK DI TINJAU DARI TIPE PENYUSUNAN POLYESTER-SERAT
Oleh
D. Aprilia¹ I N. Pasek Nugraha² K. Rihendra Dantes³ 1,2,3Jurusan Pendidikan Teknik Mesin
Universitas Pendidikan Ganesha
E-mail : [email protected], [email protected]2, [email protected]3
ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui orientasi serat yang terbaik yang dapat digunakan sebagai komposit matrik polyester berpenguat serat eceng gondok. Sifat mekanik yang dimaksud adalah kekuatan impact dan foto patahan mikro permukaan dan standar ukuran specimen sesuai ASTM D6110-4. Penelitian ini merupakan penelitian metode eksperimen dengan variabel terikat kekuatan impak, dan variabel bebas yaitu orientasi serat continuous, discontinuous, dan hybride.selanjutnya akan dianalisis menggunakan anavaDari penelitian yang dilakukan diketahui bahwa nilai impact tertinggi ada pada orientasi serat hybride yaitu 2.441,25 J/m3 , sedangkan kekuatan impact terendah pada orientasi serat continous yaitu 1.085,002 J/m3. Berdasarkan dari uji Scheffe yang sudah didapat, bahwa terdapat perbedaan kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat alam eceng gondok antara orientasi serat continuous dengan discontinuous dengan nilai 12,86 orientasi serat continuous dengan hybride dengan nilai 24,03 dan orientasi serat discontinuous dengan hybride dengan nilai 11,02 .
Kata kunci :orientasi serat, impak, model patahan.komposit,polyester
ANALISA KEKUATAN IMPACT DAN MODEL PATAHAN KOMPOSIT POLYESTER-SERAT ECENG GONDOK DI TINJAU DARI TIPE PENYUSUNAN POLYESTER-SERAT
Oleh
D. Aprilia¹ I N. Pasek Nugraha² K. Rihendra Dantes³ 1,2,3Jurusan Pendidikan Teknik Mesin
Universitas Pendidikan Ganesha
ABSTRAK
This research was conducted to find out the best fiber orientation that can be used as a fiber-reinforced polyester composite of water hyacinth. The mechanical properties in question are the impact strength and photo surface micro-fracture and standard sized specimens according to ASTM D6110-04. This research is a research of experimental method with dependent variable of impact strength, and independent variable that is continuous fiber orientation, discontinuous, and hybride. Then will be analyzed using anavaFrom the research, it is known that the highest impact is on the orientation of the fiber hybride is 2,441,25 J / m3, while the lowest impact strength on continuous fiber orientation is 1,085,002 J / m3.Based on the further test Scheffe has been obtained, that there is a difference of impact strength of polyester composite fiber-made natural hyacinth between continuous fiber orientation with discontinuous with value 12,86 continuous fiber orientation with hybride with value 24,03 and orientation fiber discontinuous with hybride with value 11,0. .
Keywords: fiber orientation, impact, fracture model.composite, polyester
PENDAHULUAN
Dalam era globalisasi yang sangat pesat saaat ini , 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 untuk memenuhi keperluan aplikasi baru.
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 . Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda dimana satu material sebagai fasa pengisi (matrik) dan yang lainnya sebagai fasa penguat (reinforcement).
Serat alam yaitu serat yang berasal dari alam (bukan buatan ataupun rekayasa manusia). Serat alam atau bisa dibilang sebagai serat alami ini yang biasanya didapat dari serat tumbuhan (pepohonan) seperti pohon bambu, pohon kelapa, pohon pisang serta tumbuhan lain yang terdapat serat pada batang maupun daunnya. Bahan mudah
didapat, harga relatif murah dan yang paling penting ramah lingkungan terlebih Indonesia memiliki kekayaan alam yang begitu melimpah. Penggunaan serat alami dewasa ini sudah merambah berbagai bidang kehidupan manusia, layaknya serat buatan, serat alami juga mampu digunakan sebagai modifikasi dari serat buatan. penggunaan serat eceng gondok sebelumnya sudah pernah dilakukan dilakukan penelitian seperti , (Hartono Yudo*, Kiryanto) Pengujian komposit berpenguat serat eceng gondok membandingkan arah serat sudut 00 dan 450, perlakuan serat pola anyaman, fraksi volume 32% matrik polyester dan 68% serat eceng gondok, dengan metode hand lay up. Dan (Pramuko I Purboputro) kekuatan bending komposit serat enceng gondok dengan panjang 25 mm, 50 mm dan 100 mm dengan fraksi volume 80% matrik polyesterdan 20% serat enceng gondok
Gambar 1 Eceng Gondok.
METODE
Pada penelitian tugas akhir ini harus terdapat rancangan penelitian, sehingga
mempermudah peneliti bagaimana penelitian ini akan dilakukan. Desain penelitian atau rancang bangun penelitian adalah rencana dan struktur penyelidikan yang disusun demikian rupa sehingga peneliti akan dapat memperoleh jawaban untuk pertanyaan-pertanyaan penelitiannya. Dalam penelitian tugas akhir ini dapat dijelaskan dengan oleh diagram alir penelitian. Diagram alir penelitian analisa kekuatan impak dan model patahan komposit polyester serat eceng gondok di tinjau dari tipe penyusunan serat adalah sebagai berikut :
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
komposit didefinisikan sebagai bahan yang terbentuk apabila dua atau lebih komponen yang berlainan digabung (Kroschwitz, 1987). K. Van Rijswijk et.al dalam bukunya Natural FibreComposites (2001) menjelaskan komposit adalah bahan hibrida yang terbuat dari resin polimer diperkuat dengan serat, menggabungkan sifat-sifat mekanik dan fisik. Secara garis besar
pada penelitian ini komposit yang dibuat menggunakan jenis FRC (Fiber Reinforced Composite), merupakan komposit yang fasa penguatnya berupa serat. Dibentuk dengan susunan Continuous Fiber Composite, Dis-Continuous Fiber Composite, dan Hybride Fiber Composite. Seperti gambar dibawah : 1.Continous Fiber Composites
Komposit yang diperkuat dengan serat secara berurutan (Continous) memiliki susunan serat panjang dan lurus membentuk lamina diantara matriksnya. Contoh dapat dilihat pada Gambar:
Gambar 2. Continous Fiber Composites 2.Discontinuous Fiber Composit
Discontinuous Fiber Composit adalah tipe komposit dengan serat pendek.
Tipe ini dibedakan menjadi 3 yaitu: Aligned discontinuous fiber, Off-axis aligned discontinuous fiber, dan Randomly oriented discontinuous fiber.
Gambar 3. Discontinuous Fiber Composit
3.Hybrid Fiber Composite
Hybrid Fiber Composite merupakan komposit gabungan antara serat tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat mengganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
Gambar 4. Hybrid Fiber Composit
Dalam sebuah komposit terdapat dua bagian, yaitu filler atau pengisi atau penguat yang dalam penelitian ini berupa serat dari tanaman eceng gondok , dan bagian kedua adalah matrik yang merupakan bagian terbesar yang mengisi sebuah komposit yaitu polyester resin dan pengeras berupa MEKPO (Meetil Etil Keton Peroksida) dengan perbandingan 100: 1. K
Kemudian untuk memperoleh serat eceng gondok dengan membelah batang
eceng gondok, kemudian sikat batang dengan sikat baja dengan alur penyikatan searah dan serat eceng gondok akan terlihat , setelah dijemur kering kemudian rendam serat eceng gondok menggunakan NaOH 5% selama 2 jam, kemudian serat dibilas menggunakan air bersih dan di angin-anginkan hingga kering dan siap digunakan dan timbang sesuai fraksi volume yang sudah ditentukan yaitu 40%.
Fraksi volume serat (𝑉𝑓) dapat dihitung dengan persamaan (Kaw, 1997)
𝑉𝑓= 𝑉𝑓 𝑉𝑐𝑥100% ... (1) 𝑣𝑓 = 𝑤𝑓 𝜌𝑓... (2) 𝜌𝑓= 𝑚𝑢 𝑚𝑢−𝑚𝑚𝜌𝑚 ... (3) Keterangan:
𝑚𝑢 : Berat serat di udara (gram)=3,9 kg
𝑚𝑚 : Berat serat dalam minyak tanah (gram)=2,57 gram
𝜌𝑚 : Berat jenis minyak tanah (minyak tanah = 0,83 g/𝑐𝑚3
𝑤𝑓 : Berat serat pada komposit (gran)
𝑣𝑐 : Volume komposit (𝑐𝑚3 )-=10,3225 𝑐𝑚3
𝜌𝑓 : Berat jenis serat (g/𝑐𝑚3) 𝑣𝑓 : Volume serat (𝑐𝑚3) 𝑉𝑓 : Fraksi volume serat (%)
Sehingga didapat hasil perhitungan fraksi volume serat 40% adalah 1,28 gr Setelah ditentukan fraksi volume serat kemudian serat dilakukan pembentukan specimen sesuai ASTM D6110-04 karena pengujian ini merupakan standar pengujian komposit plastik dengan alat uji Charpy , specimen yang akan dibuat seperti gambar dibawah:
Gambar 5 spesimen ASTM D6110-04. Kemudian spesimen dibentuk seperti gambar dibawah:
Gambar 6 spesimen yang sudah siap di Uji orientasi serat Continous 10 spesimen, Discontinous 10 spesimen dan Hybrid 10
spesimen
kemudian di oven di suhu 600 C Selama 24 jam. Setelah dilakukan proses curring kemudian spesimen siap diuji impak untuk mengetahui kekuatan mekanis pada serat dengan pengujian impak alat uji charpy .
Gambar 7 proses uji impak pada spesimen
Selanjutnya setelah uji impak patahan spesimen akan diuji kembali menggunakan mikroskop dengan pembesaran 10x maka didapat pola patahan setiap spesimen orientasi serat sebagai berikut :
Gambar model patahan masing-masing orientasi serat Continuous, Discontinuous, dan Hybride.
Gambar 8 Model Patahan Spesimen Orientasi Serat Continuous
Gambar 9 Model Patahan Spesimen Orientasi Serat Discontinuous
Gambar 10 Model Patahan Spesimen Orientasi Serat Hybrid
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian impack dilakukan untuk mengatasi beberapa besar energi yang mampu diserap oleh spesimen (sampel). Pada mengujian impack ini, dibagi menjadi 3 (tiga) jenis orientasi serat, yaitu orientasi serat continous, discontinous dan Hybrid yang dimana masing-masing spesimen orientasi serat 10 buah dan total keseluruhan spesimen 30 buah.
Tabel 1. Data Hasil Pengujian Impak Setiap Orientasi Serat.
Nomor Spesim
en
Fraksi Volume Serat Contino us Discontin ous Hybri de 1 1,6 N.m 2,9 N.m 3,3 N.m 2 1,9 N.m 2,6 N.m 3,5 N.m 3 2,0 N.m 3,0 N.m 3,7 N.m 4 1,8 N.m 2,7 N.m 3,3 N.m 5 1,6 N.m 2,5 N.m 3,6 N.m
6 1,7 N.m 2,5 N.m 3,8 N.m 7 1,7 N.m 2,8 N.m 3,8 N.m 8 1,9 N.m 2,6 N.m 3,4 N.m 9 2,0 N.m 2,9 N.m 3,6 N.m 10 1,8 N.m 2,7 N.m 3,5 N.m Rata-Rata 1,8 N.m 2,72 N.m 3,55 N.m Tegangan yang terjadi pada komposit dengan sususnan serat continous, discontinuous dan hybrid akan diteruskan ke semua serat. Dari hasil pengujian impak yang dilakukan ke semua spesimen diketahui bahwa energi dengan rata-rata 1,8 N.m, 2,72 N.m, dan 3,55 N.m,. Selanjutnya besar energi potensial yang diserap oleh spesimen komposit akan menunjukan kekuatan impak benda uji yang dapat dihitung dengan persamaan (Surdia, 2005) berdasarkan orientasi serat masing-masing, maka dihitung menggunakan rumus :
𝐼𝑠 =𝐸𝑠−𝐸0 𝐴 Keterangan :
𝐼𝑠 : Kekuatan Impack (J/m2) 𝐸𝑠 : Energi yang diserap sampel setelah tumbukan (J)
𝐸0 : Energi yang diserap tanpa adanya sampel pada alat uji (J)
A :Luas penampang lintang sampel (m2)
Table 2. rata-rata kekuatan impak komposit berpenguat serat eceng gondok
Orientasi Serat Ener gi Sera p Rata -Rata (𝑬𝒔) Luas Penampa ng Kekuat an Impak (𝑰𝒔) Continous 1,8 N.m 0,001290 32 m2 1.085,0 02 J/M2 Discontin ous 2,72 N.m 0,001290 32 m2 1.798,0 03 J/M2 Hybride 3,55 N.m 0,001290 32 m2 2..441,2 5 J/M2 Beriku ini gambar diagram perbandingan hasil kekuatan Impak pada orientasi serat continous, discontinuous dan hybrid.
Gambar 11 Diagram Perbandingan Hasil Kekuatan Impak Continuous,
Setelah mendapat hasil uji impak kemudian dilakukan untuk uji asumsi (prasyarat) penggunaan analisis varians dan juga uji asumsi analisis untuk studi korelasional. Uji prasyarat yang dilakukan adalah : 1) Uji Normalitas Sebaran Data, dan 2) Uji Homogenitas Varians, Selanjutnya data tersebut dianalisa menggunakan Anava Satu jalur untuk mengetahui bahwa memang terdapat pengaruh orientasi serat terhadap kekuatan impak komposit berpenguat serat eceng gondok bermatrik polimer polyester dan didapat data sebagai berikut :
1. Terdapat perbedaan kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat eceng gondok antara orientasi serat Continuous dengan Discontinuous dengan nilai t Scheffe ǀ𝑡1−2ǀ = 12,18. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut lebih besar dari nilai distribusi t dengan taraf signifikansi 0,05 yaitu 2,228.
2. Terdapat perbedaan kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat eceng gondoka antara orientasi serat Continuous dengan Hybride dengan nilai t Scheffe ǀ𝑡1−3ǀ= 24,03. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut lebih besar dari nilai distribusi t dengan taraf signifikansi 0,05 yaitu 2,228. 3. Terdapat perbedaan kekuatan impak
komposit polyester berpenguat serat eceng gondok antara orientasi serat
Discontinuous dengan Hybride dengan nilai t Scheffe ǀ𝑡2−3ǀ = 11,02. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut lebih besar dari nilai distribusi t dengan taraf signifikansi 0,05 yaitu 2,228.
Pembahasan Hasil Pengujian Model Patahan
Secara mikroskopik pada patahan komposit, pada orientasi serat Continous kondisi patahan menunjukkan pola patahan getas atau ( briettle) menunjukan pola patahan segaris, sama rata dan mengkilap. Sifat matrik yang getas ( briettle) memungkinkan sifat elasitisas komposit menjadi menurun, Akan tetapi komposit mengalami putus baik patahan matrik pada satu titik dan terjadi pada daerah beban. Hal ini mengindikasikan bahwa matrik masih mampu bekerja sama menerima beban tarik, bukti lain bahwa sepanjang permukaan tidak mengalami retak.
Pada patahan komposit, pada orientasi serat Discontinous kondisi patahan menunjukkan pola patahan getas ( Briettel )dan Deleminasi, menunjukan pola patahan segaris,sama rata dan mengkilap. Selanjutnya pada gambar pola patahan pada orientasi serat Discontinous terlihat ada bagian yang tidak terkena matrik (delaminasi ) akibat terlalu rapat penyusunan serat.
Pada orientasi serat Hybride kondisi patahan menunjukan mekanisme (fiber pull out) kondisi serat tercabut. Komposit mengalami putus jelek karena terjadi retakan pada permukaan. Seperti gambar dibawah :
a. Model Patahan Orientasi Serat Continuous
Pada model patahan spesimen pengujian impak dengan orientasi serat Continuous adalah patahan getas (Brittle Fracture) dan. Hal ini dikarenakan patahan memiliki ciri-ciri sebagai berikut: • Terdapat butir-butir halus pada
permukaan patahan spesimen. • Permukaan dari patahan spesimen
uji mengkilap. .
Gambar 12 Hasil Pengujian Patahan Spesimen Orientasi Serat Continuous
b. Model Patahan Orientasi Serat Discontinuous
Pada model patahan spesimen pengujian impak dengan orientasi serat Discontinuous adalah patahan getas
(Brittle Fracture) . Hal ini dikarenakan patahan memiliki ciri-ciri sebagai berikut: • Terdapat butir-butir halus pada
permukaan patahan spesimen. • Permukaan dari patahan spesimen
uji mengkilap.
Gambar 13 Hasil Pengujian Patahan Spesimen Orientasi Serat Discontinuous
c. Model Patahan Orientasi Serat Hybride
Pada model patahan spesimen pengujian impak dengan orientasi serat Dis-Continuous adalah kombinasi antara patahan getas (Brittle Fracture) dan fibers fracture atau dikenal dengan patahan sikat (brush fracture). Hal ini dikarenakan patahan memiliki ciri-ciri sebagai berikut: • Terdapat butir-butir halus pada
permukaan patahan spesimen. • Permukaan dari patahan spesimen
uji mengkilap.
• Terdapat serabut-serabut kasar pada permukaan patahannya yang berbentuk seperti sikat.
Gambar 13 Hasil Pengujian Patahan Spesimen Orientasi Serat Hybride
KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari hasil analisis data berupa perhitungan dan pengamatan adalah sebagai berikut
1. Terdapat perbedaan kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat alam batang Eceng Gondok antara orientasi serat Continuous dengan Discontinuous dengan nilai t Scheffe ǀ𝑡1−2ǀ = 12.86. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut lebih besar dari nilai distribusi t dengan taraf signifikansi 0,05 yaitu 2,228.
2. Terdapat perbedaan kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat batang Eceng Gondok antara orientasi serat Continuous dengan Hybride dengan nilai t Scheffe ǀ𝑡1−3ǀ = 24,03. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut lebih besar dari nilai distribusi t dengan taraf signifikansi 0,05 yaitu 2,228.
3. Terdapat perbedaan kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat alam Eceng Gondok antara orientasi serat Discontinuous dengan Woven dengan nilai t Scheffe ǀ𝑡2−3ǀ = 11,02. Dapat dilihat bahwa nilai tersebut lebih besar dari nilai distribusi t dengan taraf signifikansi 0,05 yaitu 2,228.
4. Secara mikroskopik pada patahan komposit, kondisi patahan menunjukkan mekanisme getas (Briettle) ,yang dimana Keadaan getas (breattle) tersebut terjadi pada spesimen Continuous, sedangkan pada Discontinuous menunjukkan mekanisme getas (breattle) dan Delaminasi atau serat yang tidak terkena matrik , dan Hybrid menunjukkan mekanisme Fiber pull out terdapat atau kondisi serat tercabut.
SARAN
Untuki menyempurnakan hasil dari penelitian yang telah dilakukan, maka perlu diperhatikan untuk penelitian sejenis berikutnya:
1. Menguji sifat mekanis lainnya yang dimiliki oleh komposit berpenguat serat Eceng Gondok dengan matrik polimer polyester, yaitu pada
kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekerasan permukaan, dan lain sebagainya.
2. Dapat dilakukan penelitian lainnya dengan membandingkan variasi Arah serat, Pola anyaman dan suhu untuk mendapat kekuatan impak maksimal dari komposit berpenguat serat Eceng Gondok bermatrik polimer polyester. 3. Dapat dilakukan penelitian lainnya dengan membandingkan variasi pola anyaman untuk mendapat kekuatan impak maksimal dari komposit berpenguat serat Eceng Gondok bermatrik polimer polyester.
DAFTAR PUSTAKA
Aminudin, M.A. 2008. Karakterisasi Komposit Enceng Gondok Dengan Variasi Panjang Serat (50 mm, 100 mm, 150 mm) dengan Matriks Polyester.
ASTM D 6110-04 (Standard Test For Determining the Charpy Impact Resistence of Notched Specimen of Plastics)
Gede Aprianto. 2016. Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Sifat Mekanis Matrik Polimer Polyester Diperkuat Serat Agave Sisal. Singaraja: Pendidikan Teknik Mesin Undiksha. Gibson, F Ronald, 1994.“Principles of
Composite Material
Mechanics”.Internasional Edition, MC.Graw – Hill Inc, New York.
Hartono Yudo, Kiryanto Program Studi Teknik Perkapalan Fakultas Teknik UNDIP “ANALISA TEKNIS
REKAYASA SERAT ECENG
GONDOK SEBAGAI BAHAN
PEMBUATAN KOMPOSIT
DITINJAU DARI KEKUATAN TARIK.
I Putu Gede Suartama. 2016. Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Sifat Mekanis Komposit Matriks Polimer Polyester Diperkuat Serat Pelepah Gebang. Singaraja: Pendidikan Teknik Mesin Undiksha.
Joko Sisworo, Sarjito, 2005. “Catatan Kuliah Mata Kuliah Kapal Non-ferro”. Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
Jones, R. M, 1975. ”Mechanics of Composite Materials”. Scripta Book Company, Washington DC
Roseno, Seto. 2003. Karakteristik dan Model Mekanis Material Komposi BerpenguatSerat Alam. Jakarta: BPPT.
Pramuko I Purboputro “ PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT
ENCENG GONDOK DENGAN
MATRIKS POLIESTER.
Margono. 2004. Metodologi Penelitian Pendidikan. Jakarta: Rineka Cipta. Maryanti, Budha. 2011. Pengaruh Alkalisasi
Komposit Serat Kelapa- Poliester Terhadap Kekuatan Tarik. Fakultas
Teknik Universitas Brawijaya, Malang
Mujiyono. Didik. 2006. Pemanfaatan Serat Daun Pandan Alas Sebagai Pengisi Alternatif Pengganti Fiberglass . Media Teknik, No.1. Universitas Negeri Yogyakarta, Yogyakarta. Nasir, Moh. 1988. Metode Penelitian.
Jakarta: Ghalia Indonesia.
Rafiuddin Syam, Zulkifli Djafar. 2012. Analisis Sifat Mekanis Tenunan Serat Rami Jenis Basket Tipe S 3/12 Dengan Matriks Epoksi Resin (Kekuatan Bending). Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar.
N. Dantes. 2014. Analisis Dan Desain Eksperimen. Penerbit: Program Pascasarjana Universitas Pendidikan Ganesha
