ANALISIS KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT POLYESTER BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN FRAKSI VOLUME 20%, 25%, DAN 30% TUGAS AKHIR

(1)

ANALISIS KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT POLYESTER BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN FRAKSI VOLUME

20%, 25%, DAN 30%

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun oleh:

JOVANDO MARTORIUS RIDO SEDA 175214106

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2021

(2)

ANALYSIS OF MECHANICAL STRENGTH OF SUGARCANE FIBER REINFORCED POLYESTER COMPOSITES WITH 20%, 25%, AND 30%

FRACTION VOLUME

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Engineering Degree

In Mechanical Engineering

Arranged by:

JOVANDO MARTORIUS RIDO SEDA 175214106

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY

UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2021

(3)

LEMBAR PERSETUJUAN

Mengesahkan skripsi denganjudul:

ANALISIS KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT POLYESTER BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN FRAKSI VOLUME

20%, 25% DA 30%

ang dipersiapkan, dan djsusun oleh:

VJ 0

RTORIUS RIDO SEDA '1_7511..4106

~ ~

I!S J)

Menyetujui, ~

Dosen pembimbing,

Doddy Purwadianto, S.T., M.T.

Ill

(4)

ANALISIS KEKUA TAN MEKANIK KOMPOSIT POLYESTER BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN FRAKSI VOLUME

Ketua

Sekretaris

Anggota

20%, 25% DAN 30%

Telah dipertahankan dihadapan tim penguji pada tanggal 6 Desember 2021 dan dinyatakan telah lulus memenuhi syarat

Susunan tim penguji

: Wibo o Kusban9ono, S.T., M:T.

~ Tanda Tangan

~~ _~ ~'

_....

_~ _~

...

-

~ ~

Nama Lengkap

~P.:-'

sdi Sambada,,M\.

: DoddyJ>urwadianto, S.T., M.T.

J

Tugas akhir ini te!ab ctiterima e agai salah sa pe syarat~ untuk memperoleh

gelar S rjana eknik

y ogyakarta,

I J Jot

^I?^Uc.^r^,'^{<_ ()}

~

^2.

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dhanna

Dekan,

IV

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:

20%, 25% DAN 30%

Dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan tiruan dari tugas akhir maupun penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma atau di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, Penulis,

Jovando Martorius Rido Seda 175214106

(6)

vi

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : Jovando Martorius Rido Seda Nomor Mahasiswa : 175214106

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, maka saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul:

20%, 25% DAN 30%

Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Yogyakarta, Penulis,

(7)

vii ABSTRAK

Seiring dengan perkembangan teknologi dizaman sekarang, semua negara dituntut untuk selalu menciptakan inovasi-inovasi yang baru. Tidak hanya memikirkan tujuan dari teknologi itu dibuat, tetapi harus memikirkan aspek lingkungan. Salah satu solusinya yaitu menggunakan bahan atau material yang ramah lingkungan. Penelitian ini berfokus pada penggunaan material dengan komposit serat alami polyester berpenguat serat ampas tebu. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis nilai kekuatan tarik dan kekuatan impak pada polimer komposit polyester berpenguat serat tebu.

Metode pengumpulan data menggunakan pengujian tarik mesin (GOTECH KT-7010A2 TAIWAN,R.O.C) dan pengujian impak mesin (GOTECH GT-7045 TAIWAN,R.O.C) dengan standar ASTM D3039-03 untuk uji tarik dan ASTM D6110-04 untuk uji impak. Volume spesimen uji tarik 20 cm x 2 cm x 0,3 cm dan spesimen uji impak 6,4 cm x 1,27 cm x 1,27 cm. Variabel yang divariasikan pada penelitian ini adalah (1) variasi persentase serat ampas tebu 20%, 25% dan 30%

untuk spesimen uji tarik dan (2) variasi persentase serat ampas tebu 20%, 25% dan 30% untuk spesimen uji impak.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan, nilai kekuatan tarik dan regangan komposit polyester berpenguat serat tebu tertinggi terdapat pada variasi persentase serat 30% sebesar 26,00 MPa dan 1,07%, dan modulus elastisitas sebesar 32,74 MPa pada komposit polyester berpenguat serat ampas tebu persentase serat 25%.

Untuk nilai tenaga patah dan harga keuletan tertinggi terdapat pada komposit polyester berpenguat serat ampas tebu persentase 30% sebesar 9,14 Joule dan 0,0673 J/mm².

Kata Kunci: komposit, polyester, serat alami ampas tebu, uji tarik, uji impak, kekuatan tarik, modulus elastisitas, harga keuletan

(8)

viii ABSTRACT

Along with the development of technology nowadays, all of the countries are required to always create the new innovations. Not only thinking about the purpose of making the technology but also thinking about the environmental aspects. One of the solutions is by using environmentally friendly materials. This research focuses on the use of materials with natural polyester fiber composites with bagasse fiber reinforcement. The purpose of this research is to analyse the tensile strength value and brittleness on sugarcane fiber reinforced polyester composite.

The data collection method uses tensile testing (GOTECH KT-7010A2 TAIWAN,R.O.C) and engine impact testing (GOTECH GT-7045 TAIWAN,R.O.C) with ASTM D3039-03 standards for tensile tests and ASTM D6110-04 for impact tests. The volume of the tensile test specimen is 20 cm x 2 cm x 0.3 cm and the impact test specimen is 6.4 cm x 1.27 cm x 1.27 cm. The variables that are varied in this research are (1) variations in the percentage of bagasse fiber 20%, 25% and 30% for the tensile test specimens and (2) variations in the proportions of bagasse fiber 20%, 25% and 30% for the impact test specimens.

Based on the research conducted, the highest tensile strength and strain values of sugarcane fiber reinforced polyester composites are found in the 30% fiber percentage variation of 26.00 MPa and 1.07%, and the modulus of elasticity is 32.74 MPa in the bagasse fiber reinforced polyester composite 25% fiber percentage. For the value of fissure strength and the highest ductility values are found in the 30%

bagasse fiber reinforced polyester composite of 9.14 Joules and 0.0673 J/mm².

Keywords: composite, polyester, natural bagasse fiber, tensile test, impact test, tensile strength, modulus of elasticity, value of ductility

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan naskah Skripsi yang berjudul “ANALISIS KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT POLYESTER BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN FRAKSI VOLUME 20%, 25%, DAN 30%”.

Penyusunan skripsi ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan naskan skripsi ini, penulis telah melakukan serangkaian penelitian di laboratorium dan dilapangan. Pada akhirnya, penyusunan naskah skripsi ini dapat terselesaikan berkat kasih Tuhan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah meluangkan waktu dan tenaga untuk memberikan bimbingan, ilmu, dan masukan sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini.

5. Bernardus Seda dan Mariane Saloh selaku orang tua yang selalu memberikan dukungan, perhatian, doa dan semangat bagi penulis.

6. Mario Agustorius selaku kakak yang memberikan semangat dan dukungan.

7. Teman seperjuangan skripsi, Bung, Fajar, Jevon dan Mahendra yang senantiasa memberikan semangat dan dukungan.

8. Segenap teman-teman Texas dan keluarga Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

(10)

x

9. Seluruh dosen, laboran, dan staf Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan pengalaman.

10. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan dukungan baik secara langsung maupun secara tidak langsung kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa naskah skripsi ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan naskah skripsi ini. Semoga naskah ini berguna bagi kemajuan di bidang teknologi.

Yogyakarta, Penulis

Jovando Martorius Rido Seda

(11)

xi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PERSETUJUAN... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xv

BAB 1 PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Identifikasi Masalah ... 2

1.3 Rumusan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

1.6 Batasan Masalah ... 3

BAB 2DASAR TEORI ... 5

2.1 Pengertian Komposit ... 5

2.2 Penggolongan Komposit ... 6

2.3 Tipe Komposit Serat ... 10

2.4 Bahan Penyusun Komposit... 12

2.4.1 Matrik ... 12

2.4.2 Bahan Pengisi (reinforcement) ... 12

2.4.3 Bahan Tambahan ... 13

2.5 Serat ... 13

2.5.1 Serat Alam ... 14

2.5.2 Serat Buatan ... 15

2.5.3 Ampas Tebu (bagasse) ... 15

2.6 Fraksi Volume Komposit ... 16

2.7 Uji Tarik ... 17

2.8 Uji Impak ... 20

(12)

xii

2.9 Tinjauan Pustaka ... 22

BAB 3METODOLOGI PENELITIAN ... 24

3.1 Skema Penelitian ... 24

3.2 Alat dan Bahan ... 25

3.2.1 Alat yang digunakan ... 25

3.2.2 Bahan yang digunakan ... 28

3.3 Pembuatan Benda Uji ... 30

3.3.1 Proses pembuatan benda uji komposit ... 30

3.4 Bentuk dan Ukuran Benda Uji ... 34

3.4.1 Benda uji tarik ... 35

3.4.2 Benda uji impak ... 35

3.5 Metode Pengujian ... 36

3.5.1 Uji tarik ... 36

3.5.2 Uji impak ... 38

BAB 4HASIL DAN PEMBAHASAN ... 40

4.1 Hasil Pengujian ... 40

4.2 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Dan Uji Impak ... 40

4.2.1 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik ... 40

4.2.2 Hasil Rata-Rata Pengujian Benda Uji Tarik Komposit... 44

4.2.3 Pembahasan Uji Tarik Komposit Serat Tebu ... 46

4.2.4 Hasil Pengujian Benda Uji Impak ... 50

4.2.5 Hasil Rata-Rata Pengujian Benda Uji Impak Komposit ... 53

4.2.6 Pembahasan Uji Impak Komposit Serat Tebu ... 54

BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN ... 57

5.1 Kesimpulan ... 57

5.2 Saran ... 57

DAFTAR PUSTAKA ... 58

LAMPIRAN ... 60

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Fase Pembentuk Komposit ... 5

Gambar 2. 2 Skema Penyusun Serat ... 7

Gambar 2. 3 Komposit Berlapis ... 8

Gambar 2. 4 Komposit Patrikel ... 8

Gambar 2. 5 Continuous Fiber Composite (Gibson, 1994) ... 11

Gambar 2. 6 Woven Fiber Composite (Gibson, 1994) ... 11

Gambar 2. 7 Tipe Discontinuous Fiber (Gibson, 1994) ... 12

Gambar 2. 8 Serat Alam ... 14

Gambar 2. 9 Serat Buatan ... 15

Gambar 2. 10 Mesin Uji Tarik ... 19

Gambar 2. 11 Diagram Tegangan dan Regangan ... 19

Gambar 2. 12 Ilustrasi Pengujian Impak Dengan Metode Charpy dan Izod ... 20

Gambar 2. 13 Skema Pada Uji Impak ... 21

Gambar 2. 14 Mesin Uji Impak... 22

Gambar 3. 1 Skema Alur Penelitian ... 24

Gambar 3. 2 Cetakan Kaca... 25

Gambar 3. 3 Timbangan Digital ... 26

Gambar 3. 4 Suntikan ... 26

Gambar 3. 5 Gelas Ukur... 27

Gambar 3. 6 Kertas Mika ... 27

Gambar 3. 7 Amplas ... 28

Gambar 3. 8 Serat Ampas Tebu ... 29

Gambar 3. 9 Polyester R-108 ... 29

Gambar 3. 10 Katalis MEPOXE ... 30

Gambar 3. 11 Spesimen Uji Tarik ASTM D3039... 35

Gambar 3. 12 Spesimen Uji Impak ASTM D-6110-04 ... 36

Gambar 3. 13 Mesin Uji Tarik ... 37

Gambar 3. 14 Alat Uji Impak Charpy ... 38

Gambar 3. 15 Skema Uji Impak Charpy ... 39

(14)

xiv

Gambar 4. 1 Grafik Diagram Rata-Rata Kekuatan Tarik Komposit Serat Tebu .. 45 Gambar 4. 2 Grafik Diagram Rata-Rata Regangan Komposit Serat Tebu ... 45 Gambar 4. 3 Grafik Diagram Rata-Rata Modulus Elastisitas Komposit Serat Tebu ... 46 Gambar 4. 4 Hasil Spesimen Komposit Polyester Uji Tarik Berpenguat Serat Tebu 20% ... 48 Gambar 4. 5 Hasil Spesimen Komposit Polyester Uji Tarik Berpenguat Serat Tebu 25% ... 49 Gambar 4. 6 Hasil Spesimen Komposit Polyester Uji Tarik Berpenguat Serat Tebu 30% ... 49 Gambar 4. 7 Grafik Diagram Rata-Rata Tenaga Patah Komposit Serat Tebu... 53 Gambar 4. 8 Grafik Diagram Rata-Rata Harga Keuletan Komposit Serat Tebu .. 54 Gambar 4. 9 Hasil Spesimen Uji Impak Komposit Polyester Berpenguat Serat Tebu 20% ... 55 Gambar 4. 10 Hasil Spesimen Uji Impak Komposit Polyester Berpenguat Serat Tebu 25% ... 56 Gambar 4. 11 Hasil Spesimen Uji Impak Komposit Polyester Berpenguat Serat Tebu 30% ... 56

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Komposisi Kimia Ampas Tebu ... 16

Tabel 3. 1 Berat Jenis Berbagai Jenis Serat Alam ... 34

Tabel 4. 1 Dimensi Komposit Dengan Fraksi Volume 0% ... 41

Tabel 4. 2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 0% ... 41

Tabel 4. 9 Hasil Nilai Rata-Rata Perhitungan Benda Uji Tarik Komposit ... 44

Tabel 4. 10 Sifat Mekanik Komposit Serat Tebu 0% ... 51

Tabel 4. 14 Hasil Nilai Rata-Rata Perhitungan Benda Uji Impak Komposit... 53

(16)

1 BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan teknologi dizaman sekarang, semua negara dituntut untuk selalu menciptakan inovasi-inovasi yang baru. Tidak hanya memikirkan tujuan dari teknologi itu dibuat, tetapi harus memikirkan aspek lingkungan. Salah satu solusinya yaitu menggunakan bahan atau material yang ramah lingkungan. Material yang dapat terdegradasi secara alami saat didaur ulang dan ramah lingkungan menjadi tuntutan teknologi zaman sekarang. Material komposit berpenguat serat alam kini mulai diperhitungkan. Hal ini disebabkan karena material bahan komposit berpenguat serat alam memiliki beberapa keunggulan. diantaranya berat yang lebih ringan, lebih kuat dan tahan terhadap korosi, ramah lingkungan, dan sebagainya.

Komposit adalah suatu bahan yang terbentuk dari campuran dua atau lebih bahan penyusun melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari setiap bahan penyusunnya berbeda (Gibson, 1994). Komposit berpenguat serat memiliki 2 jenis serat penguat yaitu serat sintetis dan serat alami. Serat sintetis sendiri banyak digunakan di industri saat ini, seperti serat kaca (fiberglass), dan karbon karena kekuatan dan kekakuannya yang tinggi. Namun serat ini juga memiliki kelemahan dalam biodegradabilitas, biaya pengolahan yang cukup tinggi, serta susah untuk didaur ulang. Solusi dari permasalahan tersebut yaitu menggunakan serat alam, hal ini terkait dengan sifat serat alami yang renewable atau termasuk sumber daya alam yang dapat diperbaharui serta biodegradable atau dapat diuraikan secara alami sehingga tidak menimbulkan pencemaran lingkungan.

Salah satu serat yang biasa dijumpai di Indonesia adalah serat ampas tebu.

Pada tahun 2015, produksi gula di Indonesia mencapai 2,49 juta ton, cukup untuk mengatasi masalah dalam negeri, mengingat tidak ada permasalahan dengan stok bahan mentah yang dapat tumbuh subur di semua musim (Isnaeni, 2019). Tingginya kapasitas produksi gula di Indonesia berpengaruh terhadap melimpahnya limbah

(17)

ampas tebu. Berdasarkan data dari pusat penelitian Perkebunan Gula Indonesia (P3GI) ampas tebu yang dihasilkan sebanyak 32% dari berat tebu giling. Data ini diperoleh dari Ikatan Ahli Gula Indonesia (IKAGI) menunjukan bahwa jumlah tebu yang digiling oleh 62 pabrik gula di Indonesia menghasilkan sekitar 30 juta ton, sehingga ampas tebu yang dihasilkan diperkirakan mencapai 9 juta ton (Husin, 2007). Dengan adanya penelitian ini maka dapat menjadi alternatif pemanfaat ampas tebu.

1.2 Identifikasi Masalah

Kebanyakan industri saat ini masih menggunakan komposit berpenguat serat buatan(sintetis). Penggunaan komposit berpenguat serat sintetis sendiri memiliki beberapa keunggulan, seperti memiliki elastisitas yang baik, serat sintetis yang umumnya lebih tahan lama, dan sebagainya. Namun dibalik keunggulan tersebut, ada beberapa kelemahan seperti tidak ramah lingkungan, tidak mudah diuraikan, dan memiliki titik leleh yang rendah, sehingga mudah meleleh ketika dipanaskan.

Karena beberapa kelemahan tersebut maka industri-industri mulai memikirkan inovasi baru dengan penggunaan serat alami. Pada penelitian ini akan menggunakan serat alami dari ampas tebu (bagasse) untuk mencari perbandingan kekuatan tarik dan kegetasan polimer komposit polyester berpenguat serat tebu dengan variasi persentase serat 20%, 25%, dan 30%.

1.3 Rumusan Masalah

Perumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Bagaimana nilai kekuatan tarik komposit polyester berpenguat serat tebu dengan variasi persentase serat 20%, 25% dan 30%?

b. Bagaimana nilai kekuatan impak komposit polyester berpenguat serat tebu dengan variasi persentase serat 20%, 25% dan 30%?

(18)

3

1.4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Menganalisis nilai kekuatan tarik, regangan, dan modulus elastisitas komposit polyester berpenguat serat tebu dengan fraksi volume 20%, 25%

dan 30%.

b. Menganalisis nilai tenaga patah dan harga keuletan komposit polyester berpenguat serat tebu dengan fraksi volume 20%, 25 dan 30%.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Menjadi salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang diakibatkan limbah ampas tebu yang dihasilkan oleh penjual es tebu maupun industri.

b. Hasil penelitian dapat digunakan sebagai pengetahuan ilmiah terkait pemanfaatan serat tebu sebagai penguat dalam komposit, serta dapat digunakan sebagai pertimbangan dalam pemanfaatan limbah ampas tebu.

c. Menambah kepustakaan tentang kekuatan tarik dan kegetasan polimer komposit polyester berpenguat serat tebu dengan persentase serat 20%, 25%, 30%.

1.6 Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini antara lain:

a. Cetakan yang digunakan adalah cetakan kaca dengan ukuran: 20 cm x 2 cm x 0,3 cm untuk uji tarik dan 6,4 cm x 1,27 cm x 1,27 cm untuk uji impak.

b. Bahan penguat komposit adalah serat ampas tebu (baggase) dengan persentase serat 20%, 25%, dan 30%.

c. Resin yang digunakan sebagai bahan pengikat adalah Polyester R-108 dan katalis yang digunakan sebagai pengisi adalah katalis MEPOXE.

(19)

d. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan uji impak.

e. Alat uji tarik yang digunakan adalah tipe GOTECH KT-7010A2 TAIWAN,R.O.C dan untuk uji impak adalah tipe GOTECH GT-7045 TAIWAN,R.O.C.

(20)

5 BAB 2 DASAR TEORI

2.1 Pengertian Komposit

Komposit adalah suatu bahan yang terbentuk dari campuran dua atau lebih bahan penyusun melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari setiap bahan penyusunnya berbeda (Gibson, 1994). Kata komposit dalam pengertian bahan berarti komposit terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda, atau dicampur secara makroskopis.

Gambar 2.1 menjelaskan bahwa pada umumnya komposit memiliki dua fase pembentuk yaitu fase pengikat(matrik) dan fase pengisi(reinforcement). Dua fase tersebut memiliki fungsi yang berbeda, pengisi(reinforcement) berfungsi sebagai material rangka yang menyusun komposit, sedangkan pengikat(matrik) berfungsi untuk merekatkan serat dan menjaganya agar tidak berubah posisi. Perpaduan keduanya akan menghasilkan material yang keras, padat, namun ringan.

( Sumber: https://artikel-teknologi.com/pengertian-material-komposit/ )

Gambar 2. 1 Fase Pembentuk Komposit

(21)

Matriks umumnya terbuat dari bahan resin. matriks berfungsi sebagai perekat material pengisi sehingga pengisi dapat merekat dengan kuat. Bentuk pengisi dapat bermacam-macam baik partikel, serat halus, serat diskontinu, serat kontinu, dan lempengan. Bentuk serat lebih sering digunakan untuk pengisi, karena bentuk ini lebih mudah dibentuk dibandingkan dengan lempengan serta kemampuan meneruskan beban lebih besar dibandingkan bentuk butiran.

Komposit mempunyai beberapa keunggulan, antara lain (Jones, 1975:1):

a. Memiliki kerapatan yang rendah (ringan).

b. Bahan komposit dapat memberi penampilan (appearance) dan kehalusan permukaan yang lebih baik.

c. Komposit dapat dirancang agar terhindar dari korosi. Ini akan sangat menguntungkan pada penggunaan komposit sebagai elemen-elemen tertentu pada kendaraan bermotor.

d. Dengan bahan komposit memungkinkan untuk menghasilkan produk- produk yang memiliki sifat-sifat lebih baik daripada keramik, logam, dan polimer.

e. Sifat produk dapat diatur tergantung dengan penggunaannya.

Komposit juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu:

a. Sifatnya yang anisotropic, dimana terjadi perbedaan sifat yang tergantung pada arah komposit diukur.

b. Kebanyakan bahan pengikat komposit terutama polimer cenderung tidak tahan terhadap zat-zat kimia atau larutan tertentu.

c. Biaya pembuatan membutuhkan biaya cukup mahal.

d. Proses pembuatannya relatif sulit dan rumit.

e. Proses pembuatan komposit cukup memakan waktu yang lama.

2.2 Penggolongan Komposit

Pada umumnya ada tiga macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakan (Jones, R.M: 7), yaitu:

(22)

7

1. Fibrous Composites (Komposit Serat)

adalah jenis komposit yang hanya terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan pengisi berupa serat atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa carbon fibers, glass fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

Agar bisa membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat diharuskan memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriknya, selain itu juga harus ada permukaan antara komponen penguat dan matrik. Salah satu contoh penyusunan dengan metode memanjang dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2. 2 Skema Penyusun Serat ( Sumber: https://material-teknik.blogspot.com/ )

2. Laminated Composites (Komposit Laminat)

Komposit ini terdiri dari sekurang-kurangnya dua lapisan material yang berbeda dan digabung secara bersamaan. Laminated composite dibentuk dari bermacam-macam lapisan dengan berbagai macam arah penyusunan serat yang ditentukan yang disebut laminat.

(23)

Gambar 2. 3 Komposit Berlapis

( Sumber: https://material-teknik.blogspot.com/ )

3. Particulate Composites (Komposit Partikel)

merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya, dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan material atau bahan-bahan non- logam.

Ada dua jenis komposit partikel yaitu partikel komposit organic dan partikel komposit non-organik. Dalam pembuatannya, komposit partikel bisa dibuat dari partikel dan matrik logam maupun non-logam dapat juga menggunakan kombinasi dari keduanya. Skema komposit partikel dapat dijelaskan pada Gambar 2.4.

Gambar 2. 4 Komposit Patrikel

(24)

9

( Sumber: https://material-teknik.blogspot.com/ )

Menurut jenis matriknya, komposit dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

1. Komposit Matrik Logam (Metal Matrik Composites)

Pada komposit ini matrik yang digunakan adalah logam sedangkan bahan pengisinya bisa berupa logam maupun non logam. Pembuatan matrik logam ini biasanya dilakukan dalam suhu yang tinggi untuk melelehkan bahan logam sebelum dicetak menjadi komposit.

Kelebihan dari komposit matrik logam adalah komposit ini memiliki kekuatan tinggi, ketangguhan retak dan kekuatan yang bagus, serta dapat menahan suhu tinggi dalam lingkungan korosif (Tantra, 2015:6).

2. Komposit Matrik Keramik (Ceramik Matrik Composites)

Keramik memiliki kekuatan, dan kekerasan yang cukup tinggi serta memiliki kerapatan yang rendah. Bahan ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu ketangguhan (toughness) dan tegangan tarik rendah.

Pembuatan komposit dengan matrik keramik sangat sulit dengan biaya yang cukup mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi serbuk dan dapat menggunakan Alumunium (Al₂O₃), Karbida Silicon (SiC), Nitrid boron (BN), dan Karbida titanium (TiC) sebagai matriknya.

3. Komposit Matrik Polimer (Polimer Matrik Composites)

Komposit jenis ini termasuk sering digunakan karena proses pembuatannya mudah dan murah, memiliki sifat mekanik yang ringan, dan sesuai dengan yang diinginkan. Komposit matrik polimer ini terbagi menjadi dua, yaitu:

a. Polimer thermoset

Polimer ini relatif getas dan mudah retak atau pecah. Beberapa contoh dari material ini adalah epoxy, melamine, dan polyester.

Adapun beberapa sifat dari resin polyester tak jenuh ini adalah (Surdia, Tata, & Saito, 1985: 256-258):

1. Viskositas yang relatif rendah.

(25)

2. Resinnya kaku dan rapuh.

3. Mengeras pada temperatur ruangan dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu diatur (maka tidak perlu diberi tekanan untuk pencetakan).

4. Ketahanan panas jangka panjangnya kira-kira 110 – 140 ºC.

5. temperatur deformasi termalnya lebih rendah dari pada resin thermoset lainnya.

6. Tahan terhadap cuaca.

7. Kuat terhadap asam, tetapi lemah terhadap alkali.

8. Tahan terhadap kelembaman dan sinar ultraviolet.

b. Polimer Termoplastik

Pada suhu tinggi, sifat fisis dan mekanik pada polimer termoplastik mudah berubah namun polimer termoplastik ini tahan terhadap lenturan dan bersifat ulet. Polimer yang termasuk polimer termoplastik adalah jenis polimer plastic yang tidak memiliki ikatan silang antara rantai polimernya, melainkan dengan struktur molekul linear atau bercabang (Haryanto, 2010). Contoh dari material ini adalah acrylics dan polyethylene.

2.3 Tipe Komposit Serat

Penempatan serat dengan benar akan berpengaruh terhadap kekuatan komposit.

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit yaitu:

1. Continuous Fiber Composite

Continuous fiber composite mempunyai serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan.

Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.

(26)

11

Gambar 2. 5 Continuous Fiber Composite (Gibson, 1994)

2. Woven Fiber Composite

Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan serat antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat serat antar lapisan. Tetapi susunan serat yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekakuan dan kekuatan tidak sebaik continuous fiber composite.

Gambar 2. 6 Woven Fiber Composite (Gibson, 1994)

3. Discontinuous fiber composite

Discontinuous fiber composite mempunyai serat pendek, dari tipe ini dibagi menjadi tiga yaitu:

a. Aligned discontinuous fiber (serat pendek dengan tipe searah)

(27)

b. Off-axis aligned discontinuous fiber (serat pendek dengan tipe silang)

c. Randomly oriented discontinuous fiber (serat pendek dengan tipe acak)

Gambar 2. 7 Tipe Discontinuous Fiber (Gibson, 1994)

2.4 Bahan Penyusun Komposit 2.4.1 Matrik

Matrik merupakan fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar. Fasa ini berfungsi sebagai pelekat bahan penguat yang terbenam didalamnya. Untuk mendapatkan ikatan yang baik antar fasa, maka diperlukan proses pembasahan yang sempurna. Pada pengujian ini matrik yang digunakan adalah resin polyester R-108. Matrik mempunyai beberapa fungsi, yaitu:

a. Mentransfer tegangan yang diberikan ke pengisi secara merata.

b. Melindungi pengisi dari gesekan mekanik.

c. Menjaga kestabilan setelah proses manufaktur.

d. Sebagai pengikat bahan pengisi sehingga dihasilkan ikatan antar permukaan yang kuat.

2.4.2 Bahan Pengisi (reinforcement)

Bahan pengisi adalah penanggung beban utama pada komposit. Bahan pengisi ini biasanya ditambahkan kedalam matrik untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit, misalnya kekuatan atau kekakuan komposit. Beberapa sifat yang dapat diperoleh dengan penambahan bahan pengisi:

a. Penyerapan kelembapan yang rendah.

(28)

13

b. Peningkatan sifat fisik.

c. Sifat pembasahan yang baik.

d. Biaya yang rendah.

e. Ketahanan terhadap api yang baik.

f. Ketahanan terhadap bahan kimia yang baik.

2.4.3 Bahan Tambahan

Berikut beberapa jenis bahan tambahan pada pembuatan komposit, yaitu:

1. Katalis

Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi mempercepat reaksi pengeringan pada temperatur ruang. Kelebihan dari katalis adalah menimbulkan panas saat proses pengeringan namun apabila pencampuran katalis kedalam resin terlalu banyak atau tidak sesuai dengan takaran dapat merusak produk yang dibuat. karena pencampuran katalis dan resin dapat menimbulkan reaksi panas, maka sebagai campuran untuk katalis menggunakan perbandingan antara 0,25% sampai 0,5% dari volume total.

2. Release agent

Release agent adalah bahan tambahan yang berfungsi sebagai alat untuk mempermudah melepas komposit saat sudah kering. Untuk menghindari lengketnya produk pada saat proses pencetakan, maka cetakan dapat dilapisi dengan release agent sebelumnya. Release agent yang biasa digunakan ada banyak dan yang biasa digunakan seperti waxes (semir), mirror glass, oli, dan sebagainya.

2.5 Serat

Serat (fiber) merupakan suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen yang membentuk jaringan memanjang yang utuh (Fahmi, 2011). Contoh serat yang paling umum dan sering dijumpai adalah serat pada kain. Serat sendiri biasanya digunakan oleh kebanyakan orang untuk membuat tali, kain, atau kertas.

Serat dapat digolongkan menjadi dua jenis yaitu serat alam dan serat sintetis (serat buatan manusia). Serat sintetis bisa diproduksi secara murah dalam jumlah yang

(29)

besar. Namun, serat alam memiliki berbagai kelebihan khususnya dalam hal kenyamanan.

2.5.1 Serat Alam

Menurut (Andriati, 2019) serat alami merupakan bentuk serat yang asalnya diperoleh langsung dari alam. Serat alam dapat diperoleh dari tumbuhan, hewan, dan bahan tambang.

Serat yang berasal dari tumbuhan mengandung unsur utama berupa selulosa. bagian tumbuhan yang dapat dijadikan serat antara lain biji, daun, dan batang. Serat yang berasal dari hewan merupakan serat protein. Serat protein biasanya berbentuk stapel misalnya serat wol dihasilkan dari rambut domba, sedangkan surat sutera dihasilkan dari larva ulat sutera waktu membentuk kepompong.

Gambar 2. 8 Serat Alam

(Sumber: kaskus.com,soscilla.blogspot.com,qolbyghybil.blogspot.com, mayacraft.asia.com)

(30)

15

2.5.2 Serat Buatan

Serat buatan adalah serat yang molekulnya disusun secara sengaja oleh manusia. Sifat-sifat umum pada serat buatan adalah kuat dan tahan oleh gesekan.

Contoh serat buatan antara lain rayon, polyester, dakron, dan nilon.

Gambar 2. 9 Serat Buatan

(Sumber: suntexasia.com, tokopedia.com,bukalapak.com)

2.5.3 Ampas Tebu (bagasse)

Pada penelitian ini digunakan pengisi berupa ampas tebu (bagasse). Ampas tebu adalah residu berserat yang tersisa setelah batang tebu dihancurkan untuk diambil sarinya. Tanaman tebu merupakan jenis Saccharum officinarum yang merupakan tanaman tebu untuk industri gula yang banyak dibudidayakan oleh para petani di Indonesia. Tanaman tebu ini akan siap dipanen kira-kira setelah berumur kurang lebih 1 tahun, setelah memiliki ketinggian 1,5 – 3 m dan berdiameter 1,8 – 5 cm. Dalam industri pengolahan batang tebu menjadi gula, air perasan tebu akan dipisahkan dari ampas tebunya. Pemisahan ini menggunakan bantuan dari mesin yang nantinya air perasan tebu akan diolah menjadi gula sebagai produk industri, sedangkan ampas tebu akan menjadi limbah industri yang biasanya akan diolah dan dimanfaatkan oleh industri menjadi pupuk, pulp kertas, penguat asbes semen, bahan bakar boiler dan lain sebagainya.

Kandungan terbesar dari ampas tebu adalah lignin dan selulosa. Serat tebu tidak dapat larut dalam air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentose dan lignin. Komposisi kimia ampas tebu dapat dilihat pada Tabel 2.1.

(31)

Tabel 2. 1 Komposisi Kimia Ampas Tebu Kandungan Kadar (%)

Abu 3,82

Lignin 22,09

Selulosa 37,65

Sari 1,81

Pentosa 27,97

SiO2 3,01

(Sumber: Siska Titik Dwiyati: 2014)

2.6 Fraksi Volume Komposit

Fraksi volume adalah aturan perbandingan untuk pencampuran volume serat/partikel dan volume matrik bahan pembentuk komposit terhadap volume total komposit. Penggunaan istilah fraksi volume mengacu pada jumlah presentase (%) volume bahan penguat atau reinforcement yang kita gunakan dalam proses pembuatan komposit. Perhitungan resin, pengisi, dan katalis juga harus sesuai dengan komposisi yang dibutuhkan agar komposit yang dihasilkan lebih maksimal.

Fraksi volume serat (Vf) dapat dihitung dengan persamaan:

𝑉𝑡 = 𝑝 𝑥 𝑙 𝑥 𝑡 ……… (1) 𝑉𝑠(20%) = 𝑉𝑡 𝑥 𝑉𝑓 ..………...……….. (2) 𝑀𝑓(20%) = 𝑉𝑠 𝑥 𝜌𝑓 ………...………. (3)

Keterangan:

Vt = Volume total ( 𝑐𝑚³)

(32)

17

Vs = Volume serat ( 𝑐𝑚³) Vf = Fraksi volume serat (%) Mf = massa serat (gr)

ρf = massa jenis serat (gr/𝑐𝑚³)

2.7 Uji Tarik

Uji tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting dan sering digunakan untuk menguji sifat suatu bahan polimer (Tantra, 2015:20). Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan suatu bahan, seperti komposit serat maupun matrik. Penarikan terhadap suatu bahan biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk yaitu terjadi penipisan pada tebal dan pertambahan panjang. Awal mula pengujian ini dilakukan sebagai perhitungan untuk mengetahui seberapa besar kekuatan bahan dalam menerima beban yang akan digunakan perancangan suatu konstruksi baik permesinan atau bangunan.

Pengujian ini menggunakan mesin uji Tarik dengan tipe GOTECH KT-7010A2 TAIWAN,R.O.C yang dapat dilihat pada gambar 2.10.

Perhitungan yang dapat digunakan untuk mengetahui hasil pengujian kekuatan tarik (Tensile strength) adalah sebagai berikut:

a. Engineering Stress (Tensile Strength) adalah gaya per unit luas dari material yang menerima gaya tersebut. Adapun rumusnya dapat dilihat pada persamaan berikut:

𝜎 = ^𝑃

𝐴𝑜 ………....(4)

Keterangan:

σ = Stress atau tegangan (kg)

(33)

P = Gaya (kg)

Ao = Luas penampang awal (mm²)

b. Engingeering Strain (Tensile Strain) merupakan ukuran perubahan panjang dari suatu material. Adapun rumus untuk menghitung tensile strain adalah sebagai berikut:

ɛ =^{𝑙𝑖−𝑙𝑜}

𝑙𝑜 =^Δ𝑙

𝑙𝑜 ………...(5)

Keterangan:

ɛ = Engineering Strain atau regangan

Lo = Panjang mula-mula specimen sebelum penarikan (mm) Δl = Pertambahan panjang (mm)

c. Modulus Young atau modulus elastisitas merupakan perbandingan antara tegangan (Stress) dengan regangan (Strain). Rumus perhitungan modulus elastisitas adalah sebagai berikut:

𝐸 =^𝜎

ɛ ……….(6) Keterangan:

E = Modulus elastisitas / Modulus Young (kg/mm²) ɛ = Engineering Strain atau regangan

σ = Engineering Stress atau tegangan (kg/mm²)

(34)

19

Gambar 2. 10 Mesin Uji Tarik (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

Pengujian ini juga bertujuan mengetahui diagram tegangan dan regangan yang dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2. 11 Diagram Tegangan dan Regangan

( Sumber: http://blog.ub.ac.id/andi/2011/11/26/tegangan-yield/ )

(35)

2.8 Uji Impak

Uji impak merupakan salah satu metode yang digunakan untuk mengetahui kekuatan, kekerasan, serta keuletan material. Pengujian impak merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi material yang sering ditemui dalam transpotasi maupun perlengkapan konstruksi dimana beban tidak selamanya terjadi secara perlahan-lahan melainkan bisa saja secara tiba-tiba (beban kejut). Prinsip dasar pada pengujian ini adalah ayunan beban yang dikenakan pada benda uji, energi yang diperlukan untuk mematahkan benda uji dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal dan akhir (setelah menabrak benda uji) untuk memastikan titik bagian yang patah perlu dibuatkan takikan pada benda uji. Benda uji yang digunakan berbentuk persegi panjang dengan panjang 64 mm dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45º. Setelah mendapatkan pukulan maka benda uji akan patah, kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut (β).

Ada dua jenis metode pengujian uji impak yang dapat dilihat pada Gambar 2.12, yaitu sebagai berikut:

a. Metode Charpy: posisi spesimen diletakan horizontal/mendatar dan arah pembebanan berlawanan dengan arah takikan.

b. Metode Izod: Berbeda dengan metode charpy dimana spesimen di cengkam salah satu sisinya kemudian bandul ditumbuk ke spesimen.

Gambar 2. 12 Ilustrasi Pengujian Impak Dengan Metode Charpy dan Izod (Sumber:https://pengujianlogam.wordpress.com/2018/11/06/uji-impact- metode-terbaik-untuk-menguji-tumbukan-pada-bahan/ )

(36)

21

Gambar 2. 13 Skema Pada Uji Impak ( Sumber: https://cewekmesin.blogspot.com/ )

Energi uji impak dapat dicari dengan rumus:

𝑊 = 𝐺𝑅(cos 𝛽 − cos 𝛼)(𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒) ………(7) Keterangan:

G = berat palu.

R = jarak titik putar palu sampai titik berat palu.

β = sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji.

𝛼 = besar sudut pada saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji.

W = tenaga patah.

Harga keuletan suatu material Harga Keuletan = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑝𝑎𝑡𝑎ℎ

𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑎𝑡𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑚𝑚² …………..…………(8)

(37)

Gambar 2. 14 Mesin Uji Impak (Sumber: data pribadi) 2.9 Tinjauan Pustaka

Penelitian tentang serat tebu pernah dilakukan oleh M. Budi Nur Rahman dan Berli P Kamiel (2011) yang berjudul “Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik Poliester”. Komposisi pengisi yang digunakan adalah serat tebu, yang divariasikan dari 0%, 10%, 20%, 30%, dan 40%. Sedangkan matrik pengikat yang digunakan adalah resin polyester. Untuk mengetahui sifat mekanik komposit yang dihasilkan, dilakukan pengujian nilai kekuatan tarik dari komposit. Hasil yang diperoleh pada saat penambahan serat tebu pada komposit dengan komposisi pengisi 0% dihasilkan kekuatan tarik maksimum yaitu 32,19 MPa.

Penelitian lainnya dilakukan oleh Darmansyah, Jennifer M.Togatorop, dan Edwin Azwar dengan judul “Sintesis Mekanik Komposit Epoxy Berpenguat Serat Tebu (Tinjauan Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Kekuatan Tarik dan Kekuatan Bending)”. Pada penelitian ini menggunakan pengisi berupa serat tebu dengan fraksi volume serat 5%, 10%, dan 15%. Matrik yang digunakan adalah resin epoxy. Dari penelitian ini didapatkan nilai tertinggi pada fraksi volume serat 15%, dengan tegangan tarik 18,3967 N/mm², regangan 10,5339%, dan modulus elastisitasnya sebesar 179,5958 N/mm².

Berdasarkan kedua penelitian tersebut yang menjadi tinjauan pustaka pada penelitian ini, komposisi pengisi, resin dan katalis sangat mempengaruhi kekuatan

(38)

23

tarik dan kekuatan impak dari komposit yang akan dihasilkan. Perhitungan antara banyaknya resin, katalis, dan serat juga harus dihitung secara teliti, karena semua bahan akan mempengaruhi hasil akhir dari penelitian komposit ini. Penggunaan serat ampas tebu sebagai pengisi sangat berpengaruh dalam meningkatkan kekuatan tarik dan kekuatan impak dari komposit polyester.

(39)

24 BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Skema penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1

Gambar 3. 1 Skema Alur Penelitian

Mencari Bahan Pembelian Bahan Pembuatan cetakan

1. Perendaman ampas tebu selama 4-7 hari 2. Pengeringan 3. Mencabut serat

pada ampas tebu

Pembuatan Benda Uji:

1. Komposit berpenguat serat tebu material uji tarik

2. Komposit berpenguat serat tebu material uji impak

Resin Polyester R-108 dan katalis MEPOXE

Mulai

Pengecekan benda uji

Pengujian tarik dan impak

Pengolahan data

Pembahasan dan kesimpulan

Selesai

(40)

25

(Sumber: Dokumentasi Pribadi) 3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat yang digunakan

Alat-alat yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serat ampas tebu adalah sebagai berikut:

a. Cetakan kaca

Pada proses pembuatan komposit berpenguat serat ampas tebu, dibutuhkan sebuah cetakan yang nantinya bentuk dan dimensi dari cetakan ini akan menjadi bentuk dan dimensi dari produk yang akan dibuat. Terdapat dua cetakan yang akan digunakan, yaitu cetakan komposit uji Tarik dan cetakan uji impak. Cetakan komposit uji tarik memiliki ukuran panjang 20 cm, lebar 2 cm, dan tinggi 0,3 cm. Sedangkan pada cetakan uji impak memiliki ukuran panjang 6,4 cm, lebar 1,27 cm, dan tinggi 1,27 cm.

Gambar 3. 2 Cetakan Kaca (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

b. Timbangan digital

Pada peneilitan ini timbangan digital digunakan untuk mengukur massa dari serat ampas tebu agar sesuai dengan ketentuan pada penelitian ini.

(41)

Gambar 3. 3 Timbangan Digital (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

c. Suntikan

Pada penelitian ini suntikan digunakan untuk mengambil dan mengukur katalis yang digunakan dalam proses pencetakan komposit.

Gambar 3. 4 Suntikan (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

(42)

27

d. Gelas ukur 100 ml

Pada penelitian ini gelas ukur digunakan untuk mengukur volume resin yang akan digunakan.

Gambar 3. 5 Gelas Ukur (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

e. Kertas mika

Pada penelitian ini kertas mika berperan sebagai release agent agar saat komposit mengering, cetakan tidak lengket dan dapat dibuka dengan mudah.

Gambar 3. 6 Kertas Mika (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

(43)

f. Amplas

Pada penelitian ini amplas digunakan untuk meratakan hasil cetakan komposit yang sudah selesai dicetak.

Gambar 3. 7 Amplas (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

3.2.2 Bahan yang digunakan

Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serat ampas tebu adalah sebagai berikut:

1. Serat ampas tebu

Serat ampas tebu pada penilitian ini berperan sebagai pengisi (filler). Fraksi volume yang digunakan adalah 20%, 25%, dan 30%. Untuk mendapatkan serat ampas tebu ada beberapa proses yang dilakukan yaitu:

d. Merendam ampas tebu selama 4 – 7 hari.

e. Menjemur ampas tebu dibawah sinar matahari selama dua hari hingga kering.

f. Mengambil serat satu persatu dari ampas tebu yang sudah kering.

g. Memotong serat tebu yang sudah dikumpulkan sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan.

h. Menimbang serat ampas tebu sesuai dengan massa yang telah ditentukan.

(44)

29

i. Serat ampas tebu yang siap digunakan sebagai pengisi komposit uji tarik dan uji impak, dapat dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3. 8 Serat Ampas Tebu (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

2. Resin

Resin yang digunakan pada penelitian ini adalah resin polyester. Jenis resin polyester yang digunakan adalah polyester R-108 yang dapat dilihat pada Gambar 3.12.

Gambar 3. 9 Polyester R-108 (Sumber: Dokumentasi Pribadi)

(45)

3. Katalis

Katalis berfungsi sebagai pemicu dalam proses mempercepat pengeringan.

Jenis katalis yang digunakan pada pembuatan komposit ini adalah katalis MEPOXE yang dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3. 10 Katalis MEPOXE (Sumber: Dokumentasi Pribadi) 3.3 Pembuatan Benda Uji

Pada proses pembuatan benda uji tarik dan uji impak dibutuhkan masing- masing 9 spesimen. Ada 3 variasi dari persentase serat ampas tebu yang digunakan dan akan dibuat 3 spesimen pada setiap variasinya, sehingga total spesimen yang dibutuhkan untuk pengujian tarik dan impak adalah 18 spesimen. Pembuatan benda uji sangatlah sederhana karena hanya menggunakan cetakan utama yang berupa kaca. Cetakan pada pengujian tarik memiliki dimensi 20 cm x 2,0 cm x 0,3 cm, dan pada pengujian impak memiliki dimensi 6,4 cm x 1,27 cm x 1,27 cm.

3.3.1 Proses pembuatan benda uji komposit

Ada beberapa langkah-langkah pembuatan benda uji komposit polyester, yaitu sebagai berikut:

1. Alat dan bahan disiapkan terlebih dahulu.

2. Cetakan kaca dibersihkan terlebih dahulu menggunakan kain sampai cetakan kaca bersih.

(46)

31

3. Permukaan cetakan kaca yang sudah diberi double tape akan dilapisi dengan kertas mika, hal ini berguna untuk memudahkan spesimen lepas dari cetakan kaca.

4. Tuangkan resin polyester sebanyak 30 ml kedalam gelas ukur, kemudian katalis akan dimasukan pada alat suntik sebanyak 2 ml.

5. Resin polyester dan katalis dicampurkan kedalam gelas ukur, kemudian aduk hingga rata. Pengadukan dilakukan kurang lebih 2 menit dengan perlahan, agar resin dan katalis tercampur dengan baik.

6. Setelah resin polyester dan katalis tercampur dengan merata, tuangkan kedalam cetakan yang sudah disiapkan. Tuangkan hingga kira-kira

mencapai setengah dari cetakan, kemudian masukan serat ampas tebu yang sudah disiapkan kedalam cetakan. Setelah itu tuangkan lagi kedalam cetakan hingga cetakan terisi penuh sambil ditekan-tekan agar serat tenggelam secara merata dan juga untuk mengurangi void pada matrik.

7. Proses pengeringan matrik kurang lebih selama 24 jam. Setelah matrik kering, dikeluarkan dari cetakan.

8. Setelah spesimen dikeluarkan dari cetakan, spesimen diamplas agar spesimen lebih rata dan halus.

Pada penelitian ini ukuran cetakan yang digunakan untuk uji tarik adalah 20 cm x 2,0 cm x 0,3 cm untuk uji tarik dan 6,4 cm x 1,27 cm x 1,27 cm untuk uji impak.

Langkah pertama yang dilakukan untuk uji tarik adalah menghitung volume total lalu mencari volume serat kemudian dikalikan dengan massa jenis serat tebu. Cara perhitungannya yaitu sebagai berikut:

1. Menghitung volume total uji tarik 𝑉𝑡 = 𝑝 × 𝑙 × 𝑡

= 20 × 2 × 0,3 (𝑐𝑚) = 12 𝑐𝑚³

2. Menghitung volume serat uji tarik

(47)

𝑉𝑠(20%) = 𝑉𝑡 × 𝑉𝑓 = 12 × ²⁰

100 = 2,4 𝑐𝑚³ 𝑉𝑠(25%) = 𝑉𝑡 × 𝑉𝑓 = 12 × ²⁵

100 = 3 𝑐𝑚³ 𝑉𝑠(30%) = 𝑉𝑡 × 𝑉𝑓 = 12 × ³⁰

100 = 3,6 𝑐𝑚³

3. Menghitung berat serat uji tarik 𝑀𝑓(20%) = 𝑉𝑠 × 𝜌𝑓

= 2,4 × 0,36 = 0,86 𝑔𝑟 𝑀𝑓(25%) = 𝑉𝑠 × 𝜌𝑓 = 3 × 0,36 = 1,08 𝑔𝑟 𝑀𝑓(30%) = 𝑉𝑠 × 𝜌𝑓 = 3,6 × 0,36 = 1,29 𝑔𝑟

Selanjutnya untuk uji impak ukuran cetakan yang digunakan adalah 6,4 cm x 1,27 cm x 1,27 cm. Langkah pertama yang dilakukan untuk uji tarik adalah

(48)

33

menghitung volume total lalu mencari volume serat kemudian dikalikan dengan massa jenis serat tebu. Cara perhitungannya yaitu sebagai berikut:

1. Menghitung volume total uji impak 𝑉𝑡 = 𝑝 × 𝑙 × 𝑡

= 6,4 × 1,27 × 1,27 cm = 10,32 𝑐𝑚³

2. Menghitung volume serat uji impak 𝑉𝑠(20%) = 𝑉𝑡 × 𝑉𝑓

= 10,32 × ²⁰

100 = 2,06 𝑐𝑚³ 𝑉𝑠(25%) = 𝑉𝑡 × 𝑉𝑓 = 10,32 × ²⁵

100 = 2,58 𝑐𝑚³ 𝑉𝑠(30%) = 𝑉𝑡 × 𝑉𝑓 = 10,32 × ³⁰

100 = 3,09 𝑐𝑚³

3. Menghitung berat serat uji impak 𝑀𝑓(20%) = 𝑉𝑠 × 𝜌𝑓

= 2,06 × 0,36 = 0,74 𝑔𝑟 𝑀𝑓(25%) = 𝑉𝑠 × 𝜌𝑓 = 2,58 × 0,36

(49)

= 0,92 𝑔𝑟 𝑀𝑓(30%) = 𝑉𝑠 × 𝜌𝑓 = 3,09 × 0,36 = 1,11 𝑔𝑟 Keterangan:

Vt = Volume total ( 𝑐𝑚³) Vs = Volume serat ( 𝑐𝑚³) Vf = Fraksi volume serat (%) Mf = massa serat (gr)

ρf = massa jenis serat (gr/𝑐𝑚³)

massa jenis serat ampas tebu (ρ) yang digunakan didapatkan dari tabel karakteristik serat tebu berikut ini (Siska Titik Dwiyati, 2014):

Tabel 3. 1 Berat Jenis Berbagai Jenis Serat Alam

Serat Berat jenis

Eceng gondok 0,25 𝑔/𝑐𝑚³

Tebu 0,36 𝑔/𝑐𝑚³

Kelapa 0,36 𝑔/𝑐𝑚³

3.4 Bentuk dan Ukuran Benda Uji

Bentuk dan dimensi pada benda uji di penelitian ini berbeda-beda karena pada setiap pengujian memiliki standarnya masing-masing. Oleh karena itu agar mendapatkan nilai yang bisa diakui maka pengujian harus mengikuti standar- standar yang telah ditentukan. Misalnya untuk dimensi benda uji harus sesuai

(50)

35

dengan peraturan internasional seperti ASTM (American Standard for Testing Materials).

3.4.1 Benda uji tarik

Pengujian tarik pada penelitian ini menggunakan ukuran spesimen yang telah disesuaikan dengan standatar pengujian tarik yang ada. Standar pengujian tarik yang digunakan adalah ASTM D3039. Pengujian tarik ini dilakukan di laboratorium ilmu logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Ukuran spesimen dapat dilihat pada Gambar 3.14.

Gambar 3. 11 Spesimen Uji Tarik ASTM D3039

3.4.2 Benda uji impak

Pengujian impak dalam penelitian ini menggunakan ukuran spesimen yang telah disesuaikan dengan standar pengujian impak yang ada. Standar pengujian impak yang digunakan adalah ASTM D-6110. pengujian impak ini dilakukan dilaboratorium ilmu logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Ukuran spesimen dapat dilihat pada Gambar 3.15.

(51)

Gambar 3. 12 Spesimen Uji Impak ASTM D-6110-04

3.5 Metode Pengujian 3.5.1 Uji tarik

Pada pengujian ini menggunakan mesin uji tarik dengan tipe GOTECH KT- 7010A2 TAIWAN,R.O.C. Dengan adanya pengujian ini maka material yang akan digunakan akan lebih tepat dan juga tidak menimbulkan kelebihan atau kerusakan dalam suatu konstruksi permesinan dan bangunan. Perhitungan yang digunakan untuk mengetahui hasil pengujian kekuatan tarik (Tensile Strength) adalah sebagai berikut:

a. Engineering Stress (Tensile Strength) adalah gaya per unit luas dari material yang menerima gaya tersebut. Adapun rumusnya adalah sebagai berikut:

𝜎 = ^𝑃

𝐴𝑜

Keterangan:

P = Beban yang diberikan (N) Ao = Luas penampang awal (𝑚𝑚²) σ = Stress atau tegangan (MPa)

b. Engineering Strain (Tensile Strain) merupakan ukuran perubahan panjang dari suatu material. Adapun rumusnya adalah sebagai berikut:

(52)

37

ɛ =^{𝑙𝑖−𝑙𝑜}

𝑙𝑜 =^𝛥𝑙

𝑙𝑜 Keterangan:

ɛ = Regangan (Engineering Strain) Lo = Panjang awal spesimen (mm) Δl = Pertambahan panjang (mm)

c. Modulus Young atau modulus elastisitas merupakan perbandingan antara tegangan (stress) dengan regangan (strain). Adapun rumus adalah sebagai berikut:

𝐸 = ^𝜎

ɛ Keterangan:

E = Modulus elastisitas (𝑀𝑃𝑎)

σ = Engineering Stress atau tegangan (𝑀𝑃𝑎) ɛ = Engineering Strain atau regangan

(Sumber: Dokumentasi Pribadi) Gambar 3. 13 Mesin Uji Tarik

(53)

3.5.2 Uji impak

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya tenaga patah dan harga keuletan dari komposit yang diuji. Pengujian impak yang akan dilakukan menggunakan mesin uji impak Charpy GOTECH GT-7045 TAIWAN,R.O.C dapat dilihat pada Gambar 3.17 dan skemanya dapat dilihat pada Gambar 3.18.

Adapun rumus yang digunakan pada pengujian impak sebagai berikut:

𝑇𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑃𝑎𝑡𝑎ℎ = 𝐺. 𝑅(cos 𝛽 − cos ⍺) 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒

𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑒𝑢𝑙𝑒𝑡𝑎𝑛 = 𝑇𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑃𝑎𝑡𝑎ℎ

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑎𝑡𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒/𝑚𝑚² Keterangan:

G = Berat pendulum dikalikan dengan percepatan gravitasi (N) R = Panjang jari-jari pendulum (m)

⍺ = Sudut ayun awal atau sudut tanpa beban β = Sudut ayun akhir atau sudut dengan beban

Gambar 3. 14 Alat Uji Impak Charpy ( Sumber: Dokumentasi Pribadi )

(54)

39

Gambar 3. 15 Skema Uji Impak Charpy

(Sumber: http://metalurgi-ilmu-logam.blogspot.com/2018/11/pengujian- impact.html)

(55)

40 BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Pengujian ini dilakukan menggunakan resin polyester R-108 dan pengisi (reinforcement) berupa serat alam yaitu serat tebu (bagasse) dengan arah serat lurus. Setelah melakukan pengambilan data dari hasil uji tarik dan uji impak, selanjutnya data yang diperoleh akan diolah dan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.

4.2 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Dan Uji Impak 4.2.1 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik

Dari pengujian ini diperoleh sifat-sifat mekanik berupa kekuatan tarik, regangan, dan modulus elastisitas menggunakan perhitungan sebagai berikut:

a. Menghitung luas penampang matrik sebelum dilakukan pengujian tarik.

Luas penampang matrik = 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 × 𝑡𝑒𝑏𝑎𝑙

= 20 mm × 3 mm

= 60 𝑚𝑚²

b. Menghitung nilai tegangan tarik menggunakan beban maksimal dan luas penampang awal.

𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝜎) = ^𝑃

𝐴0=^𝑃𝑥𝑔

𝐴0 =^73,4×9,81

60 = 12,00 𝑀𝑃𝑎

c. Menghitung nilai regangan menggunakan pertambahan panjang atau nilai elongasi yang telah diperoleh dengan cara:

∆𝐿 = Pertambahan panjang = 1,4 mm 𝐿𝑜 = Panjang mula − mula = 140 mm

Regangan (ε) =^∆𝐿

𝐿𝑜× 100%

(56)

41

= ^1,4

140× 100%

= 1,00 %

d. Menghitung nilai modulus elastisitas menggunakan nilai regangan yang telah diperoleh dari nilai yang berada pada UTS (titik puncak patahan) dengan cara:

𝐸 = 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛(𝜎)

𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛(𝜀) = ^12,00

1,00 = 12,00 𝑀𝑃𝑎

Dari urutan perhitungan di atas, maka data dan perhitungan uji tarik matrik komposit dapat dilihat pada Tabel 4.1.

a. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 0%

Tabel 4. 1 Dimensi Komposit Dengan Fraksi Volume 0%

dimensi uji tarik komposit

Spesimen Lebar

(𝑚𝑚)

Tebal (𝑚𝑚)

A (𝑚𝑚²)

0% 1 20 3 60

0% 2 20 3 60

0% 3 20 3 60

rata-rata 20 3 60

Tabel 4. 2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 0%

Spesimen 𝐴₀ (𝑚𝑚²)

𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 (𝑘𝑔)

𝐿𝑜 (𝑚𝑚)

∆𝐿 (mm)

Tegangan (MPa)

Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)

0% 1 60 292,1 140 2,1 47,74 1,50 31,83

0% 2 60 251,3 140 2 41,07 1,43 28,75

0% 3 60 247,1 140 2,2 40,39 1,57 25,70

Rata-Rata 60 263,5 140 2,1 43,07 1,50 28,76

(57)

b. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 20%

Spesimen Lebar

(𝑚𝑚)

Tebal (𝑚𝑚)

A (𝑚𝑚²)

20% 1 20 3 60

20% 2 20 3 60

20% 3 20 3 60

rata-rata 20 3 60

Tabel 4. 4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 20%

Spesimen 𝐴0

(𝑚𝑚²)

𝐿𝑜 (𝑚𝑚)

∆𝐿 (mm)

Tegangan (MPa)

Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)

20% 1 60 73,4 140 1,4 12,00 1,00 12,00

20% 2 60 69,2 140 1,4 11,31 1,00 11,31

20% 3 60 131,3 140 1,4 21,46 1,00 21,46

Rata-Rata 60 91,3 140 1,4 14,92 1,00 14,92

(58)

43

c. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 25%

Spesimen

Lebar (𝑚𝑚)

Tebal (𝑚𝑚)

A (𝑚𝑚²)

25% 1 20 3 60

25% 2 20 3 60

25% 3 20 3 60

rata-rata 20 3 60

Tabel 4. 6 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan Fraksi Volume 25%

Spesimen 𝐴0

(𝑚𝑚²)

𝐿𝑜 (𝑚𝑚)

∆𝐿 (mm)

Tegangan (MPa)

Regangan (%)

Modulus Elastisitas

(MPa)

25% 1 60 180,4 140 1,3 29,49 0,93 31,75

25% 2 60 104,5 140 0,7 17,08 0,50 34,16

25% 3 60 127,1 140 0,9 20,77 0,64 32,32

Rata-Rata 60 137,3 140 0,96 22,45 0,69 32,74

d. Fraksi Volume Komposit Serat Tebu 30%

Spesimen

Lebar (𝑚𝑚)

Tebal (𝑚𝑚)

A (𝑚𝑚²)

30% 1 20 3 60

30% 2 20 3 60

30% 3 20 3 60

rata-rata 20 3 60

ANALISIS KEKUATAN MEKANIK KOMPOSIT POLYESTER BERPENGUAT SERAT TEBU DENGAN FRAKSI VOLUME 20%, 25%, DAN 30% TUGAS AKHIR

VJ 0

~ ~

I!S J)

~~ ~ ~'

~ ~

-

~ ~

I J Jot

~

~~ _~ ~'

_~ _~