A.69
PENGARUH KOMPOSIT SERAT KARBON TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN TOFOGRAFI PADA MATRIKS POLYESTER BQTN 157
Husman*, Zaldi Kurniawan, Yuliyanto
Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bangka Belitung Jl.Timah Raya Air Kantung, Sungailiat, 33211
*E-mail: husmanamat@gmail.com Abstrak
Penelitian ini, bertujuan untuk mengetahui parameter proses pembuatan dan karakteristik sifat mekanik dari material komposit serat karbon/epoxy barkelite BQTN 175 dengan orientasi serat 0°. pembuatan komposit dibuat dengan metode Hand lay up dengan panjang serat 20 mm, 25 mm dan 30 mm dengan variasi serat 10%, 20% dan 30%. Setelah spesimen selesai dibuat akan dilakukan curing time pada suhu 50 °C selama 2 jam, 4 jam dan 6 jam. hasil pengujian terbesar dengan nilai 105 Mpa dengan parameter panjang serat 25 mm, persentase serat 36,82 % dan pemanasan selama 4 jam, sedangkan nilai terkecil pada percobaan 11dengan hasil 30,6 Mpa. Pengaruh parameter terhadap kekuatan tarik memberikan pengaruh yang besar, panjang serat dan persentase serat akan meningkatkan nilai uji Tarik, sedangkan pemanasan atau Curing time dengan waktu yang lama akan menurunkan nilai uji tarik. Ini disebabkan karena pemanasan yang lama akan membuat resin dan serat menjadi getas dan rapuh.
Kata Kunci: serat karbon; pemanasa;, uji Tarik; parameter.
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dan industri di dunia saat ini berkembang sangat pesat, tidak terkecuali halnya dengan teknologi di bidang ilmu material. seiring meningkatnya kebutuhan dunia industri terhadap material dengan karakteristik yang sepadan dengan logam. Kebutuhan akan penggunaan material yang baik mendorong sebagian orang untuk mengembangkan ilmu-ilmu material salah satunya adalah komposit. Komposit merupakan kombinasi makroskopik dari dua atau lebih material, yang memiliki sifat yang berbeda dari material penyusunnya (Azissyukhron, 2018)
Komposit memiliki keunggulan dari logam yaitu dari segi kekuatan, mudah di atur memiliki kekuatan lelah yang lebih baik, memiliki kekuatan yang tinggi dan lebih ringan serta tahan korosi (Pramono dan Sutisna, 2017). Salah satu material komposit yang saat ini banyak di gunakan adalah serat karbon. Serat karbon (karbon fiber) sebagai alternative
Prosiding Seminar Nasional NCIET Vol.1 (2020) A69-A76 1st National Conference of Industry, Engineering and Technology 2020,
A.70 serat grafit (Abdurohman dan Marta, 2016). Grafit karbon atau karbon adalah bahan yang terdiri dari serat yang sangat tipis sekitar 0.1 mm dan sebagian besar terdiri dari atom karbon. Atom karbon yang terikat bersama dalam kristal mikroskopis yang lebih atau kurang sesuai sejajar dengan sumbu panjang serat. Kesesuaian kristal membuat serat karbon sangat kuat dan ringan.
Kepadatan serat karbon juga lebih rendah daripada baja, sehingga ideal untuk aplikasi yang memerlukan berat benda yang rendah. Sifat dari serat karbon seperti kekuatan tarik tinggi, berat badan rendah, dan ekspansi termal rendah membuatnya sangat popular (Hilmi dkk, 2018). Fiber di gunakan dalam berbagai macam hal seperti industri otomotif, pesawar terbang, struktur bangunan, peralatan olahraga dan yang lain nya (Rusman dan Arif, 2015). Penelitian ini, akan membahas mengenai kekuatan tarik (tensile strengh) pada material komposit. Penguat/reinforcement yang digunakan adalah fibre Reinforcement composites menggunakan bahan dari serat karbon, sedangkan matriks yang digunakan pada penelitian ini adalah epoxy barkelite BQTN 175. Proses pembuatan komposit dibuat dengan metode Hand lay up dengan panjang serat 20 mm, 25 mm dan 30 mm dengan variasi serat 10%, 20% dan 30%. Setelah spesimen selesai dibuat akan dilakukan curing time pada suhu 50 °C selama 2 jam, 4 jam dan 6 jam. Spesimen uji tarik dibuat mengacu pada standar ASTM D638. Pengujian tarik dilakukan dengan dengan kecepatan 5 mm/menit. Penelitian ini, bertujuan untuk mengetahui parameter proses pembuatan dan karakteristik sifat mekanik dari material komposit serat karbom/epoxy barkelite BQTN 175 dengan orientasi serat 0°.
METODE PENELITIAN
Pelaksanaan penelitian dimulai dari studi-studi literatur yang didapat dari jurnal ilmiah. internet, handbook, text book ,manual book. Selanjutnya data-data studi literature dipelajari dan dijadikan referensi untuk melakukan penelitian.
a. Tempat dan lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Material, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung.
b. Bahan Penelitian
Bahan Serat yang digunakan berfungsi sebagai penguat pada penelitian ini adalah Serat karbon. Kemudian dilapisi Resin sebagai matriks dalam komposit. Katalis yang digunakan adalah Methyle Ethyl Keton Peroxide (MEKPO) berfungsi mempercepat pengerasan pada komposit. Wax digunakan untuk melapisi antara cetakan dengan komposit, sehingga
A.71 komposit mudah dilepaskan dari cetakan.bahan yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 1 berikut:
Gambar 1(a). Serat Karbon, (b).Resin, (c). Katalis dan (d) Wax c. Peralatann Pengujian
Peralatan yang digunakan dalam pengujian spesimen adalah Uji tarik (stress-strain) bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik sehingga dapat diketahui pula bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan sejauh mana material bertambah panjang. Bila kita terus menarik suatu bahan sampai putus, maka kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap berupa kurva yang menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Proses pengujian tarik pada serat karbon dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Proses Uji tarik
Analisa dilakukan dengan mengunakan serat Karbon terhadap Kekuatan Tarik, Kekuatan Impak dan Karakteristik fisik komposit serat karbon. Dari data tersebut akan diketahui berapakah nilai pengujian optimum menggunakan Response Surface Methodology (RSM) kemudian dilanjutkan analysis of variance (ANOVA)
A.72
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perbandingan komposit (fraksi volume matriks dan serat) dengan panjang serat 20 cm, 25 cm, 30 cm dengan fraksi volume 10%:90%, 20%:80% dan 30%:70%. Kemudian diikuti dengan pemanasan (Curing Time) dengan suhu 50oC dengan waktu 2,4 dan 6 Jam. Dari data parameter tersebut diolah dengan metode RSM maka didapat 20 sample pengujian. Data hasil pengujian selanjutnya diolah sehingga diperoleh kesimpulan dan menghasilkan nilai yang optimum. Berikut hasil penelitian pengujian Tarik seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengujian Tarik
No Panjang Serat Persentase serat Curring Time Hasil Uji Tarik
mm % Jam Mpa 1 20 30 2 37.6 2 25 20 4 40.8 3 30 10 6 48.7 4 25 20 4 42.6 5 25 20 4 40.6 6 20 30 6 72.4 7 30 30 6 89.7 8 25 3.18 4 36.6 9 25 20 4 42.1 10 25 20 0.64 47.6 11 20 10 6 33.4 12 25 20 7.36 45 13 30 30 2 49.6 14 25 20 4 42.8 15 25 36.82 4 105 16 16.59 20 4 33.6 17 33.41 20 4 54.7 18 20 10 2 38.2 19 25 20 4 40.5 20 30 10 2 49.4
A.73
Gambar 3. Grafik Hasil Pengujian Tarik
Pada Gambar 2 menjelaskan hasil pengujian yang dirubah kedalam bentuk grafik, dimana hasil pengujian terbesar dengan nilai 105 Mpa dengan parameter panjang serat 25 mm, persentase serat 36,82 % dan pemanasan selama 4 jam, sedangkan nilai terkecil pada percobaan 11dengan hasil 30,6 Mpa. Hasil perhitungan yang didapatkan pada lampiran 2, analisis variansi untuk kekuatan Tarik dapat ditabulasikan pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. ANOVA untuk Respon Kekuatan Tarik (Mpa)
ANOVA for Response Surface Cubic Model (Aliased) Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III]
Source Sum of Mean F p-value
Squares df Square Value Prob > F
Model 1.82 13 0.14 174.08 < 0.0001 significant A-Panjang Serat 0.12 1 0.12 147.36 < 0.0001
B-Persentase Serat dan Resin 0.56 1 0.56 689.19 < 0.0001 C-Curing Time 1.58E-03 1 1.58E-03 1.96 0.2113
AB 6.64E-03 1 6.64E-03 8.24 0.0284
AC 2.62E-03 1 2.62E-03 3.25 0.1213
BC 0.28 1 0.28 341.52 < 0.0001
A^2 5.61E-04 1 5.61E-04 0.7 0.4361
B^2 0.27 1 0.27 333.86 < 0.0001
C^2 0.016 1 0.016 19.83 0.0043
ABC 9.13E-03 1 9.13E-03 11.33 0.0151
A^2B 0.057 1 0.057 70.36 0.0002
A^2C 0.068 1 0.068 84.26 < 0.0001
AB^2 1.51E-04 1 1.51E-04 0.19 0.6805
AC^2 0 0 B^2C 0 0 BC^2 0 0 A^3 0 0 B^3 0 0 P e n g u ji a n 105 110 105 100
HASIL PENGUJIAN TARIK SERAT KARBON 95 90 85 89.7 80 75 70 72.4 65 60 55 50 54.7 45 48.7 47.6 40 45 49.6 42.8 49.4 Experimen t 35 37.6 42.1 36.6 40.5 30 33.6 38. 2 25 30.6 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213 141516 17181920 21 Standard Ordert
A.74
C^3 0 0
Residual 4.84E-03 6 8.06E-04
Lack of Fit 1.64E-03 1 1.64E-03 2.56 0.1702 not significant Pure Error 3.20E-03 5 6.39E-04
Cor Total 1.83 19
Berdasarkan Tabel 2 terlihat nilai F hitung FModel = 174,08 yang didapat pada tingkat signifikan sebesar 0,01 atau 1% dan nilai p (0,0001) memberikan nilai signifikan terhadap model yang ada. Sedangkan Lack of Fit yang terjadi sebesar 2.56 atau 17,02% dan tidak memberikan pengaruh (not signifikan) sehingga persamaan regresi model matematika dengan bentuk Kubik yang digunakan dapat diterima.
Grafik tiga dimensi (3D) untuk respon Kekuatan Tarik yang didapat dengan menggunakan bantuan perangkat lunak Disign Expert 9.0 dapat dilihat pada Gambar 4, Gambar 5 dan Gambar 6 berikut.
Gambar 4. Permukaan Respon Model Cubik Uji tarik vs Curing Time dan Panjang Serat Permukaan respon grafik 3D untuk kekuatan tarik pada gambar 5. dapat dilihat bahwa, kenaikan nilai Curing time sangat mempengaruhi hasil kekuatan Tarik, dimana semakin tinggi nlama curing tima maka nilai uji tarik semakin besar. tetapi Pengaruh panjang serat terhadap kekuatan Tarik terjadi penurunan di 27,50 mm.
A.75
Gambar 5. Permukaan Respon Model Cubik Uji tarik vs Persentase dan Panjang Serat Permukaan respon grafik 3D untuk kekuatan tarik pada gambar 6. dapat dilihat bahwa, kenaikan nilai persentas serat dan panjang serat terjadi kenaikan uji tarik yang sangat signifikan.
Permukaan respon grafik 3D untuk kekuatan tarik pada gambar 7. dapat dilihat bahwa, kenaikan nilai Curing time sangat mempengaruhi hasil kekuatan Tarik, dimana semakin lama curing time maka nilai uji tarik semakin menurun. tetapi persentase serat terhadap kekuatan Tarik terjadi kenaikan di 25%.
A.76
KESIMPULAN
Berdasarkan data yang ada dapat diambil kesimpulan bahwa hasil pengujian terbesar dengan nilai 105 Mpa dengan percobaan ke 15, sedangkan nilai terkecil pada percobaan ke 11 dengan hasil 30,6 Mpa. nilai F hitung FModel sebesar 0,01 atau 1% dan nilai p
(0,0001) memberikan nilai signifikan terhadap model yang ada. Sedangkan Lack of Fit
yang terjadi sebesar 2.56 atau 17,02% tidak memberikan pengaruh (not signifikan) sehingga persamaan regresi model matematika dengan bentuk Kubik yang digunakan dapat diterima. panjang serat dan persentase serat akan meningkatkan nilai uji Tarik, sedangkan pemanasan atau Curing time dengan waktu yang lama akan menurunkan nilai uji tarik. Ini disebabkan karena pemanasan yang lama akan membuat resin dan serat menjadi getas dan rapuh.
DAFTAR PUSTAKA
Azissyukhron M, Hidayat S (2018) Perbandingan Kekuatan Material Hasil metode Hand Lay Up dan Metode Vacuum Bag Pada Material Sandwich Composite
Pramono, G.E. dan Sutisna, S.P., 2017. Perbandingan Karakteristik Serat Karbon Antara Metode Manual Lay-Up dan Vacuum Infusion Dengan Penggunaan Fraksi Berat Serat 60%. Universitas Ibn Khaldun, Bogor.
Abdurohman, K. dan Marta, A. 2016. Kajian Eksperimental Tensile Properties Komposit Poliester Berpenguat Serat Karbon Searah Hasil Manufaktur Vacuum Infusion Sebagai Material Struktur LSU. LAPAN, Bogor.
Rusman, N., dan Arif, M.,I., 2015. Pengaruh Susunan Lamina Komposit Berpenguat Serat E-Glass Dan Serat Carbon Terhadap Kekuatan Tarik Dengan Matrik Polyester, Jurnal Teknik Mesin, Vol.03 No. 3, pp 32-39
Hilmi,I.,F., Anindito, P dan Sopyan, A.,S. 2018. Pengaruh Mechanical Bonding Pada Aluminium Dengan Serat Karbon Terhadap Kekuatan Tarik Fiber Metal Laminates,
