TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun oleh :
RADEN SAGITTA SIDO PRASTOWO
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
NIM : 025214041
JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
A FINAL PROJECT
Submitted for The Partial Ful llment of The Requirements
By :
RADEN SAGITTA SIDO PRASTOWO
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
2007
fi
for The Degree of Mechanical Engineering of Mechanical Engineering Study Program
NIM : 025214041
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
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 Dr.Ir.P.Wiryono P.,S.J, Rektor Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
2. Romo Ir.Greg Heliarko, SJ., SS.,B.ST., MA., M.Sc., Dekan Fakultas
Teknik Universitas Sanata Dharma.
3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., Wakil Dekan I Fakultas Teknik
Universitas Sanata Dharma.
4. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik
Mesin.
5. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T. atas bimbingan dan nasehatnya selama
penyusunan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Ir. PK. Purwadi, M.T. sebagai pembimbing akademik.
7. Saudara Martono, Saudara Intan dan Saudara Ronny yang telah membantu
dalam penelitian Tugas Akhir ini.
8. Saudara Tri yang telah membantu dalam birokrasi selama penyusunan
Tugas Akhir ini.
9. Saudara Rory (Bintang Akuarium) yang telah membantu dalam
penyediaan cetakan kaca.
dukungannya selama ini.
12.Ariesta Indi P. atas doa, kasih, semangat, bantuan, dan dukungannya
selama ini.
13.Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Lambang, Bravi, Budi, Lukas,
Andre, Beni, Wibi, Angga dan Donny atas kerjasamanya selama
penyusunan Tugas Akhir ini.
14.Teman-temanku : Alfon, Swampy, Icha, Sipo, Fajar, Danang, Sangaji
YKPN, CB, Welly, Anton Lampung, Anak-anak kos Joho 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, 28 Agustus 2007
Penulis
Raden Sagitta Sido P.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………i
HALAMAN JUDUL (INGGRIS)... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... vi
KATAPENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL... xiii
INTISARI... xiv
1.5 Manfaat Penelitian………..6
BAB II DASAR TEORI ... 7
2.1 Penyusun Bahan Komposit ... ………...7
2.2 Penggolongan Komposit ... 8
2.3 Polyester... ………10
2.4 Serat ... ……….12
2.5 Bahan-Bahan Tambahan ... 13
2.6 Fraksi volum Serat ... 13
2.7 Orientasi Serat... 15
2.8 Jenis`Serat ... 17
2.9 Komposisi dan Bentuk Serat... 17
2.10 Faktor Matrik ... 18
2.11 Mekanika Komposit………19
2.12 Uji Impak………20
2.13 Hubungan Tegangan dan Regangan Komposit………...21
2.14 Bentuk-Bentuk Patahan………..22
BAB III PENELITIAN ... 25
3.1 Skema Penelitian... 25
3.2 Persiapan Benda Uji... 26
3.2.1 Bahan dan Alat... 26
3.2.2 Pembuatan Serat Widuri ... 30
3.2.3 Perendaman Serat dengan NaOH... 32
3.2.4 Perlakuan Serat Widuri………...………...33
3.2.5 Pembuatan Cetakan………...41
3.2.6 Cetakan Untuk Pengujian Tarik………41
3.2.7 Cetakan Untuk Pengujian Impak………...44
3.3 Pembuatan Benda Uji... 45
3.3.1 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Tarik... 46
3.3.2 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Impak ... 49
3.4 Benda Uji Komposit ……….51
3.4.1 Benda Uji Komposit Tanpa/Dengan Perendaman Serat…...52
3.4.2 Mencetak Komposit Tanpa/Dengan Perendaman Serat...54
3.5 Metode Pengujian………..55
3.5.1 Metode Pengujian Tarik………55
3.5.2 Pengujian Impak………57
3.6 Benda Uji………..59
3.6.1 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Tarik………59
3.6.2 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Impak………...60
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 62
4.1 Pengujian Impak...62
4.2 Pengujian Tarik ... 70
4.3 Hasil Foto Mikro ... 82
BAB V KESIMPULAN... 87
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Gambar 2.1 Diagram Hubungan Kekuatan, Fraksi Volum dan Susunan Serat.16
Gambar 2.2 Bentuk Patahan Getas... ...22
Gambar 2.3 Bentuk Patahan Liat ...23
Gambar 2.4 Bentuk Patahan Campuran ...23
Gambar 3.1 Skema Penelitian ...25
Gambar 3.2 Tumbuhan Widuri...28
Gambar 3.3 Release Agent (MAA)... ...29
Gambar 3.8 NaOH pro analisis...33
Gambar 3.18 Cetakan Uji Tarik Komposit.... ...42
Gambar 3.19 Cetakan Uji Tarik Resin...43
Gambar 3.20 Cetakan Komposit Uji Impak ...44
Gambar 3.21 Cetakan Matrik untuk Uji Impak...45
Gambar 3.22 Mesin Uji Tarik...56
Gambar 3.23 Mesin Uji Impak...58
Gambar 3.24 Benda Uji Matrik... ...59
Gambar 3.26 Benda Uji Komposit... ...60
Gambar 3.27 Benda Uji Impak...61
Gambar 4.1 Grafik Tenaga Patah Rata-Rata...66
Gambar 4.2 Grafik Keuletan Rata-Rata...66
Gambar 4.3 Patahan Pada Matrik...68
Gambar 4.4 Patahan Pada Komposit...68
Gambar 4.9 Grafik Sifat Mekanis Matrik Polyester...72
Gambar 4.10 Grafik Kekuatan Tarik Rata-Rata Komposit...75
Gambar 4.12 Grafik Regangan Rata-Rata Komposit...76
Gambar 4.14 Void pada Komposit...78
Gambar 4.19 Foto Mikro...82
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat...63
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (2,5% NaOH)...64
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (5% NaOH)...64
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (7,5% NaOH)...65
Tabel 4.6 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata...65
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester...71
Tabel 4.8 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perendaman Serat...73
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (2,5%NaOH)...73
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (5%NaOH)...74
Tabel 4.11 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (7,5%NaOH)...74
Tabel 4.12 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata...75
masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat, kami coba memanfaatkannya sebagai bahan komposit.
Pada penelitian ini, penulis membuat komposit serat widuri sebagai penguat (reinforcement agent) dan resin POLYESTER JUSTUS 108 sebagai matrik. Sebelum pembuatan komposit, serat widuri direndam dalam larutan NaOH selama 3 jam. Konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 2,5%, 5%, dan 7,5%. Orientasi serat dalam komposit ini adalah acak (Isotropic). Pengujian-pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengujian tarik, pengujian impak, dan pengamatan struktur mikro, serta bentuk patahan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada pengujian impak energi patah dan keuletan pada komposit tanpa perendaman ataupun dengan perendaman NaOH tidak ada perbedaan yang signifikan. Energi patah yang paling besar ada pada komposit dengan perendaman 7,5%NaOH yaitu 0,19 Joule, dan keuletan 2,2 kJ/m2. Pada pengujian tarik komposit dengan perendaman NaOH ataupun tanpa perendaman NaOH mempunyai nilai kekuatan tarik yang relatif sama, justru pada komposit tanpa perlakuan didapatkan harga kekuatan tarik diatas konsentrasi yang lain yaitu 18,6
MPadan regangan sebesar 1%. Jenis patahan yang terjadi adalah patah getas, karena pada permukaan benda uji cenderung lurus dan mengkilap.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 UMUM
Dalam kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) yang
semakin pesat saat ini, kita dituntut untuk selalu maju dan berkembang terutama
dalam bidang industri. Dari kemajuan teknologi industri yang disaksikan dan
dinikmati sekarang ini merupakan hasil karya manusia, dan demikian kemajuan
teknologi tersebut alangkah baiknya menengok latar belakang dari
kemajuan-kemajuan tersebut. Mahasiswa harus menelusuri faktor-faktor dan ilmu yang
mendukung hasil karya cipta itu.
Melihat betapa pentingya bahan-bahan teknik pada industrialisasi dan
menunjang persaingan bebas dengan negara industri lainnya maka perlu dipelajari
dan diketahui pencetakan komposit, merupakan ilmu yang mempelajari
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 : “Pengaruh Perlakuan Kimia Pada Serat Widuri
1.2 LATAR BELAKANG
Komposit merupakan material alternatif pengganti logam yang
memiliki beberapa sifat yang menguntungkan diantaranya adalah mempunyai
ketahanan korosi yang tinggi, rasio berat terhadap kekuatannya yang kecil, dan
pengontrolan manufaktur yang lebih mudah. Komposit tersusun dari dua
komponen penting yaitu matriks sebagai pengikat dan pengisi sebagai penguat.
Beberapa contoh matriks yang ada dipasaran antara lain epoksi, poliester dan urea
formaldehyda. Fiberglass, partikel carbon, dan titanium adalah beberapa contoh meterial pengisi komposit. Biaya produksi untuk pembuatan serat sintetis yang
tinggi dan limbah yang tidak dapat didaur ulang menjadikan motivasi para
peneliti untuk mencari dan mempelajari serat alami sebagai pengganti serat
sintetis. Serat widuri merupakan fenomena yang menarik untuk diteliti sebagai
serat alami penguat material komposit karena jenis tanaman tersebut sangat
mudah ditemukan dan tersedia sangat melimpah di Indonesia.
Komposit serat merupakan perpaduan antara 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
kekakuan komposit terletak diantara kekakuan dan kekuatan serat dan matrik
yang digunakan. Dalam artian bahwa kemampuan komposit terdapat antara
kemampuan serat dan matrik pengikatnya serat memiliki sifat-sifat dari bahan
yang menjadi penyusunnya (Hadi, B.K., 2000).
Dibawah ini gambar 1.1 dicantumkan grafik kekuatan tarik komposit
dan komponen penyusunnya (Jones, R.M., 1975)
σ
ε
seratkomposit
matriks
Grafik Kekuatan Tarik Komposit Gambar 1.1
Komposit serat secara garis besar dikelompokkan menjadi dua yaitu
serat sintetik dan serat organik. Serat sintetik atau buatan yaitu serat yang dibuat
dari bahan-bahan anorganik. Misalnya glass dan keramik. Kelebihan
menggunakan serat sintetik yaitu mempunyai kekuatan tinggi, homogen, harga
rendah, isolator listrik yang baik dan mempunyai sifat anti korosi. Sedangkan
kekurangan dari serat sintetik yaitu tidak dapat didaur ulang dan serbuk atau debu
dari serat gelas dapat menjadi racun apabila terhirup masuk kedalam tubuh.
selulosa, polipropilena, serat jerami, serat nanas, serat kelapa, serat lidah mertua
dan lain-lain. Kelebihan serat alam ini harga murah, mudah didapatkan, ringan,
dapat dididaur ulang dan tidak beracun. Sedangkan kekurangan serat alami
struktur serat tidak homogen, kekakuan serat tidak merata dan tidak tahan pada
suhu tinggi.
Serat widuri adalah bahan organik yang berasal dari alam dan banyak
ditemui didalam kehidupan sehari-hari. Serat widuri ini biasanya terdapat pada
pesisir pantai dan untuk saat ini serat ini belum ada yang mengembangkannya.
Penelitian pada komposit berpenguat serat widuri (organik) sangat jarang
dilakukan, maka dilakukan penelitian pada komposit berpenguat serat widuri
(organik). Yaitu bagian buahnya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik komposit.
Keunggulan barang yang dihasilkan dari serat alam tersebut antara lain tahan
terhadap korosi, ringan, pewarnaan dan tekstur dapat dimodifikasi serta lebih
kedap suara bila dibandingkan material dari semen. Bahan dasar dari serat alam
tersebut tersedia melimpah di Indonesia.
Penelitian yang diajukan untuk program Sarjana ini adalah
menentukan formulasi kombinasi antara kadar NaOH, waktu perendaman, dan
waktu pencetakan komposit yang optimal, pembuatan cetakan komposit. Matriks
yang akan digunakan adalah polyester bening super yang biasa digunakan sebagai
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a) Meneliti pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan
perandaman NaOH terhadap kekuatan tarik serat dan regangan pada
pengujian tarik komposit.
b) Meneliti pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan
perendaman NaOH terhadap ketahanan patah dan keuletan pada
pengujian impak komposit.
c) Untuk mengetahui jenis patahan yang terjadi pada komposit serat
widuri melalui analisa struktur makro.
1.4 BATASAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang masalah diatas, dalam penelitian yang akan
dibahas ini, penelitian hanya dibatasi :
a) Proses pencetakan dan pencampuran komposit serat alami dengan
matrik Polyester Bening Super.
b) Penelitian sifat fisis dan mekanis komposit serat alam yang meliputi
pengujian tarik, pengujian impact dan pengamatan struktur makro.
c) Pada penelitian ini dilakukan perlakuan kimia serat dengan
perendaman NaOH (2,5% ; 5% ; 75%) selama 3 jam.
d) Fraksi volume serat yang digunakan adalah 10%.
e) Pada penelitian ini menggunakan serat widuri.
1.5 MANFAAT PENELITIAN
Dari kegiatan penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan manfaat bagi
berbagai pihak. Manfaat tersebut antara lain :
1. Bagi Masyarakat
Sebagai bahan yang dapat digunakan oleh masyarakat dengan
produksi dan harga yang relatif murah serta ramah lingkungan.
2. Bagi Ilmu Pengetahuan
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan
yang bermanfaat serta dijadikan sebagai bahan referensi oleh
BAB II DASAR TEORI
2.1. Penyusun Bahan 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
serat dibagi menjadi dua yaitu serat kontinu (continous) dan serat tidak
kontinu (discontinous).
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, R.M., 1975)
1. Fibrous composites
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat
(dapat berupa serat organic atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan
dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat
atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polymer,
loga 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 penguat dan matriks (Van Vlack, L.H., 1985).
2. Laminated composites
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun
berlapis-lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat
yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat thermal
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.
Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan
dapat dibedakan menjadi :
1. Komposit Matriks Logam (Metal Matriks Composite)
Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam
sedangkan bahan penguatnya dapat berupa partikel 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 (Ceramic 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
ketangguhan (toughness) dan tegangan tarik rendah. Pembuatan komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya
yang mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi
Karbida boron (B4C), Nitrida boron (BN), Karbida silicon (SiC),
Nitrida silicon (Si3N4), Karbida titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat
digunakan karbon, SiC dan Al2O3.
3. Komposit Matriks Polimer (Polimer Matriks Composites)
Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan
karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan penguat
dari komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake, yang
masing-masing dibedakan lagi menjadi bahan penguat organic dan metal.
2.3. Polyester
Resin polyester tak jenuh adalah bahan matrik thermosetting yang
paling luas dalam penggunaan sebagai matrik pengikat plastik, dari bagian
yang menggunakan proses pengerjaan yang sangat sederhana sampai produk
yang dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin.
Polyester sebagai resin thermosetting mempunyai kekuatan mekanis
yang cukup bagus, memiliki kemampuan ketahanan terhadap bahan kimia,
isolator listrik selain itu harganya yang relative murah. Dalam pengerjaan
resin ini juga cukup mudah, karena tidak mengalami perubahan dimensi yang
signifikan saat proses curing. Dalam pemakaian resin polyester, untuk
mendapatkan hasil sebagai matrik pengikat harus melalui proses curing. Resin
polyester dapat mengalami proses curing dalam suhu kamar dengan cara
Kemampuan proses curing ini dapat dipercepat dengan mereaksikan resin
polyester bersama katalis (peroxida organik) dan komponen akselator.
Penggunaan akselator sebagai formula untuk mempersingkat proses
curing dapat dipakai dalam proses suhu rendah maupun proses curing
menggunakan suhu tinggi. Resin ini mulai mengalami proses curing saat
terjadinya reaksi pada bahan pemicu yaitu katalis dan akselator berupa cobalt.
Reaksi panas yang berlebihan antara kedua bahan ini dapat mengakibatkan
kerusakan pada hasil, untuk menghindarinya maka harus dilakukan
pengaturan suhu pada saat curing.
Polyester dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti dalam
pembuatan komposit lembaran dan pembuatan tangki-tangki penampungan.
Kemampuan resin polyester selain sebagai matrik pengikat serat yang bagus
juga mempunyai karakteristik sebagai berikut:
1. Tahan terhadap panas.
2. Resin ini mempunyai berbagai variasi dalam pasaran, tergantung dalam
aplikasi penggunaannya. Karakteristik klasifikasi bahan resin, viskositas
mengalami sifat gel (gel time) pada suhu 250C, dapat bereaksi pada suhu
800C, perubahan bentuk bahan dapat dipertahankan sampai pada suhu
3. Ketahanan terhadap bahan kimia.
4. Bahan ini mempunyai kemampuan tahan terhadap pengaruh korosi
bahan-bahan kimia. Dibandingkan dengan bahan-bahan logam besi gord dan baja,
polyester mempunyai keunggulan terhadap korosi air laut.
5. kemampuan bahan terhadap beban kejut dan tidak abrasive.
Polyester tak jenuh diperoleh dengan cara mereaksikan asam basa
dengan alkohol dihidrat. Adanya reaksi kimia antara keduaynya menghasilkan
ikatan tak jenuh pada rantai utama polymer kemudian dengan mereaksikan
30% styrene sebagai monomer termasuk vinil tolvone, methyl methacrylite
dan ally alcohol derivates dengan polyester sehingga berkaitan dengan gugus
tak jenuh saat pencetakan.
Resin polyester dapat mengalami curing dengan bantuan peroksida
organik akan mengakibatkan reaksi polimerisasi yang bersifat radikal bebas.
Polyester dapat mengalami proses curing pada suhu kamar dengan bantuan
katalis (perioksida organic) sebagai pemicu intiator yang bergabung dengan
akselerator atau promoter. Polyester juga dapat mengalami proses curing
dengan penyinaran ultraviolet sampai suhu 900C.
2.4. Serat
Fungsi utama serat adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan
komposit dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin
adalah salah satu serat yang biasanya digunakan dalam pembuatan komposit
yaitu serat yang berasal dari alam misal tumbuhan.
2.5. Bahan-bahan tambahan
Bahan sebagai pemicu (initiator) yang berfungsi untuk memulai dan
mempersingkat reaksi curing pada temperature ruang adalah katalis.
Kelebihan katalis akan menimbulkan panas saat curing dan hal ini bisa
merusak produk yang dibuat.
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk
dengan cetakan maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan
terhadap cetakan dengan realese agent sebelum dilakukan pembuatan
komposit. Realese agent yang sering digunakan berupa MAA, waxes (semir),
mirror glass, polyvinyl alcohol, ascralon, dan bahan lain yang berfungsi
melapisi.
2.6. Fraksi Volum Serat
Komponen penyusun bahan komposit mempunyai pengaruh terhadap
sifat mekanik akhir bahan komposit. Besar pengaruh terhadap sifat mekanik
akhir bahan komposit dapat ditinjau dari seberapa banyak komponen tersebut
terdapat dalam bahan komposit. Dalam analisa sifat mekanik bahan komposit
persamaan-persamaan yang digunakan menggunakan komponen fraksi
volume, namun dalam kenyataannya pengukuran dapat dilakukan berdasarkan
fraksi berat. Fraksi volume merupakan rasio antara volume komponen
Pada bahan komposit jumlah fraksi volume komponen penyusunnya
harus sama dengan satu, dengan mengasumsikan tidak adanya void:
Vf + Vm = 1………. ...(2.1)
Dengan Vf = fraksi volume serat
Vm = fraksi volume matrik
Sedangkan fraksi berat dapat ditulis sebagai berikut:
Wf + Wm = 1………...(2.2)
Dengan Wf = fraksi berat serat
Wm = fraksi berat matriks
Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen
penyusunnya:
ρc = ρf Vf + ρmVm………...(2.3)
Dengan ρc = massa jenis komposit
ρf = massa jenis serat
ρm = massa jenis matrik
Vf = fraksi volum serat
Vm = fraksi volum matrik
Persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:
ρc = ρfVf + ρm(1-Vf)
Sehingga fraksi volume serat dapat diketahui dari persamaan:
Dengan mengetahui besar massa jenis total komposit dan komponen
penyusunnya maka fraksi volume serat akan dapat diketahui.
Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting
dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan. Pada
umumnya besar fraksi volume bahan komposit berkisar 20% sampai 65%.
Terdapat berbagai macam cara untuk mengetahui basarnya fraksi volume
komposit, salah satunya adalah dengan menimbang bobot total komposit dan
komponen-komponen penyusunnya untuk menghitung massa jenisnya
kemudian diselesaikan dengan persamaan di atas.
2.7. Orientasi Serat
Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit,
secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan sebagai
berikut:
1. Serat Searah (Unidirectional) : serat disusun secara searah paralel satu
sama lain. Sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada arah
serat sedangkan kekuatan paling kecil terjadi pada arah tegak lurus serat.
2. Serat Tegak Lurus (Bidirectional) : serat disusun secara tegak lurus satu
sama lain (orthogonal). Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada
3. Serat Acak (Pseudoisotropic) : penyusunan serat dilakukan secara acak,
sifat dari susunan ini adalalah isotropic yaitu kekuatan pada satu titik
pengujian mempunyai kekuatan sama.
Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling
proporsional, karena pada pemasangan satu arah ini dapat memberikan
konstribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena
pemasangan serat yang semakin acak konstribusi serat yang dipasang akan
semakin sedikit (fraksi volume kecil) mengakibatkan kekuatan komposit
semakin menurun, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Jumlah serat bahan komposit serat dinyatakan dalam bentuk fraksi
volume serat (vf) yaitu perbandingan volume serat (Vf) terhadap volume
bahan komposit. Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit
maka akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.
2.8. Jenis Serat
Berdasarkan ukuran panjang serat menjadi serat kontinu (continuous)
dan serat tidak kontinu (discontinous) secara teori serat panjang akan lebih
efektif dalam hal transmisi beban dibanding serat pendek. Namun hal tersebut
sulit untuk diwujudkan dalam praktek, mengingat faktor manufaktur yang
tidak memungkinkan dihasilkannya kekuatan optimum pada seluruh panjang
serat dan pada pembuatan bahan komposit, karena pada pemakaian serat
panjang akan terjadi ketimpangan dalam penerimaan beban antar serat,
sebagian serat mengalami tegangan sedangkan yang lain dalam posisi bebas
dari tegangan. Sehingga jika komposit tersebut dibebani sampai mendekati
kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah mendahului serat lainnya.
Komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dihasilkan kekuatan yang
lebih besar dari pada yang diperkuat serat panjang yaitu dengan cara
pemasangan orientasi pada arah optimum yang dapat ditahan oleh serat.
2.9. Komposisi dan Bentuk Serat
Berdasarkan bentuk, serat penguat mempunyai penampang lingkaran
dan bentuk lain misal bujur sangkar. Kekuatan serat dapat juga diliat dari
diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan
sangat cepat, sebaliknya pertambahan diameter akan mengakibatkan kekuatan
Berdasarkan komposisinya serat yang digunakan sebagai bahan
penguat komposit dibedakan atas:
1. Serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan alam atau bahan
organik, misal selulosa, polipropilena, grafit, serat rami, serat, serat
kelapa, serat pisang dll.
2. Serat anorganik yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misal
glass dan keramik
2.10 Faktor Matrik
Fungsi dari matrik adalah:
1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat sebagai
bahan yang mempunyai modulus kekuatan tinggi.
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan bahan
komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik harus
mempunyai serat adhesi yang baik terhadap serat untuk menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena hal ini berhubungan erat dengan
transfer beban. Jika matrik mempunyai sifat adhesi yang kurang baik maka transfer beban tidak sempurna dan menyebabkan kegagalan berupa
lepasnya ikatan antara matrik dengan serat (debounding failure). Secara
garis besar kualitas matrik ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya
adalah kemampuan membasahi serat, banyak tidaknya rongga (void) saat
3. Melindungi permukaan serat penguat dari abrasi yang diakibatkan oleh perlakuan secara mekanik misalnya gesekan antar serat.
2.11 Mekanika Komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional
lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya 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:
1. Sifat mekanis komponen penyusunnya
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 antara 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
2.12 Uji Impak
Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau getas
benda uji sebelum dan sesudah mendapat perlakuan panas. Uji impak ini
membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat
pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang
dijatuhkan dengan cara dilepaskan dari sudut 150o (α) dan sisi pisau pada palu
menengenai benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm,
panjang 55 mm dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45o, karena pukulan
tersebut benda uji akan patah, kemudian palu akan berayun kembali
membentuk sudut (β) hasil dari keliatan benda uji.
Harga uji impak dapat dicari dengan rumus:
W = GR (cos β - cos α) (Joule)………...(2.6)
Dengan:
W = Tenaga patah (Joule)
α = Besar sudut pada saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji G = Berat palu ( N )
R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,3948 m
Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:
Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut:
1. Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur
ketangguhan tarik pada bahan kekuatan rendah.
2. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang
3. Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan
perlakuan panas pada ketangguhan takik
Disamping beberapa keuntungan diatas pada metode ini, terdapat juga
kerugian yang terjadi, diantaranya:
1. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena uji ini
bersifat merusak.
2. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan ukuran cacat.
2.13 Hubungan Tegangan dan Regangan Komposit
Secara makro mekanik bahan komposit dapat ditinjau sebagai bahan
yang homogen tanpa memperhatikan hubungan antara komponen
penyusunnya. Dengan penyederhanaan ini sifat mekanik dapat didekati
dengan persamaan-persamaan mekanika bahan.
Pada penelitian ini untuk menghitung kekuatan tarik dan regangan
adalah:
1. Kekuatan Tarik
2. Regangan (ε)
) (
) (
o
L l PanjangAwa
L anjang
PerubahanP Δ
=
ε x 100%...(2.11)
2.14. Bentuk-Bentuk Patahan
Patahan benda uji impak berbeda-beda, ini dipengaruhi oleh
kandungan serat dan void (cacat gelembung udara). Bentuk patahan ada tiga macam,
dapat dilihat pada Gambar 2.2 – Gambar 2.4:
Gambar 2.3 Bentuk Patahan Liat
Gambar 2.4 Bentuk Patahan Campuran
Pada Gambar 2.2 menunjukkan bentuk patahan getas, patahan getas
adalah patahan pada benda uji yang rata dan mempunyai permukaan yang mengkilap.
Sedang pada Gambar 2.3 bentuk patahan liat, yang dimaksud patahan liat adalah
permukaan yang tidak rata, berserat dan warna patahannya buram. Patahan liat
campuran, dimana patahan campuran mempunyai patahan yang sebagian getas dan
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Skema Jalan Penelitian
Agar lebih sistematis dalam penelitian maka dibuat alur jalannya penelitian
seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1
Persiapan Bahan
Pembuatan Serat Organik (serat widuri)
Pembelian Resin Polyester Bening Super
Justus 108
Pengujian: 1.Pengujian tarik 2.pengujian impak 3. foto bentuk patah Pembuatan benda uji: 1.Matrik
2.komposit serat tanpa perendaman 3.Komposit dengan
prosentase perendaman NaOH 2,5%, 5%, 7,5%.
3.2. Persiapan Benda Uji 3.2.1 Bahan dan Alat
Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan komposit serat widuri
adalah sebagai berikut :
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
dibersihkan dari sisa resin yang mengering.
9. Sekrap, untuk melepaskan komposit yang sudah kering dari cetakan, juga
untuk membersihkan cetakan dari sisa resin.
Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit serat widuri
adalah sebagai berikut :
1. Resin
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Polyester
Bening Super Justus 108. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih bening,
yang diproduksi PT. JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.
Resin yang dipakai dalam penelitian tidak disertai spesifikasi khusus,
sehingga untuk mengetahui sifat-sifat mekaniknya dilakukan pengujian tarik
dan impak terhadap resin pengikat tanpa serat. Data dan perhitungan
selengkapnya disajikan dalam lampiran tabel dan perhitungan.
2. Serat
Dalam penelitian ini serat yang digunakan adalah serat organik yaitu
serat Widuri. Bahan serat ini diambil dari daerah Pantai Glagah Wates,
Gambar 3.2 Tumbuhan Widuri 3. Release Agent
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya komposit
dengan cetakan, maka untuk menghindari dilakukan proses pelapisan
terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent
atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya komposit pada
cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses
pembuatan dilakukan dengan cara mengoleskan dan melapisi seluruh
cetakan. Pelapisan dilakukan dengan menggunakan kuas dan pelapisan ini
harus dilakukan dengan teliti dan merata pada setiap bagian cetakan agar
nantinya komposit 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. MAA ditunjukkan pada
Gambar 3.3. Release Agent ( MAA ) 4. Katalis
Percabangan antara rantai polyester pada suhu kamar dapat terjadi
pada waktu yang sangat lama. Untuk mempercepat dapat dipicu dengan
penambahan katalis dengan ratio perbandingan 1% volume resin, sehingga
terjadi reaksi yang bersifat eksoterm. Ketika reaksi dimulai akan timbul
panas (60-90oC) yang cukup untuk mereaksikan resin sehingga diperoleh
kekuatan maksimal dan bentuk plastik. Dalam penelitian ini digunakan
katalis metoxone (methyle ethyl katone peroxide) untuk mempercepat laju
curing komposit. Laju curing komposit ditentukan oleh jumlah katalis yang
ditambahkan dalam resin, semakin banyak katalis yang ditambahkan
semakin cepat laju curing yang dihasilkan. Namun jika katalis yang
digunakan terlalu banyak maka matrik komposit yang dihasilkan cenderung
kebutuhan. Dengan menggunakan katalis metoxone 1% waktu yang dibutuhkan untuk curing berkisar 4-6 jam.
±
3.2.2 Pembuatan Serat Widuri
Untuk mendapatkan serat widuri seperti yang diinginkan, maka diperlukan
langkah-langkah yang tepat sehingga diperoleh serat dengan kekuatan yang optimal.
Adapun langkah-langkah untuk mendapatkan serat widuri adalah sebagai berikut :
a) Buah widuri yang sudah cukup matang dipetik, kemudian dibuka
sedikit.
b) Buah yang sudah dibuka diambil bijinya di bagian dalam buah agar biji
tidak mengganggu saat proses pembersihan.
Seperti dapat dilihat pada gambar 3.4. di bawah ini.
Gambar 3.4. Biji dibersihkan
c) Setelah Biji sudah hilang, buah bagian dalam dikerjakan lebih lanjut,
dengan menggunakan tangan. Serat disuwir hingga diperoleh serat yang
terpisah dari buahnya. Seperti dapat dilihat pada gambar 3.5. di bawah
Gambar 3.5. Buah widuri yang disuwir
a) Setelah didapatkan serat yang masih basah, maka serat harus dibersihkan
dari sisa buah yang masih menempel. Seperti ditunjukkan pada gambar
3.6. di bawah ini.
Gambar 3.6. Serat basah yang sudah dibersihkan
b) Kemudian serat dikeringkan dengan diangin-anginkan hingga kering.
Hal ini bertujuan untuk menurunkan kadar air pada serat, sebelum
disimpan agar tahan lama. Dan didapatlah serat yang sudah kering.
Gambar 3.7. Serat widuri yang telah dikeringkan
Serat yang sudah kering disimpan dalam tempat yang sejuk dan kering
(tidak lembab) atau disimpan dengan silika gel.
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 kandungan air pada serat dan dapat mengurangi
kekasaran/kekesatan pada permukaan serat sehingga diharapkan serat dapat
menjadi lebih baik, lebih kuat dan dapat bertahan lama terhadap serangan
bakteri/mikroorganisme dibandingkan serat tanpa perendaman NaOH. NaOH
yang digunakan adalah jenis NaOH pro analisis (seperti ditunjukkan pada gambar 3.8). Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan cara merendam serat selama 3 jam dengan NaOH sebelum pembuatan komposit. Perendaman
sebelumnya, waktu yang paling baik untuk merendam serat organik
adalah kurang-lebih selama 3 jam (Li, S.A., 2004). 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.
Gambar 3.8. NaOH pro analisis
3.2.4 Perlakuan Serat Widuri
Perlakuan serat widuri dimaksudkan untuk mempersiapkan serat yang
tahan terhadap serangan bakteri / mikroorganisme dan mengurangi kadar air
pada serat. Adapun proses perlakuan dilakukan dengan merendam serat
widuri ke dalam larutan NaOH selama 3 (tiga) jam. Untuk membuat variasi
5% ; dan 7,5 % dilarutkan dengan air suling (Aquades) dengan komposisi masing-masing dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
1 liter ( aquades ) = 1000 gram ( aquades )
Prosentase yang digunakan untuk setiap 1 liter aquades adalah :
• 2,5 % NaOH ►
Berdasarkan persamaan diatas, maka dapat ditentukan jumlah / volume
NaOH (awal / akhir ), maka proses selanjutnya adalah menimbang NaOH
yang dibutuhkan dengan menggunakan timbangan digital lalu melarutkan
NaOH dengan 1 liter aquades. Sehingga perbandingan fraksi volume NaOH
dengan aquades dapat ditentukan seperti dalam tabel di bawah ini :
Tabel 3.1 Perbandingan fraksi volume NaOH dengan aquades.
No
Konsentrasi NaOH
( % )
Volume aquades
Awal ( gram )
Berat NaOH Akhir
( gram )
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
• Sendok (digunakan untuk mengambil NaOH sesuai dengan ukuran)
• Timbangan digital (digunakan untuk menimbang NaOH yang
diperlukan)
• Air suling (Aquades)
• Gelas ukur (digunakan untuk mengukur volume aquades)
• Pengaduk kaca (digunakan untuk mengaduk NaOH dengan
aquades)
• 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 3.9. di bawah ini.
Gambar 3.9. Akuarium
2. Mempersiapkan serat, agar serat dapat dimasukkan ke dalam akuarium
Gambar 3.10. Serat Widuri
3. Menimbang berat NaOH dengan timbangan digital.
4. Menuang air suling/aquades (seperti ditunjukkan pada gambar 3.11.) ke
dalam gelas ukur sesuai dengan volume yang telah ditentukan.
Gambar 3.11. Aquades
5. Menuang air suling (aquades) yang ada di gelas ukur ke dalam akuarium.
6. Melarutkan NaOH yang telah ditimbang ke dalam aquades yang berada di
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. Seperti
ditunjukkan pada gambar 3.12. di bawah ini.
Gambar 3.12. Proses perendaman
9. Mengaduk serat dengan pengaduk kaca, dimaksudkan agar setiap serat
dapat benar-benar terendam dengan larutan NaOH dengan aquades.
Seperti ditunjukkan pada gambar 3.13. di bawah ini
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. Seperti dilihat pada gambar 3.14. di bawah
ini.
Gambar 3.14. Loyang tempat serat
13.Setelah serat dibersihkan / dibilas dengan air suling maka serat tersebut
Gambar 3.15. Serat Widuri kering
14.Setelah serat mengalami proses pengeringan, serat yang mengalami
perendaman dengan NaOH akan berwarna kekuningan, sedangkan serat
tanpa perendaman warnanya lebih putih. Seperti ditunjukkan pada gambar
3.16. di bawah ini.
Gambar 3.17 serat setelah perendaman
15.Setelah serat kering, maka serat tersebut dapat siap dibuat sebagai bahan
komposit.
3.2.3 Pembuatan Cetakan
Komposit yang akan dibuat adalah komposit dengan serat acak. Bahan
yang digunakan untuk membuat cetakan adalah kaca, karena kaca memiliki
permukaan yang rata, 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 (silikon sealant), untuk mengelem susunan kaca sehingga
membentuk suatu cetakan. Lem ini juga berfungsi sebagai penutup pada
3.2.4 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 200 mm
x 4 mm (seperti tampak pada gambar 3.18.) :
Gambar 3.18. 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 200 mm x 4
mm (seperti tampak pada gambar 3.19.):
Gambar 3.19. Cetakan resin
3.2.5 Cetakan Untuk Pengujian Impak
Cetakan yang diperlukan untuk pembuatan benda uji impak komposit ini
adalah empat buah cetakan, disesuaikan dengan keperluan untuk pengujian impak.
Ukuran yang diperlukan untuk pengujian impak adalah 300 mm x 10 mm x 10 mm :
150 mm
60 mm
30 mm
10 mm
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 150 mm x 60 mm x 10 mm.
150 mm
60 mm
30 mm
10 mm
Gambar 3.21. cetakan matrik / resin untuk pengujian impak
3.3. Pembuatan benda uji
Pembuatan benda uji matrik dan komposit menggunakan cetakan berbahan
Benda uji matrik / resin
Secara umum cara / proses dalam pembuatan benda uji resin mempunyai
langkah-langkah sebagai berikut :
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 katalis sesuai dengan volume cetakan
menggunakan gelas ukur dan suntikan. Perbandingan antara resin dan
katalis adalah 1% dari volume matrik (100:1).
3. Mencampur resin dan katalis kedalam gelas kaca. Campuran resin dan
katalis diaduk hingga rata. Pengadukan ini harus dilakukan secara cepat
agar dapat tercampur dengan baik sebelum menjadi 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 katalis tercampur dengan merata, adonan tersebut
dituang dalam cetakan yang sudah disiapkan.
5. Proses pengeringan membutuhkan waktu ± 5-6 jam. Setelah resin menjadi
kering, resin dikeluarkan dari cetakan.
6. Melakukan pemotongan sesuai dengan ukuran yang diinginkan dan
3.3.1 Benda uji matrik (polyester) 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-katalis.
Selanjutnya dilakukan pengukuran volum resin dan volum katalis. Cetakan
yang digunakan berukuran 250 mm x 200 mm x 4 mm. Sehingga volume cetakan /
volume komposit yang digunakan adalah:
Vcetakan = Vcomposit = p x l x t
Apabila fraksi volum cetakan / komposit dan hasil perhitungannya telah
Maka volume matrik / resin adalah :
Maka volume katalis adalah :
(
)
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
bagian atas dari cetakan kita tutup secara perlahan dengan menggunakan penutup
yang terbuat dari bahan kaca.
Setelah ± 5-6 jam campuran resin dengan katalis tadi sudah mengering dan
siap dilepas. Biasanya proses pelepasan dari cetakan dilakukan secara hati-hati
dengan menggunakan sekrap. Setelah bahan dilepas dari cetakan maka bahan tersebut
siap untuk dilakukan pemotongan sesuai dengan keperluan untuk pengujian tarik.
3.3.2 Benda uji matrik (polyester) 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 katalis. Cetakan
yang digunakan berukuran 150 mm x 60 mm x 10 mm. Disesuaikan untuk keperluan
pengujian impak. Sehingga volume cetakan / volume komposit yang digunakan
Dengan :
Vc = Volume cetakan / komposit
Apabila fraksi volum cetakan / komposit dan hasil perhitungannya telah
diketahui, maka dapat ditentukan prosentase volum resin dan volume katalis.
Maka volume matrik / resin adalah :
(
)
Maka volume katalis adalah :
(
)
Vk = Volume katalis
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 ± 5-6 jam campuran resin dengan katalis tadi sudah mengering dan
siap dilepas. Biasanya proses pelepasan dari cetakan dilakukan secara hati-hati
dengan menggunakan sekrap. Setelah bahan dilepas dari cetakan maka bahan tersebut
siap untuk dilakukan pemotongan sesuai dengan keperluan untuk pengujian impak.
3.4 Benda Uji Komposit
Langkah pertama dalam pembuatan benda uji komposit adalah menghitung
massa jenis (ρ) serat widuri.
Adapun cara penghitungan massa jenis (ρ) serat widuri adalah sebagai berikut
1. Menimbang massa serat widuri dan dicatat.
2. Menimbang massa plastik dan dicatat.
3. Memasukkan serat widuri tadi ke dalam plastik.
5. Memasukkan air kedalam gelas ukur dan dicatat volume air yang ada
didalamnya.
6. Memasukkan plastik yang telah dimasuki serat widuri dan telah
divakumkan tadi ke dalam gelas ukur dan mencatat pertambahan
volume air (∆V) yang naik.
7. Pertambahan volume air yang naik tadi dicatat dan hasilnya dikurangi
massa plastik
8. Melakukan perhitungan dengan rumusan sebagai berikut:
ρ =
Dengan menggunakan perhitungan rumus diatas, dari percobaan yang
dilakukan berulang-ulang(data dapat dilihat dilampiran) maka
didapatkan, ρrata-rata serat widuri = 0,76 gr/ cm3.
3.4.1. 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 komposisi serat
pandan alas, resin dan katalis berdasarkan volume cetakan. Langkah-langkah
a. Untuk pengujian tarik :
1. Menghitung volume cetakan.
Vcetakan = p x l x t
= 250 x 200 x 4
= 200.000 mm3 = 200 cm3
2. Menghitung komposisi serat widuri, resin dan katalis.
• Digunakan komposisi 10 % serat widuri :
Serat = 200 3 0,76 / 3
atau setara dengan 180 mL
Karena perbandingan resin dan katalis adalah 100 : 1, maka
volume resin = 180 mL dan katalisnya = 1,8 mL.
b. Untuk pengujian impak :
1. Menghitung volume cetakan.
Vcetakan = p x l x t
= 150 x 60 x 10
2. Menghitung komposisi serat widuri, resin dan katalis.
• Digunakan komposisi 10 % serat widuri :
Serat = 90 3 0,76 / 3
Karena perbandingan resin dan katalis adalah 100 : 1, maka
volume resin = 81 mL dan katalisnya = 0,81 mL
3.4.2. 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 widuri, resin dan katalis sesuai dengan
perhitungan yang didapat.
c. Mencampur resin dan katalis kedalam gelas ukur lalu mengaduknya
hingga menyatu.
d. Memasukkan serat widuri secara acak kedalam cetakan yang telah
e. Setelah selesai memasukkan kapas tuangkan kembali campuran
resin dan katalis kedalam cetakan.
f. Setelah ± 5-6 jam, komposit telah kering dan dapat dilepas dari
cetakan.
g. Pemotongan komposit sesuai dengan ukuran yang diinginkan dan
kemudian difinishing dengan menggunakan kikir dan amplas.
Gambar 3.21. Hasil cetakan komposit
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 / spesimen dipasang vertikal, dijepit pada mesin uji tarik (tensile
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
Gambar 3.22. Mesin Uji Tarik
Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun
komposit tanpa perendaman serat ataupun dengan perendaman serat, diperlukan suatu
perhitungan. Rumus dari kekuatan tarik adalah sebagai berikut:
A P
Dengan σ : kekuatan tarik maksimal
P : beban maksimal
A : luas penampang pengujian.
Dan untuk menghitung regangan, dipergunakan rumus sebagai berikut:
% 100 L
ΔL
ε
0
×
= ……….(3.2)
Dengan ε : regangan
ΔL : pertambahan panjang
L0 : panjang mula-mula
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 bagian spesimen yang patah, perlu
Gambar 3.23. mesin uji impak Charpy
Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui sifat getas / liat
bahan ataupun harga keuletan dari matrik, maupun komposit tanpa perendaman serat
ataupun dengan perendaman serat, adalah :
Tenaga patah = G . R . (cos ß – cos α) ………. Joule
Harga Keuletan =
angPatahan LuasPenamp
h TenagaPata
……… kJ/m²
Dengan :
G = Berat pendulum / massa dikali dengan percepatan grafitasi (N) R = Radius Pendulum (m)
α = Sudut awal / sudut yang dibentuk pendulum tanpa beban
3.6. Benda Uji
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 3.24. Benda Uji Matriks
Gambar 3.25. Specimen uji matrik
3.6.1.2. Benda Uji Komposit
Benda uji komposit menggunakan standar ASTM A 370. Ukurannya adalah
Gambar 3.26. Benda Uji Komposit
Gambar 3.27. spesimen uji komposit
3.6.2. Standard dan Ukuran untuk Pengujian Impak
3.6.2.1. Benda Uji Matrik dan Komposit
Ukuran benda uji / specimen berbentuk persegi panjang dengan
Gambar 3.28 Benda Uji Impak
Gambar 3.29. spesimen uji matrik
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui beberapa sifat mekanik komposit
dan matrik pengikat, maka dilakukan pengujian berupa pengujian tarik untuk
mengetahui kekuatan tarik dan regangan serta 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. Pengujian Impak
Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan alat yaitu mesin uji
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat
SPESIMEN
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (2,5% NaOH)
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (5% NaOH)
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (7,5% NaOH)
RATA-RATA 143,4o 0,19 2,20
Setelah semua perhitungan selesai, maka kita dapat menuliskan Tenaga Patah
rata-rata dan Keuletan rata-rata. Setelah itu dapat dibuat grafik Tenaga Patah rata-rata
dan Keuletan rata-rata. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini.
Tabel 4.6 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata
NO Spesimen
Tenaga Patah Rata-rata
(Joule)
Keuletan Rata-rata
(kJ/m²)
1 Matrik Polyester 0,15 1,80
2 Serat Tanpa
Perendamann 0,18 2,07
3 Serat Perendaman
2,5%NaOH 0,16 1,95
4 Serat Perendaman
5%NaOH 0,16 1,95
5 Serat Perendaman
0.15
Gambar 4.1 Grafik Tenaga Patah Rata-rata
1.8
Dari hasil yang dapat dilihat pada tabel 4.6 di atas, matrik mempunyai tenaga
patah rata-rata 0,15 Joule dan keuletan rata-rata 1,80 kJ/m2, dari gambar juga dapat
dilihat bahwa matrik lebih getas dari komposit dimana harga tenaga dan keuletannya
lebih kecil dari komposit yang menggunakan serat sebagai penguat, tetapi harga
tenaga patah dan keuletan pada komposit tanpa perendaman ataupun dengan
perendaman NaOH relatif sama. Hal ini menunjukkan bahwa dengan perendaman
ataupun tanpa perendaman NaOH harga tenaga patah dan keuletan tidak akan terlalu
berarti/berpengaruh apabila fraksi volume serat sama. Tetapi apabila fraksi volume
serat dibuat bervariasi maka hasil dari tenaga patah dan keuletan pada komposit akan
bervariasi juga. Ini mengindikasikan bahwa fraksi volume serat sangat berpengaruh
terhadap tenaga patah dan keuletan. Semakin besar fraksi volume serat pada komposit
maka akan semakin besar pula kemampuan patah dan keuletan pada komposit itu
sendiri. Harga tenaga patah yang paling besar ada pada komposit dengan perendaman
7,5 % NaOH yaitu 0,19 Joule dan yang mempunyai keuletan paling besar ada pada
komposit dengan perendaman 7,5 % NaOH yaitu 2,20 kJ/m². Ini membuat komposit
itu paling kuat menahan beban impak (beban kejut) dan menunjukkan komposit
tesebut paling ulet (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
saja dan fraksi volume matrik 90%, sehingga faktor matrik masih sangat 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 4.5 patahan pada komposit (2,5%NaOH)
Gambar 4.7 patahan pada komposit (7,5%NaOH)
4.2. 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 komposit.
4.2.1. Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester
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
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester
RATA-RATA 32,02 RATA-RATA 14,86
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 terjadi pada matrik dapat
dilihat pada gambar di bawah ini.
10.8
regangan (%) kekuatan tarik (MPa)
j
Gambar 4.9 Grafik Sifat Mekanis Matrik Polyester
4.2.2. Hasil Pengujian Tarik Komposit
Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan mesin Uji Tarik
menghasilkan print-out grafik hubungan beban-pertambahan panjang yang disajikan
dalam lampiran. Dari analisis grafik pengujian tarik diperoleh beberapa sifat mekanik
Tabel 4.8 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perendaman Serat
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (2,5%NaOH)
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat
Tabel 4.11 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (7,5%NaOH)
NO Tebal
Dari pengujian masing-masing konsentrasi perendaman serat dengan NaOH
dapat diambil nilai rata-rata tegangan tarik dan regangan yang akan dibuat tabel dan
Tabel 4.12 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata
Matrik Polyester 32,02 14,86
2 Serat Tanpa
Perendaman 18,58 1
3 Serat Perendaman
2,5% NaOH 14,47 0,64
4 Serat Perendaman
5% NaOH 14,07 0,62
5 Serat Perendaman
7,5% NaOH 14,99 0,68
Grafik Tegangan Tarik rata-rata
Gambar 4.11 Grafik Kekuatan Tarik (σ) Rata-rata Benda Uji Komposit
14.86
