EFFECT OF THE AMOUNT OF BOND ON TENSILE FORCE OF PALM FIBER COMPOSITE WITH EPOXY MATRIX
By
DESI YANTO UTOMO
The development of composite does not only lead to synthetic composites, but also to natural composite which can be recycled or renewable, thereby reducing the consumption of petrochemical and environmental damage. Composites with natural fibers have some advantages compared to synthetic ones. Natural composite is friendlier to the environment because it can naturally degrade and also the price of natural fiber is cheaper than synthetic fibers. The production of natural fibers from year to year is constant, but the percentages to the entire production of textile fibers decrease since the production of synthetic fibers are growing. The study (Efri, 2013) about the influence of fiber length on the composite’s tensile force and physic using fibers with epoxy matrix showed that the highest tensile force was the fiber with length of 90 mm at 36.37 MPa and 9.34% of strain because with longer fibers in the matrix, the fiber surface that bear the load from the matrix becomes larger, and otherwise, with shorter fibers in the matrix, the fiber surface that bear the load becomes smaller. Based on this result, the researchers conducted a study on the effect of fiber bond on the tensile force of palm fiber composite using epoxy matrix in order to create a better, cheaper, and stronger fiber compared to other composite.
The researcher performed a series of tests using palm fiber with epoxy matrix. There were three variations used; 1 bond, 3 bond and 5 bond. In this test, the researcher firstly prepared fibers with a diameter of 0.3 mm, which was given a treatment. Then, the researcher made a mold for the test specimen before finally conducted a tensile test and SEM observation.
The result showed that the strongest force was found on the specimen of 5 bond fiber at 41.17 MPa and 4.18% of strain. There was an increase from 1 bond to 3 bond by 10%, then from 3 bond to 5 bond by 26%. The bigger number of the bond created the bigger force of traction during tensile testing. From the observation of SEM, the picture of 5 bond fiber specimen showed a good image. It was shown by the appearance of a good bond of the matrix and fiber, and the absence of voids and debonding.
PENGARUH JUMLAH SIMPUL TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT SERAT IJUK BERMATRIKS EPOXY
Oleh
DESI YANTO UTOMO
Perkembangan komposit tidak hanya komposit sintetis saja tetapi juga mengarah ke komposit natural dikarenakan keistimewaan sifatnya yang dapat didaur ulang (renewable) atau terbarukan, sehingga mengurangi konsumsi petrokimia maupun gangguan lingkungan hidup. Komposit dengan serat alam memiliki keunggulan lain bila dibandingkan dengan komposit sintetis. Komposit natural lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harga serat alam pun lebih murah dibandingkan serat sintetis. Produksi serat alam dari tahun ke tahun boleh dikatakan tetap, tetapi persentase terhadap seluruh produksi serat tekstil makin lama makin menurun mengingat kenaikan produksi serat-serat buatan yang makin tinggi. Dari hasil penelitian (Efri, 2013) tentang pengaruh panjang serat terhadap sifat tarik dan fisik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy diperoleh kekuatan tarik tertinggi dengan panjang serat 90 mm sebesar 36,37 MPa dan regangan 9,34%. hal ini disebabkan semakin panjang serat di dalam matriks, maka permukaan serat yang menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi besar, dan sebaliknya semakin pendek serat didalam matriks, maka serat menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi kecil, maka peneliti melakukan penelitian pengaruh serat simpul terhadap kekuatan uji tarik komposit serat ijuk menggunakan resinepoxyyang diharapkan lebih baik, lebih murah, dan didapatkan hasil kekuatan tarik yang lebih baik jika dibandingkan dengan komposit berpenguat serat yang lain.
Untuk itu dilakukanlah serangkaian pengujian, pada pengujian ini menggunakan serat ijuk bermatriks epoxy. Variasi yang digunakan pada pengujian ini adalah jumlah simpul antar spesimen yaitu 1 simpul, 3 simpul dan 5 simpul. Pada pengujian ini pertama-tama mempersiapkan serat ijuk dengan diameter 0,3 mm, yang telah diberi perlakuan dan membuat simpul pada serat ijuk. Setelah itu membuat cetakan pada spesimen uji, dan yang terakhir dilakukan pengujian tarik dan pengamatan SEM.
Hal ini ditunjukkan ikatan antara matriks dan fiber sangat baik dan tidak ditemukannyavoidmaupundebonding.
Oleh
DESI YANTO UTOMO
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis di lahirkan di Nganjuk, Kabupaten Nganjuk Provinsi Jawa Timur pada tanggal 03 Desember 1989 sebagai anak kembar dari pasangan Bapak Sumarno dan Ibu Mundarini.
Pendidikan penulis diawali dari Sekolah Dasar Negeri 2 Lengkong, Nganjuk pada tahun 1995 dan diselesaikan pada tahun 2001, pada tahun 2001 melanjutkan di Sekolah Menengah Pertama Negeri 1 Kertosono, Nganjuk yang diselesaikan pada tahun 2004, kemudian pada tahun 2004 melanjutkan di Sekolah Menengah Atas Negeri 2 Nganjuk, Jawa Timur yang diselesaikan pada tahun 2007. Pada tahun 2007 penulis diterima sebagai mahasiswa Program Studi S1 Teknik Mesin di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru) SPMB.
Penulis mengambil konsentrasi pilihan pada bidang Material. Pada tahun 2014,
penulis melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Jumlah Simpul Terhadap
Dengan Ridho-Mu Ya Allah
Kupersembahkan pada ISLAM Agamaku dan Orang-orang tersayang:
Ayahanda Dan Ibunda Tercinta
Karena pengorbanan kalian dengan penuh kegigihan menjadikan aku tegar
dijalan kehidupan ini.
Do’a dan ridho
mu yang telah memberikan kemudahan untuk menatap masa
depan
Keluargaku Tersayang
Yang telah memberikan kasih sayang dukungan morl dan materiil serta
semangat baik fikiran maupun kerja keras
Dosenku Yang Tak Terlupakan
Teman-teman Seperjuangan Penulis
Teknik Mesin 2007
My Beloved “You’re My Everything”
Almamater Tercinta
MOTO
Pendidikan Merupakan Perlengkapan Paling Baik Di hari Tua
(Aristoteles)
“Pazza Inter Amala”
Jangan pernah bilang gagal bila belum mencoba.
Sepakbola untuk hidup. Hidup untuk sepakbola.
Hidup Bagaikan Alat Detak Jantung, Penuh Lika-Liku Namun Ketika
Lurus, Selesai Sudah.
Kulo Wong Cilik. Mlaku Kulo Alon-Alon. Nanging Kulo Ora Tau
SANWACANA
Assalamualaikum, Wr.Wb.
Alhamdulillaahirabbil’aalamiin, Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah
SWT karena berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat melaksanakan serta menyelesaikan skripsi ini sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung. Shalawat serta salam tidak lupa penulis sampaikan kepada junjungan kita semua Rasulullah SAW yang kita tunggu syafa’atnya di yaumil akhir nanti.
Skripsi dengan judul “Pengaruh Jumlah Simpul Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Serat Ijuk Bermatriks Epoksi” ini dapat diselesaikan dengan baik berkat partisipasi, bantuan, dukungan dan do’a dari berbagai pihak. Sebagai rasa syukur, penulis ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada:
1. Kedua orang tuaku, terima kasih untuk cinta dan kasih sayang yang senantiasa kalian berikan.
tersayang Sembrina Aries Sandy, terima kasih telah menemani dan membantu untuk memberikan bimbingan, pengetahuan, masukan dan saran dalam proses penyelesaian skripsi ini.
7. Bapak Harnowo Supriadi, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Kedua yang telah menyempatkan waktunya dan memberikan masukan sebagai penyempurnaan penulisan skripsi ini
8. Bapak Zulhanif, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah telah menyempatkan waktunya dan memberikan masukan sebagai penyempurnaan penulisan skripsi ini
9. Ibu Novri Tanti, S.T.,M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir yang telah membantu dalam kelancaran skripsi saya ini.
10. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi.
11. Mas Dadang, Mas Marta, dan Mas Nanang atas partisipasinya dalam
13. Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2007: Asep, S.T., Wahyu, S.T.,
Jasiron, S.T., Ryan Arizona, S.T., Meylia R, S.T., Yahya, S.T., Bagus, S.T.,
Harsono, S.T., Lamsihar, S.T., Armeny, S.T., Novian, S.T., Chandra A., S.T.,
Rahmat R, S.T., Yatra, S.T., Nain, S.T (Jambi)., Imam, S.T., RCP, S.T.,
Yohanes, S.T., Oday, S.T., Ragil, S.T., Efri, S.T., Bakung, S.T., Dodi, S.T.,
Joniyanto, S.T., Andriyansah, S.T., Ryan, S.T. (Gembel), Anjar, S.T., Dodi,
S.T., Ganjar, S.T., Hendy,S.T., Indra, S.T., Apridona, Ardi, S.T., Agus
Kempol, Leo, S.T., Teguh, Adhan, S.T., Sutrisno, S.T., Ridho, S.T.,
Kristoper S.T., Sugiyanto, S.T., Emoth, Dodo Ewok, Dwi W, Jepri, Samuel,
Agus, Daza yang telah memberikan semangat, motivasi dan pandangannya
dalam penyelesaian skripsi ini. Semoga kebersamaan ini tetap terjaga,
Solidarity Forever.
14. Angkatan baru saya angkatan 2009, Agoey, Tunas, Ari, Lambok, Dedi, Galeh, Roki, Lingga, Erick, Irvan, Bowo, S.T., Mei, S.T., Todi, S.T., Aconk,
S.T., Nissa, Budi, S.T., Wawan, dan yang lainnya terima kasih untuk
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh sebab itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak. Penulis berharap skripsi ini bermanfaat bagi semua yang membaca dan bagi penulis sendiri. Amien.
Wasalamualaikum, Wr.Wb
Bandar Lampung, Maret 2015
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
SANCAWANA ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan ... 5
1.3. Manfaat Penelitian ... 5
1.4. Batasan Masalah ... 6
1.5. Sistematika Penulisan ... 6
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Komposit ... 9
2.2. Klasifikasi Komposit ... 15
2.3. Tipe Komposit Serat ... 20
2.5. Kelebihan Dan Kekurangan Material Komposi ... 24
2.6. Serat Alam Dan Serat Sintesis ... 25
2.7. Serat Ijuk ... 30
2.8. Metode Pengekstrakan Serat Ijuk ... 33
2.9. Perlakuan Alkali ... 35
2.10. Polimer Sebagai Matriks ... 36
2.11. Resin Epoxy ... 37
2.12. Karakteristik Material Komposit ... 41
2.13. Pengujian Tarik ... 43
2.14. Kurva Tegangan Regangan ... 44
2.15. Scanning Electron Microscope (SEM) ... 46
III. METODE PENELITIAN 3.1.Tempat Penelitian ... 49
3.2.Bahan Yang Digunakan ... 49
3.3.Alat yang Digunakan ... 50
3.4.Prosedur Penelitian ... 53
4.2 Pengamatan SEM ... 83
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1. Simpulan ... 86 5.2. Saran ... 87
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Klasifikasi Serat/Serat Tekstil ... 26
2. Sifat Mekanik Dari Beberapa Jenis Serat ... 31
3. Spesifikasi Matriks Epoxy ... 40
4. Pengujian Tarik Spesimen ... 57
5. Jumlah Spesimen Yang Akan Diuji ... 60
6. Data Tegangan Regangan Spesimen 1 Simpul 1A ... 64
7. Data Tegangan Regangan Spesimen 1 Simpul 1B ... 66
8. Data Tegangan Regangan Spesimen 1 Simpul 1C ... 67
9. Data Tegangan Regangan Spesimen 3 Simpul 3A ... 70
10.Data Tegangan Regangan Spesimen 3 Simpul 3B ... 72
11.Data Tegangan Regangan Spesimen 3 Simpul 3C ... 73
12.Data Tegangan Regangan Spesimen 5 Simpul 5A ... 76
13.Data Tegangan Regangan Spesimen 5 Simpul 5B ... 78
14.Data Tegangan Regangan Spesimen 5 Simpul 5C ... 80
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Komposit Dengan Unsur-Unsur Penyusun Yang Brbeda-Beda ... 16
2. Komposit Serat ... 16
3. Laminated Composite ... 17
4. Komposit Partikel ... 19
5. Continous Fiber Composite ... 20
6. Woven Fiber Composite ... 21
7. Tipe Discontinous Fiber Composite ... 22
8. Tipe Hybrid Fiber Continous ... 22
9. Klasifikasi Jenis Serat Alam ... 27
10.Serat Ijuk ... 33
11.Reaksi Antara Bisfenol A dan Epiklorohidrin ... 40
12.Kurva Tegangan Regangan ... 46
13.Contoh Foto Scanning electron Microscope ... 47
14.Spesimen Untunk Pengamatan Dengan SEM ... 48
15.Papan Acriyic ... 50
16.Inkubator ... 50
18.Alat Uji SEM ... 51
36.Grafik Perbandingan Rata-Rata Tegangan Antar Spesimen ... 82
37.Grafik Perbandingan Rata-Rata Regangan Antar Spesimen ... 83
38.Hasil Pengamatan SEM spesimen 5B Pembesaran 200x ... 84
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan komposit tidak hanya komposit sintetis saja tetapi juga mengarah ke komposit natural dikarenakan keistimewaan sifatnya yang dapat didaur ulang (renewable) atau terbarukan, sehingga mengurangi konsumsi petrokimia maupun gangguan lingkungan hidup. Komposit dengan serat alam memiliki keunggulan lain bila dibandingkan dengan komposit sintetis. Komposit natural lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harga serat alam pun lebih murah dibandingkan serat sintetis. Selain itu serat sintetis juga menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti serat sintetis tersebut. Salah satu jenis produk penggabungan material kayu dengan bahan-bahan lain biasanya dikenal dengan sebutan produk komposit adalah papan mineral.
terhadap api. Dalam bentuk panel, produk komposit ini digunakan untuk aplikasi struktural dan non struktural untuk kondisi interior maupun eksterior.
Produksi serat alam dari tahun ke tahun boleh dikatakan tetap, tetapi persentase terhadap seluruh produksi serat tekstil makin lama makin menurun mengingat kenaikan produksi serat-serat buatan yang makin tinggi. Hal ini disebabkan karena :
a. Tersedianya serat alam sangat terbatas pada lahan yang ada dan iklim. b. Pada umumnya sifat-sifat serat buatan lebih baik daripada serat alam. c. Produksi serat buatan dapat diatur baik jumlah, sifat, bentuk dan ukurannya. serat bisa dibagi menjadi dua kelompok , yakni :
• Serat alam : dari binatang, tumbuh-tumbuhan, dan mineral • Serat buatan : dari polimer alam, polimer sintetik, dan lainnya.
Serat ijuk merupakan serat alam yang berasal dari pohon aren, dilihat dari bentuknya, serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan dan pembentukan serat tersebut bergantung pada lingkungan alam dan musim. Serat ijuk memiliki sifat elastik, keras, tahan air, dan sulit dicerna oleh organisme perusak. (Evi Christiani, 2008).
menjadi besar, dan sebaliknya semakin pendek serat didalam matriks, maka serat menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi kecil.
Hariyanto. A, 2009. melakukan penelitian tentang pengaruh fraksi volume komposit serat kenaf dan rayon yang disusun secara lurus kontinyu dengan bermatrik polyester terhadap kekuatan tarik dan impak diperoleh kekuatan tarik terbesar serat kenaf /polyester Vf 20% sebesar 38,32 MPa dan kekuatan tarik yang terendah pada Vf10 % yaitu 22,04 MPa.
Untuk kekuatan tarik serat rayon/polyester nilai tertinggi terletak pada Vf 15% sebesar 51,23 MPa dan terendah padaVf 10% sebesar 22,81 MPa. Hal ini disebabkan bahan komposit dengan serat kontinyu / lurus yang diberi beban tarik searah serat (longitudinal) mempunyai tegangan tarik yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan serat yang dberi beban tarik melintang pada arah serat (transversal), kegagalan atau perpatahan bermula dari komposit yang terdapat void dari penampang yang terlemah. Bila beban semakin membesar akan semakin cepat perpatahan yang terjadi.
terendah pada Vf murni / tanpa serat yaitu 356,60 MPa, dan tertinggi pada Vf 40 % sebesar 485,60 %.
Penurunan regangan tarik disebabkan kuatnya ikatan antara matrik dengan serat penguat. Semakin kuat ikatannya, regangan yang terjadi akan semakin kecil mendekati regangan tarik resin yang lebih kecil dari regangan serat tebu.
Penurunan kekuatan tarik disebabkan oleh berbagai hal, diantaranya, proses pengambilan serat, perlakuan alkali untuk pembersihan serat. Proses pengambilan serat yang dilakukan dengan penggilingan yang berulang-ulang untuk pemerasan kandungan gula dan penghancuran pohon tebu. Perlakuan mekanik ini dapat merusak serat sehingga kekuatannya akan berkurang. Perlakuan alkali bertujuan untuk membersihkan serat dari lapisan lignin yang membungkus serat atau kotoran menempel pada serat sehingga ikatan antara matrik dan serat lebih kuat. Jika terlalu lama atau konsentrasi larutan terlalu tinggi akan merusak sel-sel serat utamanya sehingga serat menjadi rapuh dan kekuatannya akan berkurang.
semakin menurun dan berfluktuasi seiring dengan bertambahnya fraksi berat serat.
Dari penelitian-penelitian yang sudah dilakukan diatas, maka peneliti melakukan penelitian pengaruh serat simpul terhadap kekuatan uji tarik komposit serat ijuk menggunakan resin epoxy yang diharapkan lebih baik, lebih murah, dan didapatkan hasil kekuatan tarik yang lebih baik jika dibandingkan dengan komposit berpenguat serat yang lain.
1.2. Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui pengaruh serat simpul terhadap kekuatan tarik dari
komposit epoxy berpenguat serat ijuk dengan perbandingan 1 simpul, 3 simpul, dan 5 simpul.
2. Untuk mengetahui struktur ikatan matriks epoxy dan serat simpul melalui Photo Scanning Electron Microscope (SEM).
1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
2. Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat mengembangkan aspek ilmu pengetahuan tentang material teknik.
3. Bagi akademik, penelitian ini berguna sebagai referensi tentang komposit serat alam.
4. Dengan hasil yang dicapai maka akan bisa digunakan untuk memberikan sumbangsih khususnya komposit dengan penguat serat ijuk.
1.4. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah :
1. Bahan pengisi komposit sebagai specimen adalah serat ijuk serat simpul. 2. Serat ijuk yang digunakan adalah serat yang diasumsikan berpenampang
silinder dan berdiameter 0,3 mm.
3. Serat ijuk diberi perlakuan alkali NaOH 5% selama 2 jam kemudian di oven dengan suhu 800 C selama 15 menit.
4. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan pengamatan kegagalan komposit dengan Scanning Electron Microscope (SEM).
5. Resin yang digunakan adalah resin jenis thermoset, yaitu resin epoxy.
.
1.5. Sistematika Penulisan
I : PENDAHULUAN
Pada bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah, serta sisstematika penulisan laporan.
II : KAJIAN PUSTAKA
Pada bab ini berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik komposit unidirectional berpenguat serat ijuk dengan matriks epoxy. Dasar teori ini dijadikan sebagai penuntun untuk memecahkan masalah yang berbentuk uraian kualitatif atau model matematis.
III : METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam pelaksanaan penelitian yaitu tentang diagram alur penelitian, persiapan benda uji, pembuatan benda uji, serta pengujian mekanis komposit.
IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan tentang studi kasus yang diteliti yaitu uji tarik dan uji SEM kemudian dianalisa.
V : SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan literatur-literatur atau referensi-referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan laporan penelitian.
LAMPIRAN
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit
Didalam dunia industri kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti penggabungan atau pencampuran antara dua atau lebih bahan yang berbeda kemudian digabung menjadi satu. Bahan komposit terdiri dari dua fase yaitu matriks dan fasa terdispersi. Matriks berfungsi sebagai pengikat serat, sedangkan fasa terdispersi berupa serat. Serat inilah yang dapat menentukan karakteristik sifat mekanis dan fisis dari komposit yaitu kekuatan, kekakuan, keuletan, kelenturan, dan lain sebagainya. (Tata Surdia, 1992).
Komposit dan alloy memiliki perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila komposit digabung secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun matriksnya (komposit serat) sedangkan alloy atau paduan digabung secara mikroskopis sehingga tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya. (Jones, 1975).
menambah laju perambatan panas pada padatan dengan aliran yang mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.
Pada umumnya sifat-sifat komposit ditentukan oleh beberapa faktor antara lain : (a) jenis bahan-bahan penyusun, yaitu bahan serat yan akan digunakan seperti serat sabut kelapa, ijuk, serat nanas, serat pisang, dan lain-lain. (b) bentuk geometris dan struktur bahan penyusun, yaitu bentuk dari serat, setakan, dan struktur bahan-bahan penyusun dalam pembuatan material komposit. (c) rasio perbandingan bahan-bahan penyusun, yaitu perbandingan bahan yang akan digunakan untuk menghasilkan material komposit yang baru dan baik. (d) daya lekat antar bahan-bahan penyusun, merupakan kemampuan serat untuk saling mengikat antar bahan penyusunnya. (e) proses pembuatan, pada proses ini perlu diperhatikan langkah-langkah dalam membuat material baru sehingga diperoleh material yang baik dan sesuai dengan standar.
di dalam larutan alkali (5% NaOH) selama 0, 2, 4, dan 6 jam. Selanjutnya, serat tersebut dicuci menggunakan air bersih dan dikeringkan secara alami.
Matrik yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN dengan hardner MEKPO 1%. Komposit dibuat dengan metode cetak tekan pada Vf = 35%. Semua spesimen dilakukan post cure pada suhu 62oC selama 4 jam. Spesimen uji tarik dibuat mengacu pada standar ASTM D-638. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik dan perpanjangan diukur dengan menggunakan extensometer. Penampang patahan diselidiki untuk mengidentifikasi mekanisme perpatahannya. Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa kekuatan dan regangan tarik komposit memiliki harga optimum untuk perlakuan serat 2 jam, yaitu 190.27 MPa dan 0.44%. Komposit yang diperkuat serat yang dikenai perlakuan 6 jam memiliki kekuatan terendah. Penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan selama 0 jam, 2 jam, dan 4 jam diklasifikasikan sebagai jenis patah slitting in multiple area. Sebaliknya, penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 6 jam memiliki jenis patah tunggal.
Kuncoro Diharjo menyimpulkan bahwa komposit yang diperkuat serat rami dengan perlakuan 5% NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik dan regangan terbesar, yaitu σ = 190.27 MPa dan ε = 0.44%. Semakin lama perlakuan serat
selama 2 jam dapat diklasifikasikan sebagai jenis patah banyak (splitting in multiple area). Penampang patahan komposit yang diperkuat serat rami tanpa perlakuan didominasi perilaku kegagalan fiber pull out. Namun pada komposit yang diperkuat serat dengan perlakuan 5% NaOH, penampang patahannya mengindikasikan tanpa adanya fiber pull out. (Diharjo, 2006).
Penelitian yang berjudul Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami Epoxy Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik mekanik komposit serat alam khususnya serat rami dengan matriks epoxy yang akan diaplikasikan sebagai bahan alternatif pada desain soket prostesis. Pengujian komposit lamina serat rami epoxy mengacu standar American Society for Testing Material (ASTM) D 3039/D 3039M untuk pengujian tarik dan ASTM D 4255/D 4255M-83 untuk pengujian geser.
Serat rami yang digunakan adalah serat kontinyu dengan kode produksi 100% Ne 14’S, menggunakan matriks berupa Epoxy Resin Bakelite EPR 174 dan Epoxy
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa komposit lamina serat rami epoxy berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai material alternatif dalam pembuatan soket prostesis atas lutut pada fraksi volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik komposit lamina serat rami epoxy longitudinal pada fraksi volume serat 40% yaitu tegangan tarik 232 MPa dan modulus elastisitas 9,7 GPa, sedangkan pada fraksi volume serat 50% tegangan tarik 260 MPa dan modulus elastisitas 11,23 GPa. Harga ini masih lebih besar dibandingkan dengan harga referensi pada penelitian ini, yaitu bahan polimer yang diaplikasikan di bidang kesehatan dengan harga minimal kekuatan tarik 80 MPa dan modulus elastisitas 3 GPa.
Modus kegagalan yang terjadi pada komposit lamina rami epoxy meliputi brittle failure (getas) untuk fraksi volume serat 10%-30%, bonding dan deleminasi fraksi volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik komposit lamina rami epoxy memenuhi persyaratan sebagai bahan soket prostesis, mengacu pada Standard ISO: plastic/polymer for health application. (Soemardi, 2009)
nanas-nanasan kontinyu. Kekuatan impak komposit dengan kandungan serat 34,44% dan 39,85% sama, yaitu sebesar 0,0046 J/mm2.
Hasil ini menunjukkan bahwa kekuatan impak komposit optimum pada fraksi volume sekitar 35%. Karakteristik patahan komposit adalah hinge break, dan fiber pull out. Pada fraksi volume 39,85% penampang patah berbentuk patah banyak. (Totok Suwanda, 2010).
Pada penelitian yang telah dilakukan Sugiyanto dengan judul Kekuatan Ikat (bonding) antara Serat Ijuk dengan Epoxy pada Komposit Ijuk dengan tujuan untuk mengetahui kekuatan ikat antara serat dengan matrik pada semua spesimen uji dimana pembuatan komposit menggunakan serat ijuk dengan diameter (0,25– 0,35 mm), (0,36–0,45 mm) dan (0,46–0,55 mm). Pada penelitian tersebut didapatkan komposit menggunakan serat ijuk dengan diameter 0,3 mm memiliki kekuatan bonding lebih kuat. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil diameter serat ijuk maka semakin kuat kekuatan ikatannya. (Sugiyanto, 2014)
2.2. Klasifikasi Komposit
Gambar 1. Komposit Dengan Unsur-Unsur Penyusun Yang Berbeda-Beda (Gibson, 1994).
Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka komposit dapat dibedakan atas beberapa bagian antara lain :
a. Komposit Serat (Fibrous Composites Material)
Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan dasar) yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin sabagai bahan perekat.
Gambar 2. Komposit Serat (Gibson, 1994)
aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak (chopped strand mat) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
b. Komposit Lapis (Laminated Compossite Materials)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat sendiri.
Gambar 3. Laminated Composites (Gibson, 1994)
1) Bimetal
Adalah lapis dari dua buah logam yang mempunyai koefisien ekspansi termal yang berbeda. Bimetal akan melangkung dengan seiring berubahnya suhu sesuai dengan perancangan, sehingga jenis ini sangat cocok dengan alat ukur suhu.
2) Pelapisan Logam
Adalah pelapisan yang dilakukan antara logam yang satu dengan yang lainnya dengan tujuan untuk mendapatkan sifat terbaik dari keduanya. 3) Kaca Yang Dilapisi
Konsep ini sama dengan pelapisan logam, kaca yang dilapisi akan lebih tahan terhadap cuaca.
4) Komposit Lapis Serat
Dalam hal ini lapisan dibentuk dari komposit serat dan disusun dalam berbagai orientasi serat. Komposit jemis ini biasa dipakai pada panel sayap pesawat dan badan pesawat.
c. Komposit Partikel (Particulate Composites Materials)
berbeda. Partikelnya bisa logam atau non logam seperti halnya matriks. Selain itu adapula polimer yang mengandung partikel yang hanya dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan untuk kepentingan sebagai bahan penguat.
Gambar 4. Komposit Partikel (Gibson, 1994)
diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida.
2.3. Tipe Komposit Serat
Berdasarkan penempatannya terdapat bebarapa jenis serat pada komposit, yaitu : a. Continous Fibre Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.
Gambar 5. Continous Fiber Composite (Gibson, 1994)
b. Woven Fibre Composite (Bi-Rectional)
Gambar 6. Woven Fibre Composite (Bi-Rectional) (Gibson, 1994).
c. Discountinous Fibre Composite
Discontinous fibre composite adalah tipe serat pendek. Komposit yang diperkuat oleh serat pendek pada umunya menggunakan resin sebagai matriksnya. Dalam pembuatan komposit serat pendek ini dipotong-potong pendek 20-100 mm panjangnya. Tipe ini dibagi menjadi tiga macam yaitu :
1. Aligned Discontinuous Fibre, yaitu untuk mendapatkan komposit jenis ini digunakan teknik yang berbeda dengan terorientasi acak, yaitu lay up. Metode ini khusus digunakan cetak suntik (injection moulding) dan proses ektruksi.
3. Randomly Oriented Continous Fibre, yaitu pembuatan komposit jenis ini dilakukan dengan teknik hand lay up. Ukuran serat dapat dipilih untuk mendapatkan perbedaan jumlah penyebaran serat selama pencetakan
(1) (2) (3)
Gambar 7. Tipe Discountinous Fibre Composite (Gibson, 1994).
4. Hybrid Fibre Continuous
Hybrid fibre continous merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dan serat acak. Tipe ini digunakan untuk supaya dapat mengganti dari kekurangan sifat kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
2.4. Faktor yang Mempengaruhi Sifat-Sifat Mekanik Komposit
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi performa komposit, baik dari faktor serat penyusunnya, maupun faktor matriksnya, yaitu:
1. Faktor Serat a. Letak Serat
a) One Dimensional Reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.
b) Two Dimensional Reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing arah orientasi serat.
c) Three Dimensional Reinforcement, mempunyai sifat isotropic, kekuatannya lebih tinggi disbanding dengan dua tipe sebelumnya. b. Panjang Serat
Serat panjang lebih kuat dibandingkan dengan serat pendek. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.
c. Bentuk Serat
2. Faktor Matriks
Matriks sangat berpengaruh dalam mempengaruhi performa komposit. Tergantung dari matriks jenis apa yang dipakainya, dan untuk tujuan apa dalam pemakaian matriks tersebut.
3. Katalis
Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.
2.5. Kelebihan Dan Kekurangan Material Komposit
Material komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanik, fisik dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini:
a. Sifat Mekanik dan Fisik
b. Biaya
Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, proses pembuatan, upah tenaga kerja, dan sebagainya.
Selain kelebihan yang dimiliki, komposit juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain :
1. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) jika dibandingkan dengan metal
2. Kurang elastic
3. Lebih sulit dibentuk secara plastis
2.6. Serat Alam Dan Serat Sintetis
Tabel 1. Klasifikasi Serat/ Serat Tekstil (Surdia, dkk.1999).
NO Serat Jenis
1. Serat kimia atau serat buatan
Serat regenerasi Serat sintesis Serat anorganik
2. Serat alam
Serat tumbuhan Serat binatang
Serat galian atau asbes
Gambar 9. Klasifikasi Jenis Serat Alam (Thi Thu Loan, 2006).
Macam- macam jenis serat diantaranya adalah sebagai berikut: a. Serat Asbestos,
serat ini dibagi menjadi 2, yaitu :(a). Crhysotile asbestos (serat asbestos putih) mempunyai rumus kimia 3MgO.2SiO2.H2O dan merupakan mineral
yang tersedia cukup banyak di alam. Serat ini mempunyai diameter minimum 0,001 m. Ditinjau dari segi kekuatannya cukup baik, tetapi serat ini jarang tersedia di pasaran umum sehingga menjadikan kurang banyak digunakan sebagai bahan tambahnya. Crhysotile asbestos mempunyai rumus kimia Na2O, Fe2O3,3FeO.8SiO2.H2O.
Bahan Penguat Serat
Serat Alam Non Wood Serat Alam Wood
Serat Jerami Kulit Pohon Daun Serat Rumput Biji
Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi sekitar 3500. (b) Mpa dan cukup banyak di Kanada, Afrika Selatan dan Rusia. Hambatan jarang dipakainya serat ini adalah sulit didapatkan di setiap Negara sehingga harganya relatif mahal, disamping itu beberapa tahun belakangan ini banyak pendapat tentang bahaya serat ini terhadap kesehatan manusia, serat ini dianggap sebagai salah satu penyebab penyakit kanker (karsirorganik). b. Serat Kaca
c. Serat Baja (Steel Fiber)
Serat baja mempunyai banyak kelebihan diantaranya : mempunyai kuat tarik dan modulus elastisitas yang cukup tinggi, tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh sifat alkali semen. Penambahan serat baja pada beton akan menaikkan kuat tarik, kuat lentur, dan kuat impak. Sedangkan kelemahan serat baja adalah apabila serat baja tidak terlindung dalam beton akan mudah terjadi karat (korosi), adanya kecenderungan serat baja tidak menyebar secara merata dalam adukan dan serat baja hasil produki pabrik harganya cukup mahal.
d. Serat Karbon
Serat karbon mempunyai beberapa kelebihan yaitu tahan terhadap lingkungan agresif, stail pada suhu yang tinggi, tahan terhadap abrasi, relatif kaku dan lebih tahan lama. Tetapi penyebaran serat karbon dalam adukan beton lebih sulit dibandingkan dengan serat jenis lain.
e. Serat Polypropylene
f. Serat Polyethylene
Serat polyethylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali tambang plastic. Serat polyethylene ini hampir sama dengan serat polypropylene hanya bentuknya berupa serat tunggal.
g. Serat Alami
Ada bermacam-macam serat alami antara lain; abaca, sisal, jute, ramie, ijuk, serat sabut kelapa, pisang, dan lain-lain. Serat ijuk yaitu berwarna hitam dan liat yang terdapat pada bagian pangkal pelepah daun pohon aren. Pohon aren menghasilkan ijuk pada 4-5 tahun terakhir. Serat ijuk yang memuaskan diperoleh dari pohon yang sudah tua, tetapi sebelum tandan (bakal) buah muncul (sekitar umur 4 tahun), karena saat tandan bakal buah muncul ijuk menjadi kecil-kecil dan jelek. (Evi Cristiani, 2008).
2.7. Serat Ijuk
Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serat alam lainnya. Serat berwarna hitam yang dihasilkan dari pohon aren memilki banyak keistimewaan diantaranya:
a. Tahan lama hingga ratusan bahkan ribuan tahun lebih, Bahwa serat ijuk aren mampu bertahan hingga ribuan tahun lebih dan tidak mudah terurai.
pengolahan dari serat ijuk adalah tali ijuk yang telah digunakan oleh nenek moyang kita untuk mengikat berbagai peralatan nelayan laut.
c. Mencegah penembusan rayap tanah.
Serat ijuk aren sering digunakan sebagai bahan pembungkus pangkal kayu-kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk memperlambat pelapukan kayu dan mencegah serangan rayap. (Widodo, 2007).
Serat merupakan salah satu material rancang bangun paling tua. Jute, flax, dan hemp telah digunakan untuk menghasilkan produk seperti tali tambang, jaring, cordage, water hose dan container sejak dahulu kala. Serat tumbuhan dan binatang masih banyak digunakan untuk felts, kertas, sikat tau kain tebal.
Tabel 2. Sifat Mekanik Dari Beberapa Jenis Serat (Dieter, 2003)
Cotton Flax Jute Kenaf E-Glass Ramie Sisal
Diameter (mm) - 11-33 200 200 5-25 40-80 50-200
Panjang (mm) 10-60 10-40 1-5 2-6 - 60-260
Kekuatan Tarik
gelas juga menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika serat gelas didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti serat gelas tersebut. Dalam industri manufaktur dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat yang khusus dan khas yang sulit didapat dari material lain seperti logam.
Gambar 10. Serat Ijuk
2.8. Metode Pengekstrakan Serat Ijuk
Tahap awal pengekstrakannya yaitu dengan memotong pangkal pelepah-pelepah daun, kemudian ijuk yang bentuknya berupa lempengan anyaman ijuk itu lepas dengan menggunakan parang dari tempat ijuk itu menempel. Lempengan- lempengan anyaman ijuk yang baru dilepas dari pohon aren masih mengandung lidi-lidi ijuk. Lidi-lidi ijuk dapat dipisahkan dari serat-serat ijuk dengan menggunakan tangan. Untuk membersihkan serat ijuk dari berbagai kotoran dan ukuran serat ijuk yang besar, digunakan sisir kawat.
2.9. Perlakuan Alkali
Serat alami adalah hydrophilic, yaitu suka terhadap air berbeda dari polimer yang hydrophilic. Pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami hydropholic serat dapat memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal.
Perlakuan alkali (KOH, LiOH, NaOH) terhadap serat dilakukan untuk memisahkan lignin dan kontaminan yang terkandung di dalam serat, sehingga didapat serat yang lebih bersih. Reaksi dari perlakuan alkali terhadap serat adalah:
Fiber – OH + NaOH Fiber – O-NA+ + H2O
NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut dalam air dan termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna. Menurut teori Arrhenius basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion OH negative dan ion postif. Larutan basa memiliki rasa pahit, dan jika mengenai tangan terasa licin (seperti sabun). Sifat licin terhadap kulit itu disebut sifat kaustik basa.
menyebutkan bahwa perlakuan alkali meningkatkan kekuatan rekat antara serat dengan matrik. Kekuatan tarik disebutkan mengalami peningkatan sbesar 5%. Dibandingkan alkali lain seperti KOH dn LiOh, perlakuan alkali NaOH adalah yang paling baik. Penelitian menyatakan bahwa Na+ memiliki diameter partikel yang sangat kecil dimana dapat masuk ke pori terkecil serat dan masuk ke dalamnya sehingga dapat melepaskan minyak dan kontaminan lebih baik.
2.10. Polimer Sebagai Matrik
Matriks adalah bahan/material yang dipergunakan sebagai bahan pengikat bahan pengisi namun tidak mengalami reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara umum, matriks berfungsi sebagai : (a). Pelindung komposit dari kerusakan-kerusakan, baik kerusakan secara mekanis maupun kimia. (b). Untuk mentransfer beban dari luar ke bahan pengisi (c). Untuk mengikat bahan pengisi
Elastomer merupakan jenis polimer dengan elastisitas tinggi (d). Polimer Natural seperti selulosa dan protein dimana bahan dasar yang terbuat dari tumbuhan dan hewan.
Resin adalah polimer dalam komposit sebagai matrik, yang mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi. Resin thermoset adalah tipe system matrik yang paling umum dipakai sebagai material komposit. Mereka menjadi popular penggunaanya dalam komposit dengan sejumlah alasan, mempunyai kekuatan leleh yang cukup rendah, kemampuan interaksi dengan serat yang bagus dan membutuhkan suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu juga mempunyai harga yang lebih rendah daripada resin thermoplastis.
( Michael, H.W., 1998)
2.11. Resin Epoxy
(Teta). Ketika senyawa ini dicampur bersama, kelompok amina bereaksi dengan kelompok epoksida untuk membentuk ikatan kovalen. Setiap kelompok NH dapat bereaksi dengan kelompok epoksida, sehingga polimer yang dihasilkan sangat silang, dan dengan demikian kaku dan kuat. Proses polimerisasi disebut "curing", dan dapat dikontrol melalui suhu, pilihan senyawa resin dan pengeras, dan rasio kata senyawanya; proses dapat mengambil menit untuk jam.
Reaksi curing pada sistem resin epoxy secara eksotermis, berarti dilepaskan sejumlah kalor pada proses curing berlangsung. Laju kecepatan proses curing bergantung pada temperatur ruang. Untuk kenaikan temperatur 10oC, maka laju kecepatan curing akan menjadi dua kali lebih cepat, sedangkan untuk penurunan temperaturnya dengan besar yang sama, maka laju kecepatan curing akan turun menjadi setengah dari laju kecepatan curing sebelumnya.
menyesuaikan sifat mekaniknya. Sifat mekanik sangat banyak dimodifikasi sifatnya, baik dari sisi kekuatan, kekenyalan, keuletan, sampai kearah sobekan. Selain sifat tersebut epoxy jg memiliki ulet, elastis, tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan kimia dan mempunyai dimensi yang lebih stabil . Epoxy bila diberi bahan penguat komposit epoxy mempunyai kekuatan lebih baik dari dibanding resin lain. ( Michael, H.W., 1998).
Gambar 11. Reaksi Antara Bisfenol A Dan Epiklorohidrin (Michael, H.W., 1998).
Pembuatan dari jaringan epoxy yang sangat bagus dengan cara menambahkan katalis yang akan bereaksi dengan baik dengan struktur jaringan, maka kemampuan mekanik dari epoxy tergantung dari tipe katalis yang digunakan. Resin epoxy mengandung struktur epoxy atau oxirene. Resin ini berbentuk cairan kental atau hampir padat, yang digunakan untuk material ketika hendak dikeraskan.
Tabel 3 . Spesifikasi Matriks Epoksi. (Surdia, 1992).
Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal
Massa Jenis Gram/cm³ 1,17
Penyerapan air (suhu ruang) °C 0,2
Kekuatan tarik Kgf/mm² 5,95
Kekuatan tekan Kgf/mm² 14
Kekuatan lentur Kgf/mm² 12
2.12. Karakteristik Material Komposit
Salah satu faktor yang sangat penting dalam menentukan karakteristik material komposit adalah perbandingan antara matriks dengan serat. Sebelum melakukan proses pencetakan komposit, terlebih dahulu dilakukan perhitungan perbandingan keduanya.
Dalam menentukan perbandingan antara komponen matriks dengan serat (pengisi) material komposit ini biasanya dilakukan dengan menggunaka dua metode, yaitu:
a. Metode Fraksi Massa
Metode ini digunakan jika massa komponen matriks dan pengisi material komposit tidak jauh berbeda atau serat yang dipakai cukup berat. Untuk menghitung perbandingan massa digunaka persamaan sebagai berikut:
1. Massa Komposit
Mc = mf + mm……….. (1)
2. Massa Serat Komposit
Mfc = ... (2)
3. Massa Matriks Komposit
Dimana Mc = massa komposit (gr), Mfc = massa serat komposit (gr), Mmc =
massa matriks komposit (gr), mf = massa serat (gr), fm = fraksi massa (%),
mm = massa matriks (gr).
b. Metode Fraksi Volume
Metode ini digunakan apabila berat antara komponen matriks dan penguat (serat) material komposit jauh berbeda. Fraksi volume dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
1. Massa Komposit
Massa komposit dapat dihitung dengan persamaan berikut
Mc = mf + mm………..……….. (4)
2.13. Pengujian Tarik
Kekuatan tarik (ultimate tensile strength) merupakan salah satu sifat penting suatu material. Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu material untuk menahan beban tarik. Hal ini dapat diukur dari beban atau gaya maksimum berbanding terbalik dengan luas penampang bahan uji dan memiliki satuan Mega Pascal (MPa), N/mm2, Kgf/mm2, atau Psi. (Supardi, 1994).
Uji tarik dilakukan dengan cara memberikan beban pada kedua ujung spesimen uji yang ditingkatkan secara perlahan-lahan hingga spesimen uji tersebut putus. Dengan pengujian ini dapat diketahui kekuatan tarik, beban luluh (mulur), modulus elastisitas (modulus young) tegangan, pengurangan luas penampang, dan pertambahan panjang.
Tujuan dari dilakukan pengujian tarik adalah untuk mengetahui material tersebut liat atau tidak dengan mengukur perpanjanganya, untuk mengetahui tegangan dan regangan dari papan partikel yang telah dibuat. Hasil dari pengujian tersebut adalah grafik beban terhadap perpanjangan (elongasi).
Tegangan
σ = ……….... (8)
Regangan
Modulus Elastisitas
E =
………..…. (10)
Dimana F = beban yang diberikan (N), A0 = luas penampang mula-mula (m2), L0
= panjang mula-mula, ΔL = pertambahan panjang (mm), σ = tegangan (MPa), ε = regangan (%), E = modulus elastisitas (GPa).
2.14. Kurva Tegangan-Regangan Komposit
Sebuah specimen uji tarik dikatakan elastis apabila diberikan beban, specimen meregang sesuai dengan beban. Efek ini disebut sifat elastis linier, jika beban ditiadakan spesimen kembali ke bentuk dan panjangnya semula. (Kalpakijan dkk, 2001).
Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) adalah tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum ditentukan dari beban maksimum dibagi dengan luas penampang lintang awal. (Yuwono,2009)
Jika spesimen diberi beban diluar dari kekuatan tarik maksimumnya, maka akan terjadi necking. Sepanjang daerah necking luas daerah specimen tidak lagi seragam panjangnya dan lebih kecil pada daerah necking. Ketika pengujian diteruskan maka tegangan teknik akan turun dan specimen akan mengalami perpatahan di daerah necking. Tegangan teknik saat terjadi patah disebut sebagai tegangan patah atau tegangan putus. (Kalpakijan dkk, 2001)
Pada kurva tegangan-regangan komposit yang ditunjukkan oleh gambar 2.12 dibawah ini dapat dijelaskan bahwa pada titik O-A komposit (fiber dan matriks) mengalami deformasi elastis, yaitu perubahan bentuk dimana fiber dan matriks masih dapat kembali ke bentuk semula, pada titik A-B komposit mengalami deformasi plastis (perubahan bentuk secara permanen) dimana fiber masih mengalami fase elastis sedangkan matriksnya sudah tidak elastis.
Gambar 12 . Kurva tegangan-regangan
2.15. Scanning Electrone Microscope (SEM)
Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengamati serat didalam matriks bersama dengan beberapa sifat ikatan antara matriks dengan serat penguatnya. Cara untuk mendapatkan struktur mikro dengan membaca berkas elektron, didalam SEM berkas elektron berupa noda kecil yang umumnya 1µm pada permukaan spesimen diteliti berulang kali.
Gambar 13. Contoh Foto Scanning Electrone Microscope (SEM) (Adhan, 2013)
Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut:
a. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.
b. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.
c. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai.
Gambar 14. Spesimen untuk pengamatan dengan SEM
Keterangan gambar :
P : Panjang spesimen uji (mm) t : Tinggi spesimen uji (mm) l : Lebar Spesimen uji (mm)
p
III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Tempat pelaksanaan penelitian sebagai berikut:
1. Persiapan dan perlakuan serat ijuk di Laboratorium Material Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.
2. Pengujian kekuatan tarik di Institute Teknologi Bandung (ITB), Jawa Barat. 3. Pengamatan melalui Scanning Electron Microscope di Pusat Penelitian dan
Pengembangan Geologi Kelautan (P3GL) Bandung, Jawa Barat.
3.2. Bahan Yang Digunakan
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a. Air biasa.
b. Air aquades, berfungsi untuk menghilangkan kotoran atau debu yang menempel pada ijuk.
c. Resin epoxy, yang berfungsi sebagai matrik dalam komposit.
e. Serat ijuk sebagai bahan penguat komposit.
f. Mirror glaze digunakan untuk melapisi antara cetakan dengan komposit, sehingga komposit mudah untuk dilepaskan dari cetakan.
g. Larutan alkali 5% NaOH, untuk menghilangkan lapisan yang menyerupai lilin dipermukaan serat seperti lignin, hemiselulosa, dan kotoran lainnya.
3.3. Alat Yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu a. Cetakan terbuat dari bahan acrilic 3mm.
Gambar 15. Papan acrylic 3mm untuk membuat cetakan spesimen b. Inkubator.
c. Mesin uji tarik statis untuk menguji sifat mekanik koposit berpenguat serat ijuk.
Gambar 17. Alat uji tarik di ITB Bandung d. Scanning Electron Microscope (SEM) JEOL JSM-6360LA.
Gambar 18. Alat uji SEM di PPPGL Bandung
e. Tungku pemanas/oven, untuk menghilangkan kadar air pada serat ijuk.
f. .Lem Korea
Gambar 20. Lem korea untuk menyatukan papan cetakan g. Gergaji Besi
Gambar 21. Gergaji tangan untuk memotong papan acrylic h. Gelas Ukur
Gambar 22. Gelas ukur untuk menakar jumlah resin dan hardener 1:1. i. Batang Pengaduk
j. Alat bantu lain yang digunakan cutter, gunting, spidol, penggaris, palu, pahat dan penjepit kertas.
3.4. Prosedur Penelitian
Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu:
1. Survey Lapangan dan Studi Literatur
Pada penelitian ini, proses yang dilakukan adalah dengan mengumpulkan data awal sebagai Studi literatur. Studi literatur bertujuan untuk mengenal masalah yang dihadapi, serta untuk menyusun rencana kerja yang akan dilakukan. Pada study awal dilakukan langkah-langkah seperti survey lapangan yang berhubungan dengan penelitian yang ingin dilakukan serta mengambil data-data penelitian yang sudah ada sebagai pembanding terhadap hasil pengujian yang akan dianalisa.
2. Melakukan Persiapan Serat Ijuk
Serat yang digunakan pada penelitian ini yaitu serat ijuk dari pohon aren. Langkah-langkah dalam persiapan serat ijuk ini adalah:
a. Pilih serat ijuk berdiameter 0,3 mm yang akan digunakan, dengan menggunakan mikrometer sekrup.
kemudian membuat simpul dari ijuk tersebut, lalu rendam didalam larutan alkali (5% NaOH) selama 2 jam.
c. Mencuci kembali dengan aquades.
d. Serat ijuk dipanaskan dengan menggunakan oven atau tungku pemanas selama 15 menit, dengan temperatur 80oC sebelum di jadikan spesimen. e. Serat ijuk yang telah kering dipotong-potong dengan ukuran panjang 10 cm. f. Serat ijuk yang telah dipotong kemudian disimpul dimana perbandingannya
1 simpul, 3 simpul, dan 5 simpul.
g. Mempersiapkan resin epoxy berikut dengan hardener (katalis). h. Mempersiapkan cetakan acrilyc.
i. Membersihkan cetakan menggunakan aseton atau ethanol. j. Pengolesan mirror galze pada cetakan.
3. Proses Pencetakan Specimen Uji (Komposit)
Proses pembuatan komposit dilakukan dengan matrik epoxy. Langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut:
a. Alat pencetak dibersihkan dengan kuas yang telah dibasahi mirror glaze secara merata agar komposit tidak menempel pada cetakan.
b. Cetakan terbuat dari acrilic 3 mm.
c. Menyiapkan serat ijuk yang telah dikeringkan dan disimpul dengan perbandingan 1 simpul, 3 simpul, dan 5 simpul.
e. Resin Epoxy dicampurkan dengan katalis dengan perbandingan 1 : 1 pada gelas ukur dan mengaduk nya sampai berwarna kuning kecoklatan
f. Kemudian menuangkan resin yang telah diaduk ke dalam cetakan secara perlahan-lahan hingga penuh.
g. Proses pengeringan dilakukan sampai benar-benar kering spesimennya selama ± 9 jam.
h. Proses pengambilan komposit dari cetakan yaitu menggunakan pisau atau cutter.
i. Spesimen uji komposit siap untuk dipotong menjadi spesimen benda uji. j. Proses pembentukan spesimen dengan cara pembubutan menggunakan
mesin bubut.
Gambar 24. Spesimen sampel pengujian tarik standar C-881.
4. Proses Pembuatan Spesimen SEM
Pembuatan spesimen ini dilakukan setelah spesimen di uji tarik, cara pembuatan spesimen sebagai berikut:
b. Gerinda spesimen tersebut.
c. Ukuran yang dibuat sesuai dengan bentuk kubus dengan panjang tiap sisi nya sebesar 5 mm.
d. Potong spesimen tersebut dengan menggunakan gergaji besi. e. Spesimen untuk pengamatan SEM siap untuk di ambil sampel.
5. Pengujian Komposit
Setelah spesimen uji selesai dibuat, dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini yaitu:
1. Uji Tarik
Tabel 4. Pengujian Tarik Spesimen
Simpul σ ε
(MPa) (%)
1A
1 1B
1C
rata-rata
3A
3 3B
3C
rata-rata
5A
5 5B
5C
rata-rata
Keterangan :
σ : Tegangan tarik (MPa)
Pengujian ini dilakukan dengan mesin uji “Universal Testing Machine (UTM)”, seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 25. Skema Alat Pengujian Tarik Dengan UTM
Langkah-langkah pengujian tarik dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a) Pengukuran spesimen uji meliputi panjang daerah cekam, panjang
daerah uji, lebar daerah uji dan tebal daerah uji. b) Menghidupkan mesin uji tarik yang digunakan
c) Memastikan tekanan udara (pneumatic) untuk beban maksimum yang diperlukan terpenuhi.
d) Pemasangan pencekam (gripp holder)
e) Memastikan data spesimen uji yang telah diukur pada komputer dan menetapkan kecepatan pengujian.
g) Pemasangan spesimen uji, dan memastikan tercekam dengan sempurna (kuat).
h) Jalankan mesin uji tarik
i) Setalah patah, hentikan proses penarikan secepatnya. j) Ambil hasil rekaman mesin plotter dari proses penarikan. k) Pengolahan data-data hasil uji kekuatan tarik.
2. Pembuatan Spesimen Scanning Electron Microscope (SEM).
Pembuatan spesimen ini dilakukan setelah spesimen diteliti dengan menggunakan mikroskop optik, cara pembuatan spesimen sebagai berikut :
1) Proses Coating
a) Spesimen dipotong berbentuk kubus dekat dengan patahan dengan ukuran 10mm x 10mm.
b) Spesimen ditempel dengan dudukan sampel (holder).
c) Diberikan lapisan cairan pasta perak (dotite) untuk menghantarkan arus lisrik.
d) Pemasangan spesimen pada cawan SEM dengan menggunakan pita karbon (carbon tape).
e) Pelapisan sisi-sisi spesimen uji dengan carbon ink untuk membantu konduktifitas spesimen uji.
f) Proses pelapisan permukaan spesimen uji dengan platina (coathing/sputtering) dengan mesin auto coather.
h) Penempatan spesimen pada tabung SEM dan dilanjutkan dengan pengambilan gambar SEM.
i) Pencetakan hasil atau gambar SEM yang telah diambil.
3. Pengamatan Dengan SEM Patahan
Prosedur pengamatan dengan SEM untuk patahan uji kekuatan tarik adalah lanjutan dari proses coating. Spesimen yang telah di coating lalu dimasukkan pada wadah dudukan spesimen. Setelah itu dimasukkan kedalam alat uji SEM dan siap untuk di cari pusat patahannya. Pengamatan uji SEM yang dilakukan adahal hasil perpatahan spesimen uji tarik yang paling tinggi tegangannya dan hasil uji tarik yang paling rendah tegangannya.
4. Jumlah Spesimen Uji
Spesimen uji untuk serat ijuk ini sebanyak 9 sampel, tiap jenis kompositnya ada 3 sampel dengan uji tarik untuk tiap perbandingan simpul dengan serat ijuk.
Tabel 5. Jumlah Spesimen Yang Akan Diuji
3.5. Alur Proses Pengujian
Gambar 26. Alur Proses Pengujian Mulai
Pemilahan Serat Ijuk (ø 0,3 mm)
Perlakuan Alkali
Pembuatan Spesimen C881
Pengujian
Uji Tarik Uji SEM
Pengolahan Data
V. SIMPULAN DAN SARAN
5.1Simpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa yang telah dilakukan dalam penelitian ini, maka didapatkan beberapa simpulan sebagai berikut:
1. Berdasarkan rata-rata kekuatan tarik antar spesimen, spesimen serat 1 simpul menghasilkan kekuatan tarik sebesar 29,52 MPa, spesimen serat 3 simpul menghasilkan kekuatan tarik sebesar 32,59 MPa, dan spesimen serat 5 simpul menghasilkan kekuatan tarik sebesar 41,17 MPa.
2. Berdasarkan rata-rata regangan antar spesimen, spesimen serat 1 simpul menghasilkan regangan sebesar 2.60 %, spesimen serat 3 simpul menghasilkan regangan sebesar 3.02 %, dan spesimen serat 5 simpul menghasilkan regangan sebesar 4.18 %.
5.2Saran
DAFTAR PUSTAKA
Adhan Reza, 2013. Kekuatan Impact Komposit Epoxy Berpenguat Serat Ijuk (Arenga Pinnata Merr). Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Christiani, Evi. 2008. Tesis, Karakteristik Ijuk Pada Papan Komposit Ijuk Serat Pendek Sebagai Perisai Radiasi Neutron. Sumatera Utara.
Diharjo, Kuncoro. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester. Universitas Negeri Sebelas Maret. Surakarta.
Doan, Thi Thu Loan. 2006. Investigation Of Jute Fibers And Their Composites Based On Polypropylene And Epoxy Matrices. Desertasi. Vietnam : Fakultat Maschinen Wesen Der Technichsen Universitat Dresden.
Gibson, 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New York: Mc Graw Hill,Inc.
Hadi, B.K. 2001. Mekanika Struktur Komposit. Departemen Pendidikan Nasional. Bandung.
Hariyanto, A. 2009. Pengaruh fraksi volume Komposit Serat Kenaf dan Serat Rayon Bermatrik Ploiester terhadap Kekuatan Tarik dan Impak. Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Mahmuda, Efri. 2013. Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat Mekanik Dan Fisik Komposit Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matrik Epoxy. Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Michael, H.W., 1998, Stress and Analysis of Fiber Rein Forced Composite Material, Mc Graw Hill International Edition.
Nur Rahman, dkk. 2011. Pengaruh Fraksi Volume Serat Terhadap Sifat-Sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu Dengan Matrik Poliester. Jakarta.
Soemardi, Tresna P. Kusumaningsih, Widjajalaksmi. Irawan, Agustinus Purna. 2009. Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis. Universitas Indonesia. Depok.
Sugiyanto. 2014. Kekuatan Ikat (Bonding) Antara Serat Ijuk Dengan Epoxy Pada Komposit Ijuk. Fakultas Teknik. Universitas Lampung.
Surdia,Tata dkk, S.1992. Pengetahuan Bahan Teknik Cet.2. Pradnya Paramitha. Jakarta .
Suwanda, Totok. 2010. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Peningkatan Kekuatan Impak Komposit Berpenguat Serat Nanas-Nanasan (Bromeliaceae) Kontinyu Searah dengan Matrik Unsaturated Polyester. Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Widodo, B., 2007. Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi Dengan Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random). Institut Teknologi Nasional. Malang.
Yuwono, Akhmad Herman. 2009. Buku Panduan Karakteristik Material I Pengujian Merusak (Destructive Testing). Departemen Metalurgi Dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Jakarta
