ABSTRAK
KEKUATAN IKAT (BONDING) ANTARA SERAT IJUK DENGAN
EPOXY PADA KOMPOSIT IJUK/ EPOXY
Oleh
Sugiyanto
Penggunaan komposit semakin berkembang, baik dari segi penggunaan, maupun
teknologinya. Penggunaannya tidak terbatas pada bidang otomotif saja, namun
sekarang sudah merambah ke bidang-bidang lain seperti rumah tangga dan
industri. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan ikat
(bonding) antara serat ijuk dengan epoxy, dimana ketika ikatan yang terjadi antara
serat ijuk dengan epoxy bagus maka kemampuan bahan material untuk menahan beban yang ditahan semakin besar.
Pada penelitian ini, pengekstrakan serat ijuk menggunakan sisir kawat yang
berfungsi memisahkan serat ijuk dari pelepahnya. Lalu dilakukan pemilihan serat
yang berdiameter 0,25 – 0,35 mm, 0,36 – 0,45 mm, 0,46 – 0,55 mm dengan menggunakan mikrometer sekrup. Kemudian serat ijuk direndam dalam larutan
NaOH 5% selama 2 jam, setelah itu serat ijuk dipanaskan menggunakan
microwave selama 15 menit dengan suhu sebesar 800C.
Dari hasil pengujian dan analisa menunjukkan bahwa beban yang dapat ditahan
oleh komposit dengan beban tertinggi pada komposit yang memiliki serat
berdiameter 0,25 – 0,35 mm dan beban terendah yang dapat ditahan oleh komposit terdapat pada komposit dengan serat berdiameter 0,46 – 0,55 mm. Hal tersebut terjadi karena dengan semakin besar diameter serat, pori-pori pada serat
juga semakin besar, sehingga kekuatan mekanik dari serat akan semakin kecil.
Mekanisme kegagalan pada komposit diawali dengan adanya retak pada matriks,
kemudian akan terjadi lepasnyanya ikatan antara matriks dengan serat atau yang
disebut dengan debonding, setelah itu komposit akan mengalami fiber pull out dan
serat patah menyebabkan gagalnya komposit. Kegagalan komposit dipengaruhi
oleh Debonding yang terjadi, dimana Semakin banyak debonding yang terjadi maka semakin rendah kekuatan kompositnya.
ABSTRACT
BONDING PROPERTY BETWEEN SUGAR PALM FIBER (ARENGA
PINNATA MERR) AND EPOXY OF EPOXY COMPOSITE
By
Sugiyanto
Composites development is amanded in usage and technological aspect, not only
in otomotive but also to other aspect like property in household and industrial
needs. The purpose of this research is to find out the bonding between sugar palm
fiber and epoxy, if the bonding is good, so the ability of the material to resist the
load bigger.
In this study, fiber extraction using a wire comb serves to separate the fibers the
fiber sheath. Then the selection of fiber diameter 0,25 - 0,35 mm, 0,36 – 0,45
mm, and 0,46 – 0,55 mm using a micrometer screw. Fibers soaked in 5% NaOH
solution for 2 hours and dried for 15 minutes with a temperatur of 800C using
microwave.
Based on the test and analyze showed resist the load highest of diameter’s
specimen 0,25–0,35 mm and resist the load lowestof diameter’scomposit 0,46 –
0,55 mm. The first faillur specimen is showed matrix cracking after that
debonding and pull out, the finally is faillur composit. if many debonding
happened, the strength a composite low. Debonding have urgent position to
failluer composite.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Raman Fajar, Lampung Timur tanggal
05 Februari 1988, sebagai anak kedua dari tiga bersaudara,
buah hati dari pasangan Ngadiono dan Marpuah.
Penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah Dasar (SD)
Negeri 03 Rukti Sedyo diselesaikan pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat
Pertama Negeri 1 Way Serdang Mesuji diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah
Menengah Kejuruan Islam Al-Iman 2 Banjar Agung Tulang Bawang diselesaikan
pada tahun 2007 dan pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Penerimaan
Mahasiswa Baru (SPMB).
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa
Teknik Mesin ( HIMATEM ) sebagai anggota bidang kerohanian, kemudian
Kepala Departemen KSI di FOSSI FT, dan Pengurus UKM U BIROHMAH serta
aktif diorganisasi kepemudaan IKAMM TUBA (Ikatan Mahasiswa Muslim Tulang
Bawang) sebagai Ketua Umum.
Kemudian pada bidang akademik, penulis melakukan Kerja Praktek di PT. PTPN
VII Unit Usaha Bekri pada tahun 2011 dengan mengambil studi kasus mengenai
Selain itu Penulis pernah menjadi Asisten praktikum di Laboratorium Metrologi
Industri pada tahun 2011 s/d 2013. Dan pada tahun 2013 s/d 2014 penulis
melakukan penelitian kekuatan ikat (bonding) antara serat ijuk dengan matriks
epoxy. Dimana penulis membuat spesimen uji, kemudian menguji kekuatan
mekaniknya serta mengamati patahan menggunakan SEM, dibawah bimbingan Ibu
Dr.Eng. Shirley Savetlana, S.T., M.Met. selaku pembimbing utama dan Bapak
Nafrizal, S.T., M.T. sebagai pembimbing pendamping.
Pada tahun 2011 s/d Sekarang Penulis telah bekerja sebagai supervisor di
Konsultan LOGIS, yaitu konsultan yang bergerak dibidang Pemilihan Kepala
Daerah (Pilkada). Ditahun 2012 s/d sekarang Penulis juga bekerja sebagai
Fasilitator Kecamatan (FK) pada KMP (Konsultan Manajemen Pendamping) pada
Program Unggulan Kabupaten Tulang Bawang Barat. Bentuk programnya adalah
pembangunan infrastruktur jalan dan jembatan serta pengembangan ekonomi
SEGALA PUJI SYUKUR TERCURAH KEHADIRAT ALLOH
SUBHANAHUWATA ALA DENGAN RAHMAT DAN KARUNIA-NYA SERTA
RASA SYUKUR DAN TERIMA KASIH, KUPERSEMBAHKAN KARYAKU INI
KEPADA :
BAPAK & MAMAK TERSAYANG
ISTRIKU DAN ANAKKU
SERTA
ALMAMATERKU TERCINTA
TEKNIK MESIN
i
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang senantiasa mencurahkan
nikmat, rahmat, dan hidayah-Nya. Shalawat serta salam senantiasa penulis sanjung
agungkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW, beserta keluarga dan para
sahabat-sahabatnya, sehingga skripsi yang berjudul “Kekuatan ikat (Bonding) antara
serat ijuk denganepoxypada komposit ijuk/epoxy“,dapat diselesaikan.
Dalam penyusunan skripsi ini, penulis telah mendapatkan banyak motivasi dan
dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin
menyampaikan rasa terima kasih kepada:
1. Prof.Dr. Suharno, M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung
2. Dr.Eng. Shirley Savetlana, S.T., M.Met., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Lampung dan dosen pembimbing utama tugas akhir, terima kasih
atas semua arahan, kesabaran, bimbingan dan ilmu yang telah diberikan
selama penulis menyelesaikan tugas akhir.
3. Bapak Nafrizal, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing pendamping tugas
akhir terima kasih atas semua arahan, motivasi, bimbingan dan ilmu yang
4. Bapak Harnowo Supriadi, S.T., M.T., selaku dosen pembahas dalam seminar
tugas akhir dan penguji dalam sidang sarjana, terima kasih atas semua
saran-saran, bimbingan agar tugas akhir ini semakin lebih baik.
5. Ibu Novri Tanti, S.T., M.T., selaku koordinator tugas akhir dan Pembimbing
Akademik (PA) penulis, terima kasih telah memberikan motivasi kepada
penulis sehingga penulis bisa menyelesaikan studi dikampus hijau Universitas
Lampung.
6. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah banyak memberikan
ilmu kepada penulis, dan staf administrasi Bang Martha, Mas Dadang, Mas
Nanang yang telah banyak membantu penulis disaat mau seminar dan
lain-lain.
7. Seluruh Teknisi Laboratorium Teknik Mesin, Mas Wanto, Mas Joko, Mas
Agus, Mas Agus Produksi, Mas Fluida, mas Komputer, terima kasih atas
keakrabannya selama ini.
8. Bapak dan Mamak tersayang, yang telah memberikan cinta dan do’a tulus,
sabar menunggu dan mendoakan hingga penulis mencapai cita-cita nya.
Kupersembahkan gelar sarjana ini hanya untuk Bapak dan Mamak sayang.
9. Istri tercinta Dwi Astiti Nugraheni, S.Pd. yang selalu setia, tulus, dan
mendampingi penulis dalam menyelesaikan skripsi, terima kasih atas cinta san
sayang yang telah diberikan ke Mamas.
10. Jagoan Ayah yang sholeh, Azzam Setianegara selalu menemani ayah
11. Yayukku terkasih, terima kasih atas semua dukungan dan kasih sayang selama
14. Ibu Rika Rahayu, S.Si., ibu angkat penulis yang telah membuka mata hati dan
mata fikiran selama ini. Terima kasih atas bantuannya selama ini.
15. Mamas Iparku, Mas Slamet dan dua bidadari kecilnya Mbak Puspita Dewi
dan Mbak Qaila Tsabita, terima kasih atas doa yang telah diberikan.
16. Mamas iparku, Mas Eep dan Mbak iparku Mbak Nopi serta bidadari kecilnya
Mbak Ayla, dan adik iparku Muhammad hanif terima kasih atas doa yang
telah diberikan.
17. Rekan-rekan yang telah banyak membantu untuk menyelesaikan skripsi ini,
Mathias, Mas Juni ITB, Pak Abdurahman Puspitek, Mas Yono SMKN 2
Bandar Lampung, Jaya Sukamana, S.T.,
18. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin 2007 yang telah lebih dulu
menyelesaikan studinya, Wahyu Eko Saputro, S.T., Maindra, S.T, Desiyanti
Utami, S.T., Andriansyah, S.T., Haris Darmawan, S.T., Reza Adhan, S.T.,
Jasiron, S.T., Joniyanto, S.T., Akhmad Isnain P., S.T., RCP, S.T., Candra
Aditia, S.T., Leonard Sinambela, S.T., Meylia Rodiawati, S.T., Imam
Dodi Wibowo, S.T., Hendi, S.T., Harsono, S.T., Ragil Kurniawan, S.T.,
Bakung Kunto W., S.T.,
19. Temen-temen 07 yang sedang cuci gudang, Indra irawan, M. Zanuardi,
Ganjar, Agus Kurniawan, Rian Atmoko, Desiyanto Utomo, Ridho
Qodratulloh, Sutrisno, Kristoper, Samuel Igor, Jefri Hutahuruk, Baharudin
Marpaung, semangat untuk semuanya.
20. Partner kerja P.T. Pesona Karya Semesta Bang Rio, S.IP., Bang Ade, S.E.,
Bang Evan M.Si., Kak Aep, S.Si., Kak Hai , Mas Larto M.P., Kak Furqon,
M.H., Kak Fitrah, S.Pd., Kak Dedi, S.H., Kak Fikri S.H., Kak Bukhori, S.H.,
Kak Jefri, S.Si. Mas Prawoto, S.Si. Mas Alif, S.Pd. Mas Mumu S.T., Kholid,
S.E., Umam, S.T., Nalfa, S.Kom., Budi, S.P., Wira, S.P., Danang, S.P., Ferdi,
S.T., Harry, S.Pd., Huda, S.P., Lilik, M.Kom., Janwar, S.Pd., Afandi, S.Pi.,
Yogi, S.T. terima kasih atas kebersamaannya selama ini, semoga
proyek-proyek kita akan semakin bertambah.
21. Partner kerja Konsultan Managemen Pendamping Kab. Tuba Barat Prof.
Erwan, Ir. Santo, Ir. Kamijan, Asisten Teknik Sururi, S.T., FK Gunung Agung
Teguh, S.Pd., FK Gunung Terang A.Yani, S.P., FK Lambu Kibang
Miftahudin, S.T., FK Pagar Dewa Joni, A.Md., FK Tuba Tengah Frans,
A.Md.Kep., FK Tuba Udik Desi, S.Pd., FK Tumi Jajar Fitri, S.P. semoga
Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih penulis
ucapkan atas bantuan yang diberikan sehingga terselesaikannya skripsi ini. Semoga
skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua, Amin.
Bandar Lampung, 22 Desember 2014
Penulis,
ii DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
DAFTAR ISI ... ii
DAFTAR GAMBAR ... v
DAFTAR TABEL ... vii
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ... 1
B. Tujuan ... 3
C. Manfaat Penelitian ... 3
D. Hipotesa... 4
E. Batasan Masalah... 4
F. Sistematika Penulisan ... 4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Komposit ... 6
iii
C. Komposit Serat ... 13
D. Serat Ijuk Aren ... 14
E. Polimer sebagai Matriks ... 23
F. Katalis MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida) ... 26
G. Resin Epoxy ... 26
H. Pengujian Bonding. ... 29
I. Kurva Tegangan Regangan ... 30
J. Pengamatan Dengan SEM... 31
III. METODE PENELITIAN A. Tempat Penelitian... 32
B. Bahan yang digunakan ... 32
C. Alat-alat yang digunakan ... 33
D. Prosedur Percobaan ... 34
E. Alur Proses Pengujian ... 41
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakteristik Serat Ijuk ... 42
B. Hasil Uji Bonding ... 43
C. Pembahasan ... 56
iv
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ... 58
B. Saran ... 59
vii DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Spesifikasi matriksepoxy... 27
2. Kelebihan dan kekurangan resinepoxy... 28
3. Perbandingan resinepoxydengan resinpolyester... 28
4. Jumlah Spesimen uji ... 39
5. Jumlah spesimen pengamatan SEM... 40
6. Kekuatan tarik rata-rata serat ijuk ... 42
7. Hasil uji tarik komposit/epoxydengan diameter 0,25–0,35 mm... 44
8. Hasil uji tarik komposit/epoxydengan diameter 0,36–0,45 mm... 48
v DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda... 7
2. Komposit serat ... 7
3. Komposit lapis... 8
4. Komposit partikel... 9
5. Jenis–jenis orientasi serat pada komposit berpenguat serat ... 14
6. Serat ijuk ... 15
7. Pohon Aren... 16
8. Kurvafibrevsmatrix... 30
9. Spesimen untuk pengamatan dengan SEM ... 31
10. Spesimen sampel ujiBonding... 35
11. Skema alat pengujianBondingdengan UTM ... 37
12. Pengambilan gambar dengan SEM ... 39
13. Alur Penelitian ... 41
14. Grafik tegangan vs regangan spesimen serat berdiameter 0,25–0,35 mm ... 43
15. Hasil pengamatan SEM pada spesimen A2 dengan serat yang berdiameter (0,25 mm–0,35 mm)... 45
vi berdiameter (0,25 mm–0,35 mm)... 46
17. Grafik tegangan vs regangan spesimen serat
berdiameter 0,36–0,45 mm ... 47
18. Hasil pengamatan SEM pada spesimen B1 dengan serat yang
berdiameter (0,36 mm–0,45 mm)... 49
19. Hasil pengamatan SEM pada spesimen B2 dengan serat yang
berdiameter (0,36 mm–0,45 mm)... 50
20. Grafik tegangan vs regangan spesimen serat
berdiameter 0,46–0,55 mm ... 51
21. Hasil pengamatan SEM pada spesimen C1 dengan serat yang
berdiameter (0,46 mm–0,55 mm)... 53
22. Hasil pengamatan SEM pada spesimen C2 dengan serat yang
berdiameter (0,46 mm–0,55 mm)... 54
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dengan semakin pesatnya perkembangan teknologi sekarang ini, menuntut pihak
produsen sektor industri konstruksi untuk semakin inovatif dalam pembuatan
suatu material yang tepat guna, tepat waktu, dan tepat harga. Mengingat betapa
besarnya kebutuhan material dalam perancangan suatu konstruksi. Kita ketahui,
harga material logam semakin tinggi dikarenakan tingginya biaya proses
pembuatan logam, yang mengakibatkan konsumen mulai beralih mencari material
yang bersifat non-logam seperti komposit. Hal itu dikarenakan harga bahan baku
dan biaya proses pembuatan material komposit lebih murah dan bahan baku lebih
mudah didapat dibandingkan dengan material logam.
Suatu material komposit harus memiliki sifat-sifat baik yang sulit diperoleh
seperti pada logam, material ini lebih ringan, memiliki kekuatan yang baik,
ketahanan fatik tinggi, tahan terhadap korosi, harga relatif lebih murah dari
material logam, serta mudah dibentuk dan difabrikasi. Material komposit adalah
gabungan dari penguat (reinforment) dan matriks. Sebagai contoh di industri
2 pembuatan badan kapal pada industri perkapalan serta untuk pembuatan pesawat
terbang dan bejana tekan.
Dalam proses pembuatan komposit, ada dua jenis serat yang telah umum
digunakan oleh peneliti. Yaitu, serat alam dan serat gelas. Serat alam memiliki
keunggulan lain jika dibandingkan dengan serat gelas, komposit serat alam lebih
ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harganya pun
lebih murah dibandingkan serat gelas. Sedangkan serat gelas sukar terdegradasi
secara alami. Selain itu serat gelas juga menghasilkan gas dan debu yang
berbahaya bagi kesehatan jika serat tersebut didaur ulang.
Serat ijuk merupakan salah satu contoh serat alam, yang mungkin sebagian orang
sudah mengetahui kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serat alam
lainnya. Serat ijuk diperoleh dari pohon aren (Arenga pinmata Merr), serat ini
banyak digunakan dalam industri-industri meubel dan kerajinan rumah tangga
karena mudah didapat dan murah.
Kekuatan ikat antara serat dan matrik perlu untuk diketahui, karena dari kekuatan
ikat inilah akan diketahui seberapa besar kekuatan ikat antara serat dan
matriksnya. Beberapa penelitian tentang komposit masih jarang yang membahas
kekuatan ikatnya, masih banyak yang melihat hasil pengujian dengan melihat
3 Fenny T. Kurniawati, Hiroomi Homma, Motoharu Yamauchi dan Fergyanto E.
Gunawan telah melakukan studi tentang kekuatan ikat antara serat gelas dan
matrik. Dari hasil penelitian tersebut, menunjukkan kekuatan serat lebih besar
dibandingkan dengan kekuatan matriknya.
Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan diatas maka penelitian ini dilakukan
untuk mengetahui kekuatan ikat antara serat dengan matrik pada semua spesimen
uji.
B. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Mengetahui kekuatan ikat (bonding) antara matrik dan serat.
2. Mengetahui struktur ikatan komposit yang berpenguat serat ijuk dan analisa
kerusakan komposit.
C. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagi peneliti ini berguna untuk menambah pengetahuan dan wawasan
tentang material komposit.
2. Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat mengembangkan aspek
ilmu pengetahuan tentang material teknik.
3. Bagi akademik, penelitian ini berguna sebagai referensi tentang komposit
4 4. Dengan hasil yang dicapai maka akan bisa digunakan untuk memberikan
sumbangsih khususnya komposit dengan penguat serat ijuk.
D. Hipotesa
Hipotesa untuk penelitian ini adalah ketika diameter serat ijuk yang digunakan
semakin besar, maka kekuatanbondingnyasemakin kecil.
E. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini, yaitu :
1. Spesimen berasal dari bahan alami yang berupa serat ijuk dari pohon aren.
2. Menggunakan matrikepoxy.
3. Pembuatan komposit menggunakan serat ijuk dengan diameter (0,25–0,35
mm), (0,36–0,45 mm) dan (0,46–0,55 mm).
4. Pengujian sifat mekanik berupa uji bonding (bond test) dan pengamatan struktur ikatan denganScanning Electron Microscope(SEM).
5. Perendaman serat ijuk dengan larutan alkali selama 2 jam.
F. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir
5
BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri atas latar belakang, tujuan dan manfaat , batasan masalah,
dan sistematika penulisan dari penelitian.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung
pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu pengaruh
panjang serat terhadap sifat mekanik dan fisik komposit
berpenguat serat ijuk dengan matrikepoxy BAB III : METODE PENELITIAN
Terdiri atas hal-hal yang berhubungan dengan pelaksanaan
penelitian, bahan penelitian, peralatan penelitian, prosedur
pengujian dan diagram alir pelaksanaan penelitian.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan hasil penelitian dan pembahasan dari data-data yang
diperoleh setelah pengujian.
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran-saran yang
ingin disampaikan dari penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan referensi-referensi yang digunakan dalam penulisan
tugas akhir ini.
LAMPIRAN
Terdiri dari data-data gambar yang mendukung atau hal-hal lain
6 II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Komposit
Kata “komposit” dapat diartikan sebagai dua atau lebih bahan atau material yang
dikombinasikan menjadi satu, dalam skala makroskopik, sehingga menjadi satu
kesatuan. Dengan kata lain, secara mikro, material komposit dapat dikatakan
sebagai material yang heterogen. Sedangkan dalam skala makro, material tersebut
dianggap homogen.
Gurdal (1999) mengatakan bahwa komposit adalah bahan heterogen yang terdiri
dari bahan pengikat (matrik) dan bahan penguat (reinforcement). Komposit terdiri
dari dua bahan penyusun, yaitu bahan utama sebagai bahan pengikat dan bahan
pendukung sebagai penguat. Bahan utama membentuk matrik dimana bahan
penguat ditanamkan di dalamnya. Bahan penguat dapat berbentuk serat, partikel,
serpihan atau juga dapat berbentuk yang lain.
Dari pengertian di atas, dapat disimpulkan bahwa komposit adalah bahan yang
dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih kaku serta lebih kuat.
7 B. Klasifikasi Komposit
Sesuai dengan definisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur-unsur
penyusun. Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik
dalam bentuk serat, serpihan, partikel dan lapisan.
Gambar 1. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda
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 dproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin
sabagai bahan perekat.
8 Komposit serat merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu
laminat atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber).
Fiber yang digunakan bisa berupa glass fiber,carbon fibers, armid fibers (poly 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 CompositeMaterials)
Komposit laminat, merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki
karakterstik sifat sendiri.
Gambar 3. Komposit lapis
Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang
diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glassyang sering digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya
manipulasi makroskopis yang dilakukan yang tahan terhadap korosi, kuat
9 c. Komposit serpihan
Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan
sebelumnya yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi
serat sejajar permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas
serpihan-serpihan yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau
dimasukkan kedalam matriks. Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari
serpihan adalah bentuknya besar dan data sehingga dapat disusun dengan
rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas
penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpihan-serpihan saling
tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan
fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena
penetrasi atau perembesan.
d. Komposit partikel (Particulate Composites Materials)
Komposit partikel, komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu
butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen yang kita jumpai sebagai beton,
senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.
Gambar 4. Komposit partikel
Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan
partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama
dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban,
10 bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan koheren
diantara fase partikel dan matriks yang menunjukkan sambungan yang baik.
Pada umumnya komposit dibagi dalam tiga kelompok adalah: (a). Komposit
Matrik Polimer (Polymer Matrix composite – PMC) bahan ini merupakan bahan
komposit yang sering digunakan yang biasa disebut dengan Polimer Berpenguat
Serat (FRP – Fiber Reinforced Polymers or Plastis), bahan ini menggunakan suatu polimer berdasar resin sebagai matriknya, seperti kaca, karbon dan aramid
(Kevlar) yang digunakan sebgai penguatnya. (b). Komposit Matrik Logam
(Metal Matrix Composite–MMC) ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti alumnium sebagai matrik dan
penguatnya dengan serat seperti silikon karbida. (c). Komposit Matrik Keramik
(Ceramic Matrix Composite – CMC) digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat
dengan serat pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon
karbida.
Pada umumnya komposit mengandung serat, baik serat pendek maupun serat
panjang yang dibungkus dengan matriks. Fungsi dari pada serat adalah menahan
bahan yang diberikan sedang fungsi matriks adalah membungkus serat sekaligus
melindunginya dari kerusakan baik mekanis maupun kimia. Selain daripada itu
matriks mendistribusikan beban kepada serat.
Jenis-jenis serat dan contoh bahannya yang dapat digunakan sebagai penguat pada
11 dari mahluk hidup dan tumbuh-tumbuhan, serta dapat didaur ulang secara alami,
contoh : sabut kelapa, ijuk, dan sabut kelapa sawit. (b). Serat anorganik yaitu
serat yang sukar untuk terdegradasi (didaur ulang) secara alami, contoh: asbes,
gelas, metal, dan keramik.
Serat-serat organik dan anorganik umumnya digunakan untuk memperoleh bahan
komposit serat. Serat organik seperti selulosa, propylene, dan serat grafit pada
umumnya dikarakteristik sebagai bahan yang ringan, lentur, elastik dan peka
terhadap panas, sedangkan serat anorganik seperti gelas dan keramik merupakan
serat yang paling tinggi kekuatannya serta tahan terhadap panas.
Aplikasi dan pemakaian bahwa komposit yang diperkuat dengan serat secara luas
dipakai industri otomotif, industri kapal terbang, industri kapal laut, peralatan
militer, dan industri perabotan rumah tangga. Hal ini menunjukkan perkembangan
pesat dari material komposit, karena mempunyai sifat unggul, yaitu sebagai
isolator yang baik. Ketahanannya baik terhadap air dan zat kimia. Dengan
demikian bahan komposit tidak dapat berkarat, anti rayap dan tahan lembab.
Bahan komposit alam umumnya berharga murah. Bahan komposit termasuk
bahan yang ringan dan kuat.
12 menjadi dua yaitu serat alam (dari tanaman, hewan dan sumber mineral) dan serat
sintetis. Banyak serat sintetis telah dikembangkan secara khusus untuk
menggantikan serat alam, karena serat sintetis sangat mudah diprediksi dan
ukurannya yang lebih seragam. Untuk tujuan di bidang teknik, serat gelas, serat
logam dan serat sintetis turunan bahan organik adalah yang paling banyak
digunakan. Nilon digunakan untuk belting,nets, pipa karet, tali, parasut, webbing, kain balistik dan penguat dalam ban.
Serat sebagai penguat dalam struktur komposit mempunyai sifat-sifat sebagai
berikut: (a). Kekuatan (Strength), merupakan kemampuan material untuk menahan beban tanpa mengalami kepatahan. (b). Kekakuan (Stiffness) yaitu sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu materi. Banyak material yang kaku
memiliki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi dari pemasangan,
gravitasi, dan vibrasi pada saat pengoperasiannya. (c). Ketahanan korosi
(Corrosion Resistance) yaitu tidak cepat berkarat sehingga mempunyai massa
umur pakai yang panjang. (d). Ketahanan gesek/ aus (Wear Resistance). (e).
Berat (Weight) yaitu berat material yang berat dapat diubah menjadi ringan tanpa
mengurangi unsur-unsurnya. (f). Ketahanan lelah (Fatigue Life) merupakan fenomena terjadinya kerusakan material karena pembebanan yang berulang-ulang.
Apabila suatu logam dikenakan tegangan berulang, maka akan patah pada
tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan tegangan yang dibutuhkan untuk
menimbulkan perpatahan pada beban statik. (g). Meningkatkan konduktivitas
panas yaitu menambah laju perambatan panas pada padatan dengan aliran panas
13 C. Komposit Serat
Komposit ini mengunakan serat sebagai penguatnya. Serat yang digunakan bisa
berupaglass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Serat ini bisa disusun secara acak,lurus maupun dengan orientasi tertentu bahkan
bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Perbandingan
antara panjang dengan diameter serat disebut sebagai rasio aspek. Semakin besar
rasio aspeknya maka kekuatan dan kekakuan komposit akan semakin besar atau
baik.
Fungsi utama serat penguat dalam matrik adalah sebagai penahan dari beban yang
diberikan pada komposit, selain itu serat penguat ini berfungsi untuk menjaga
kekakuan dari komposit. Karena alasan inilah serat penguat yang digunakan untuk
membuat komposit harus mempunyai kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang
tinggi.
Serat merupakan unsur yang sangat penting pada komposit berpenguat serat yang
fungsinya adalah sebagai pembawa beban. Komposit berpenguat serat banyak
dipakai untuk produk yang memerlukan kekuatan tinggi dengan bobot yang
rendah, sebagai bahan pengganti logam.
Dengan menggabungkan serat penguat yang mempunyai kekuatan tarik dan
modulus elastisitas yang tinggi dengan matrik yang ulet. Maka diharapkan kita
nantinya akan mendapatkan komposit kuat yang dilindungi oleh matrik yang ulet
sebagai pelindung dari serat dan sebagai penjaga arah serat. Sehingga komposit
mempunyai sifat mekanik yang lebih baik apabila dibandingkan dengan komposit
14 Arah serat juga menentukan kekuatan dari komposit yang diperkuat dengan serat.
Secara umum arah serat pada komposit berpenguat serat dapat dibagi menjadi 3,
yaitu:
- Serat panjang dengan arah yang sama, gambar 8 (a)
- Serat pendek dengan arah yang sama, gambar 8 (b)
- Serat pendek dengan arah acak, gambar 8 (c)
(a) (b) (c)
Gambar 5. Jenis–jenis orientasi serat pada komposit berpenguat serat Matrik yang baik untuk digunakan pada komposit serat harus mempunyai sifat–
sifat yaitu:
1. Matrik melekat dengan baik pada permukaan serat sehingga beban yang
diberikan pada komposit akan didistribusikan dengan baik kepada serat,
karena serat inilah yang memegang peranan penting untuk menahan beban
yang diberikan kepada komposit.
2. Melindungi permukaan serat dari kerusakan.
3. Melindungi serat dari perambatan keretakan.
D. Serat Ijuk Aren
Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui
15 berwarna hitam yang dihasilkan dari pohon aren memilki banyak keistimewaan
diantaranya : (a). Tahan lama hingga ratusan bahkan ribuan tahun lebih dan tidak
mudah terurai. (b). Tahan terhadap asam dan garam air laut, Serat ijuk merupakan
salah satu serat yang tahan terhadap asam dan garam air laut, salah satu bentuk
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.
Gambar 6. Serat ijuk
Keunggulan komposit serat ijuk dibandingkan dengan serat gelas adalah komposit
serat ijuk lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan
harganya pun lebih murah bila dibandingkan serat lain seperti serat gelas.
Sedangkan serat gelas sukar terdegradasi secara alami. Selain itu serat 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
16 Gambar 7. Pohon Aren
Serat ijuk adalah serat alam yang berasal dari pohon aren. Dilihat dari bentuk,
pada umumnya bentuk serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh
pertumbuhan dan pembentukan serat tersebut tergantung pada lingkungan alam
dan musim tempat serat tersebut tumbuh. Aplikasi serat ijuk masih dilakukan
secara tradisional, diantaranya digunakan sebagai bahan tali menali, pembungkus
pangkal kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk mencegah serangan
rayap, penahan getaran pada rumah adat karo, dan saringan air. Kegunaan tersebut
didukung oleh sifat ijuk yang elastis, keras, tahan air, dan sulit dicerna oleh
organisme perusak.
Dalam penelitan yang dilakukan oleh Kuncoro Diharjo, Komposit alam adalah
material yang memiliki potensi yang baik untuk dikembangkan di Indonesia.
17 seperti perlakuan alkali, sering digunakan karena lebih ekonomis. Tujuan
penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat tarik
komposit berpenguat serat rami kontinyu dengan matrik polyester. Pengamatan visual dilakukan untuk menyelidiki mekanisme perpatahan. Serat rami direndam
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
18 terbesar, yaitu σ = 190.27 MPa dan ε = 0.44%. Semakin lama perlakuan serat
rami, maka modulus elastisitas kompositnya pun meningkat. Patahan komposit
yang diperkuat serat rami tanpa perlakuan dan dengan perlakuan 5% NaOH
selama 2 jam dapat dikalsifikasikan 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 adanyafiber pull out.
Penelitian yang berjudul Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami
EpoxySebagai 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
Hardener V-140. Metode pembuatan sampel uji komposit lamina dengan cara
hand lay up terhadap serat rami kontinyu pada suhu kamar. Hasil pengujian karakteristik mekanik komposit serat rami epoxy akan dibandingkan dengan standard ISO untuk bahan plastik/polymer yang diaplikasikan pada bidang
19 hasil pengamatan berbantuan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui modus kegagalan dan kriteria kegagalan.
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%, bondingdan deleminasifraksi volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik komposit lamina rami epoxymemenuhi persyaratan sebagai bahan soket prostesis, mengacu pada Standard ISO:plastic/polymer for health application.
Penelitian yang dilakukan oleh mahasiswa jurusan Teknik Material dan Metalurgi
ITS berjudul Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Aren (Arenga Pinata) Dengan Matrik Polyester Terhadap Kekuatan Bending Dan Tarik. Pada tanaman Aren tumbuh hampir disetiap daerah pesisir di Indonesia. Jumlahnya yang
melimpah dan tidak mengenal musim adalah beberapa keunggulan jika
20 tanama aren memiliki nilai ekonomis yang sangat rendah hanya niranya saja yang
memiliki nilai ekonomis, sedangkan bagaian tanaman yang lainnya terbuang
percuma atau bernilai sangat rendah. Oleh karena itu tujuan utama penelitian ini
adalah memanfaatkan ijuk tanaman aren dan mencari kekuatan tarik dan bending
yang maksimal.
Ijuk tersebut akan dijadikan material komposit dengan menggunakan matriks
polyester, dimana ijuk akan berfungsi sebagai reinforcement. Ijuk tersebut dipotong dengan ukuran panjang 1 cm dan kemudian dicampur dengan polyester, kemudian dicetak menjadi lembaran komposit. Setelah itu , lembaran akan
dibentuk specimen uji tarik dan bending. Variabel yang digunakan dalam
penelitian ini adalah variasi volume serat aren. Fraksi volume yang akan
digunakan adalah 10%, 20%, 30%, 40%.
Dari hasil penelitian terlihat bahwa kekuatan tarik maksimal dimiliki oleh
komposit dengan fraksi volume 40% yang besarnya 13,72 GPa. Sedangkan
flexural modulus dan flexural strength tertinggi terjadi pada komposit dengan
fraksi volume 40 %, yang besarnya adalah 1268,98 GPa dan 62,76 GPa. Semakin
kecil fraksi volume serat aren, maka kekuatan tarik dan bending akan semakin
kecil.
Kekuatan komposit serat rami dengan epoxy dengan variasi fraksi volume serat (10%, 20%, 30%, 40%, 50%), menunjukkan perbandingan kekuatan pada fraksi
21 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.[24] Sedangkan
penelitian terhadap kekuatan tarik komposit dengan matriks polyester dengan fraksi volume serat aren (10%, 20%, 30%, 40%), mempunyai kekuatan tarik
maksimal pada fraksi volume 40% yang besarnya 13,72 GPa. Semakin
kecil/sedikit fraksi volume serat aren, maka kekuatan tarik akan semakin kecil.[25]
Perbedaan hasil kedua penelitian ini tidak begitu jauh, dikarenakan jenis serat
yang digunakan berbeda dan matriks yang digunakan berbeda pula.
Ratni Kartini melakukan penelitan yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi
Komposit Polimer Berpenguat serat Alam. Polimer merupakan bahan yang
sangat bermanfaat dalam dunia teknik, khususnya dalam industri kontruksi.
Polimer sebgai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik berdiri sendiri,
misalnya sebagai perekat, pelapis, cat, dan segai glazur; maupun merupakan
gabungan dengna bahan lain membentuk komposit. Untuk aplikasi struktur yang
memerlukan kekuatan dan ketegaran, mengharuskan perbaikan sifat mekanik
polimer. Untuk kebutuhan tersebut, berkembanglah komposit polimer yang
disertai penguat oleh berbagai filler diantaranya serat alam. Penggunaan serat alam antara lain serat ijuk dan serat pisang sebagai pengganti serat buatan dapat
menurunkan biaya produksi. Hal tersebut dapat dicapai karena serat alam murah
22 Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis komposit antara matriks polmer yaitu
epoxy danpolyester dengan bahan penguat (filler) serat alam yaitu serat ijuk dan serat pisang, serta mempelajari sifat mekanik, struktur mikro dan sifat ternal
komposit yang telah dbuat. Hipotesis penelitian ini adalah dengan penambahan
serat alam sebagai bajan penguat (filler) pada matriks polimer diharapkan dapat
meningkatkan sifat mekanik terutama kekuatan tarik (tensile strength) komposit
bila dibandingkan dengan matriks polimer.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa secara umum penambahan serat pada
matriks polimer menurunkan nilai kekuatan tarik bahan komposit, kecuali untuk
komposit ber-matriks epoxy dengan penguat serat ijuk. Penambahan serat ijuk pada komposit matriks epoxy dapat meningkatkan kekuatan tarik bahan yaitu dengan pengisian serat ijuk tiga lapis menghasilkan kekuatan tarik tertinggi 45,44
MPa, lebih besar daripada komposit matriks epoxy yaitu 37,28 MPa. Sedangkan penambahan serat pada matriks epoxy dengan penguat serat pisang tiga lapis kekuatan tariknya terendah yaitu 30,47 MPa. Kekuatan tarik komposit matriks
polyester 56,74 MPa, sedangkan jika ditambahkan serat pisang dan serat ijuk kekuatannya menjadi jauh lebih kecil. Kekuatan tarik yang terkecil jika ditambah
serat pisang tiga lapis yaitu 15,26 MPa, sedangkan jika ditambah serat ijuk tiga
lapis yaitu 22,18 MPa. Secara umum penambahan serat pada matriks polimer
menurunkan nilai kekerasan bahan komposit. Dari pengamatan strukturmikro
ternyata kurangnya ikatan antara serat dengan matriks polimer dan distribusi serat
23 bahan komposit. Adanya pengisian serat pada matriks polimer mempengaruhi
sifat termal bahan, hal ini ditunjukkan dengan perbedaan pola termogram DTA.
E. Polimer Sebagai Matriks 1. Sifat Polimer
Sifat-sifat khas dari bahan polimer pada umumnya, yaitu:
a. Polimer memiliki sifat mudah dibentuk. Pada temperatur relatif rendah
bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan
seterusnya, yang menyebabkan biaya pembuatan lebih rendah dari pada
bahan material lain.
b. Sebagian besar produk bahan polimer ringan tetapi kuat. Berat jenis
polimer rendah bila dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu
1,0-1,7 kg/m3.
c. Sebagian besar polimer mempunyai sifat isolasi listrik yang baik,
disamping itu bahan polimer dapat dibuat menjadi konduktor dengan jalan
mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon dan sebagainya.
2. Jenis-Jenis Polimer
Pada umumnya bentuk penguat komposit dengan matrik polimer (PMC)
memiliki beberapa jenis polimer yang dapat digunakan sebagai bahan matrik,
yaitu :
a. Termoplastik
Termoplastik merupakan polimer yang memiliki struktur berupa rantai
24 mengeras lagi jika didinginkan. Beberapa jenis termoplastik yaitu
polyethylene,polyprophylene,nylondan lain-lain. b. Termoset
Dalam bentuk padat, termoset membentuk ikatan silang (cross linked)
antar benang-benang polimer dalam bentuk tiga dimensi yang tidak
mencair pada temperatur tinggi. Jenis-jenis termoset yaitu phenol formaldehyde, melamine formaldehyde, urea formaldehyde, resin Polyester, dan lain-lain.
c. Elastomer
Elastomer merupakan jenis polimer dengan elastisitas tinggi.
d. Polimer Natural
Polimer natural seperti selulosa dan protein, dimana bahan dasar terbuat
dari tumbuhan dan hewan.
3. ResinPolyesterTak Jenuh
Resin polyester tak jenuh merupakan salah satu jenis polimer termoset. Resin polyester merupakan pilihan yang banyak digunakan dalam pasaran komposit modern. Bahan ini memiliki ketahanan sifat mekanik yang baik ketika
beroperasi pada kondisi lingkungan yang panas maupun basah, ketahanan
kimia yang baik, kestabilan bentuk, harga yang relatif rendah (dibandingkan
dengan jenis epoxy) dan memiliki pelekatan yang baik pada berbagai jenis penguat.
Sifat-sifat fisik dari bahan Resin Polyester, yaitu:
a. Retakan baik.
25 c. Pengerutan sedikit (saatpost curing).
Sifat-sifat mekanik resinpolyesteradalah sebagai berikut: a. Temperatur optimal 1100C–1400C.
b. Ketahanan dingin adalah baik secara relatif.
c. Bila dimasukkan air mendidih untuk waktu yang lama, bahan akan retak
atau pecah.
d. Kemampuan terhadap cuaca baik.
e. Tahan terhadap kelembaban dan sinarUltra Violet. f. Memiliki titik leleh (Tm) sebesar 250-2600c
Pada proses pencampurannya resin poliester tersebut harus ditambahkan dengan
suatu katalis, pada penelitian ini katalis yang digunakan adalah katalis
komersil/pasaran berupa MEKPO (Metil Etil Keton Peroksida) yang fungsinya
sebagai zat curing yakni untuk mempersingkat waktu pengerasan dari resin polyestertersebut.
Jumlah katalis MEKPO dalam proses pembuatan komposit juga berpengaruh
terhadap sifat mekanik komposit yang dihasilkan. Penelitian Jamasri (2005)
menunjukkan bahwa kekuatan tarik komposit serat kenaf tertinggi adalah pada
kandungan katalis 1%. Kekuatan dan modulus elastisitas serat kenaf adalah
324,99 MPa dan 37,42 GPa, sedangkan hasil pengujian tarik matrik polyester memiliki kekuatan tarik 50,70 MPa dan modulus elastisitas 4,23 GPa.
Peningkatan kekuatan tarik sangat besar terjadi pada komposit berpenguat serat
26 F. Katalis MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida)
Katalis adalah bahan yang digunakan untuk memulai dan mempersingkat reaksi
curing pada temperatur ruang. Katalis dapat menimbulkan panas saat curing dalam hal ini dapat merusak produk yang dibuat. Katalis yang digunakan sebagai
proses curing dalam pembuatan papan yang berasal dari organic proxide seperti methyl ethyl, ketone proxidedanacetyl acetone proxide. Dalam pembuatan bahan komposit, campuran katalis sedikit maka papan serat yang dihasilkan akan lebih
kuat bila dibandingkan pada campuran katalisnya banyak.
Pada proses pencampuran resin polyester tersebut harus ditambahkan dengan suatu katalis, pada penelitian ini katalis digunakan adalah katalis komersial atau
pesaran berupa MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida) yang fungsinya sebagai
zat curing yakni untuk mempersingkat waktu pengerasan dari resin polyester tersebut. Jumlah katalis MEKPO juga berpengaruh terhadap sifat mekanik
komposit yang dihasilkan.
G. ResinEpoxy
Resin epoxy umumnya dikenal dengan sebutan bahan epoksi. Bahan epoksi
adalah salah satu dari jenis polimer yang berasal dari kelompok termoset. Bahan
epoksi mempunyai sifat tidak bisa meleleh, tidak bisa diolah kembali, dan
atomnya berikatan kuat sekali. Epoksi sangan baik sebagai bahan matriks pada
pembuatan bahan komposit. Secara umum epoksi mempunyai karakteristik
27 a. Mempunyai kemampuan mengikat paduan metalik yang baik. Kemampuan
ini disebabkan oleh adanya gugus hidroksil yang memiliki kemampuan
membentuk ikatan hidrogen. Gugus hidroksil ini juga dimiliki oleh oksida
metal, dimana pada kondisi normal menyebar pada permukaan logam.
b. Ketangguhan.
Kegunaan epoxy sebagai bahan matriks dibatasi oleh ketangguhan yang rendah dan cenderung rapuh.
Proses pengerasan terjadi jika polimer epoxy resin dicampurkan dengan hardenernya. Resin epoxy mengeras lebih cepat pada selang temperatur 5°C sampai 150°C. Namun, hal ini bergantung pula pada jenis hardener yang
digunakan. Jika dilihat dari segi waktu yang dibutuhkan untuk proses pengerasan,
maka epoxy ini lebih lambat. Dalam industri biasanya bahan epoxy dipakai sebagai perekat logam.
Di bawah ini ditunjukkan spesifikasi matriksepoxy, sebagai berikut :
Tabel 1. Spesifikasi matriksepoxy
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
28 Berikut ini adalah kelebihan dan kekurangan resin jenisepoxy:
Tabel 2. Kelebihan dan kekurangan resinepoxy
Kelebihan Kekurangan Tahan polusi Proses pembuatan lebih mahal
dibandingkan dengan isolator keramik dan gelas
Bersifat hidrofobik Memiliki kekuatan mekanik yang kurang baik
Membutuhkan waktu yang singkat dalam proses pembuatan
Memiliki kekuatan dielektrik yang baik.
Beberapa keunggulan resin epoxy dibandingkan dengan resin polyester dapat dilihat pada tabel dibawah ini
Tabel 3. Perbandingan Resinepoxydengan resinpolyester
Karakteristik Resinepoxy Resinpolyester
Flexural Strength Good Best
Tensile Strength Good Best
Elongation Good Lowest
Water Absorption Good Lowest / Excelent
29 H. Pengujian Bonding
Kekuatan bonding diukur dari beban/ gaya maksmum berbanding terbalik dengan
luas penampang bahan uji, dan memiliki satuan Mega Pascal (MPa) atau N/mm2
atau Kgf/mm2atau Psi.
Uji bonding dilakukan dengan jalan memberikan beban pada kedua ujung
spesimen uji secara perlahan-lahan ditingkatkan hingga spesimen uji tersebut
putus. Dengan pengujian ini dapat diketahui : kekuatan ikat, beban luluh dan
modulus elastisitas (modulus young) tegangan, pengurangan luas penampang dan
pertambahan panjang.
Pengujian bertujuan untuk mengetahui regangan dan tegangan dari papan partikel
yang telah dibuat. Hasil dari pengujian ini adalah grafik beban terhadap
perpanjangan (elongasi).
Tegangan
=
...(1)Regangan
=
...(2)Modulus elastisitas
30 Dimana : F = beban yang diberikan (N), A0= luas penampang mula-mula (m2), L0
= panjang mula-mula, Δ L = pertambahan panjang (mm), σ = tegangan (Mpa), ε =
regangan (%), E = modulus elastisitas (Gpa).
I. Kurva Tegangan–Regangan
Sebuah perubahan bentuk pada spesimen uji bonding terlihat pada kurva tegangan
regangan komposit gambar 8. Gambar 8.a menunjukkan fiber lebih kuat namun
getas, fiber tersebut lebih kuat dari matriksnya. Dimana matrik lebih dulu patah
setelah diberikan regangan dibandingkan dengan fiber. Gambar 8.b menunjukkan
matriks lebih ulet. Dimana setelah matriks mengalami peregangan, namun matriks
tersebut masih elastis. Setelah itu matriks mulai mengalami deformasi plastis.
(a) (b)
31 J. Pengamatan DenganScanning Electron Microscope(SEM)
Pengamatan dengan scanning electron microscope (SEM) 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. Permukaan
spesimen diambil gambarnya dan dari gambar ini dianalisa keadaan atau
kerusakan spesimen. Pentingnya SEM adalah memberikan gambaran nyata dari
bagian kecil spesimen, yang artinya kita bisa menganalisa besar serat, kekasaran
serat dan arah serat serta ikatan terhadap komponen matriksnya.
Gambar 9. 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
A. Tempat Penelitian
Penelitian ini akan dilaksanakan di empat tempat, yaitu sebagai berikut :
1. Pengujian diameter dan panjang serat ijuk serta pembuatan spesimen uji di
Laboratorium Material Universitas Lampung.
2. Pembentukan spesimen uji di Laboratorim produksi SMK Negeri 2 Bandar
Lampung.
3. Pengujian kekuatan Bonding di Laboratorium Material Teknik Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung (ITB).
4. Analisa struktur mikroskofis komposit (scanning electron microscope) di
Sentra Teknologi Polimer, Balai Pengkajian dan Pengembangan Teknologi
(STP-BPPT), Serpong, Kota Tangerang Selatan, Provinsi Banten.
B. Bahan Yang Digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Serat ijuk sebagai bahan penguat komposit.
2. Resin Epoxydanhardenernya 3. Ethanol
5. Akrilik,sebagai bahan cetakan komposit.
6. Mirror glaze digunakan untuk melapisi antara cetakan dengan komposit, sehingga komposit mudah untuk dilepaskan dari cetakan.
C.Alat-alat Yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :
1. Cetakan dari bahan akrilik.
2. Mesin Vakum¸untuk menghisapresin epoxydanhardener.
3. Kotak Inkubator, untuk mengurangi adanya void pada cetakan. Dengan cara memberi pemanasan.
4. Termometer, untuk mengetahui suhu pada inkubator.
5. Microwave, digunakan untuk memanaskan serat sesuai dengan prosedur
percobaan.
6. Mesin bubut, untuk membentuk spesimen sesuai dengan standar uji.
7. Gelas ukur, untuk mengukur jumlah resin epoxy dan hardener yang dicampur.
8. Alat bantu lain yang digunakan untuk melakukan penelitian ini yaitu,
mikrometer sekrup mengukur panjang dan diameter serat, selang,
pengaduk, lilin mainan, jarum, lem korea, gergaji besi, ragum, gunting,
✁✂ D. Prosedur Percobaan
Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan,
yaitu :
1. Survey Lapangan danStudy Literature
Pada penelitian ini, proses yang dilakukan adalah dengan mengumpulkan
data awal sebagai study literature. Study literature 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. Dipilih serat ijuk yang akan digunakan.
b. Serat ijuk dipotong dengan diameter A (0,25 – 0,35 mm), B (0,36 –
0,45 mm), dan C (0,46–0,55 mm).
c. Serat ijuk dibersihkan dengan menggunakan air untuk menghilangkan
kotoran/ debu yang menempel pada ijuk.
d. Serat yang sudah bersih, direndam didalam larutan alkali (5% NaOH)
selama 2 jam.
e. Serat dicuci kembali dengan air bersih.
✄☎ g. Serat ijuk yang telah kering dipotong-potong dengan ukuran panjang
75 mm.
3. Proses Pencetakan Komposit
Proses pembuatan komposit dilakukan dengan matrik epoxy. Langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut :
a. Penyiapan serat aren yang telah dikeringkan kemudian dilakukan
proses pembuatan serat lurus memanjang sesuai cetakan.
b. Dalam pembuatan cetakan, menggunakan bahan akrilik.
c. Pemotongan bahan akrilik yang terdiri dari alas bawah, samping,
dengan geometri seperti pada gambar 10.
✆✝ d. Pengolesan mirror glaze pada cetakan untuk memudahkan pengambilan spesimen uji dari cetakan setelah mengalami proses
pengeringan.
e. Pemasangan serat pada cetakan, agar bisa terbentuk lurus.
f. Resin epoxy dicampur dengan hardener untuk membantu proses pengeringan. Katalis yang digunakan sebanyak 1:1 dari banyaknya
resinepoxy. Proses pencampuran ini menggunakan mesin vakum. g. Penuangan campuran resin sebagian ke dalam cetakan, kemudian
penempatan serat ijuk yang telah disusun secara lurus, dan diberi
penekanan menggunakan pengaduk.
h. Proses pengeringan dilakukan sampai benar-benar kering
menggunakan microwave dengan suhu 800C.
i. Proses pengambilan komposit dari cetakan yaitu menggunakan pisau
ataucutter.
j. Spesimen uji komposit siap untuk dipotong menjadi spesimen benda
uji.
k. Proses pembentukan spesimen dengan cara pembubutan menggunakan
mesin bubut.
4. Proses Pencetakan Spesimen SEM
a. Dipilih spesimen yang akan dilakukan uji SEM
b. Dipotong dengan ukuran kecil, agar memudahkan masuk kedalam
✞✟ c. Pada permukaan yang mau diuji diberi emas untuk memudahkan
elektron bergerak. Karena spesimen tergolong isolator.
5. Pengujian Komposit
Setelah spesimen uji selesai dibuat, dilakukan pengujian. Pengujian yang
dilakukan pada penelitian ini yaitu :
a. Uji Bonding
Pengujian bonding dilakukan untuk mengetahui besarnya kekuatan bonding dari
bahan komposit. Pengujian ini dilakukan dengan mesin ujibonding test.
Gambar 11.Skema alat pengujian Bonding dengan UTM
Langkah-langkah pengujian bonding dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengukur spesimen uji meliputi panjang daerah cekam, panjang daerah
uji, dan diameter daerah uji.
2. Menghidupkan mesin uji bonding yang digunakan
3. Memastikan tekanan udara (pneumatic) untuk beban maksimum yang
✠✡ 4. Memasang pencekam (gripp holder) sesuai dengan jenis pengujan dan
spesimen.
5. Memastikan data spesimen uji yang telah diukur pada komputer dan
menetapkan kecepatan pengujian.
6. Memastikan jarak pencekam sesuai dengan panjang minimal daerah
cekaman (gripped length).
7. Memasang spesimen uji, dan memastikan tercekam dengan sempurna
(kuat).
8. Menjalankan mesin uji bonding
9. Setelah patah, menghentikan proses penarikan secepatnya.
10. Mencatat gaya tarik maksimum dan pertambahan panjangnya
11. Pengolahan data-data hasil uji kekuatan bonding.
6. Pengamatan dengan SEM Awal
Prosedur pengujian scanning electrone microscope (SEM) awal untuk melihat kerusakan setelah uji tarik. Langkah untuk pengamatan SEM yang dilakukan
adalah :
1. Pemasangan spesimen pada cawan SEM dengan menggunakan pita karbon
(carbon tape).
2. Pelapisan sisi-sisi spesimen uji dengan carbon ink untuk membantu konduktifitas spesimen uji.
3. Proses pelapisan permukaan spesimen uji dengan platina
☛☞ 5. Penempatan spesimen pada tabung SEM dan dilanjutkan dengan
pengambilan gambar SEM.
6. Pencetakan hasil atau gambar SEM yang telah diambil.
Gambar 12. Pengambilan gambar dengan SEM
7. Pengamatan dengan SEM Patahan
Prosedur pengamatan dengan SEM untuk patahan uji kekuatan bonding sama
seperti pada pengamatan dengan SEM awal, perbedaanya hanya spesimen untuk
pengamatan ini dibuatkan dari daerah patahan uji kekuatan bonding.
8. Jumlah Spesimen Uji
Spesimen uji untuk serat ijuk ini sebanyak 12 sampel, dan berjumlah 4 sampel
untuk setiap perbandingan diameter serat.
Jumlah spesimen dapat dilihat pada tabel 2 di bawah ini
Tabel 4.Jumlah Spesimen uji
Nama Pengujian Diameter (mm)
(0,25 - 0,35) (0,36 - 0,45) (0,46 - 0,55)
Pengujian Bonding 4 4 4
Jumlah 12
40 Untuk pengujian SEM, diambil dua sampel untuk setiap perbandingan diameter.
satu sampel adalah spesimen uji yang memiliki tegangan terendah dan satu
sampel lagi adalah spesimen uji yang memiliki tegangan tertinggi.
Seperti terlihat pada tabel 5.
Tabel 5.Jumlah Spesimen Pengamatan SEM
Nama Pengujian Diameter (mm)
(0,25–0,35) (0,36-0,45) (0,46–0,55)
SEM 2 2 2
41 E. Alur proses pengujian
Gambar 13.Alur Penelitian Tahap Persiapan
Pengamatan Spesimen Dengan SEM
Resin epoxydan
Hardener
Serat Ijuk :
1. Diameter 0,25-0,35mm 2. Diameter 0,36-0,45mm 3. Diameter 0,46-0,55mm
Pembuatan Cetakan
Pembuatan Spesimen Uji Bonding dan Pengamatan SEM
Persiapan Spesimen Uji
Pengujian Uji Bonding
Pengambilan Data dan Analisa
Simpulan
✌ ✍
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. SIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa yang telah dilakukan dalam penelitian
ini, maka didapatkan beberapa simpulan sebagai berikut:
1. Spesimen uji yang memiliki diameter serat 0,25 – 0,35 mm memiliki
tegangan tarik yang paling besar yaitu 93,78 MPa, dan spesimen uji yang
memiliki diameter serat 0,46 – 0,55 mm memiliki tegangan tarik paling
kecil yaitu 44,47 MPa.
2. Serat yang memiliki diameter lebih besar akan memiliki pori-pori lebih
besar juga, dengan semakin besar pori-pori maka kekuatan mekaniknya
akan semakin kecil.
3. Mekanisme kegagalan pada komposit diawali dengan adanya retak pada
matriks, kemudian akan terjadi lepasnya ikatan antara matriks dengan serat
atau disebut dengandebonding, setelah itu komposit akan mengalamifiber pull outdan serat patah menyebabkan gagalnya komposit.
✎ ✏ B. SARAN
Dari hasil penelitian dan pembahasan, masih terdapat spesimen yang kurang
maksimal. Sehingga perlu dilakukan pembuatan dengan teknik yang lebih baik.
Sehingga, beberapa saran yang bisa disampaikan yaitu:
1. Menggunakan diameterfiberyang sebenarnya, tidak menggunakanrange. 2. Pengukuran diameter fiber sebaiknya menggunakan Scanning Electron
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah dan Handiko.G.W.2000.” Aplikasi Komposit GFRP Untuk Komponen Gerbong Kereta Api,INKA.Madiun
Diharjo, Kuncoro. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester. Universitas Negeri Sebelas Maret. Surakarta
Diharjo, K., dan Triyono, t.,2003. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta
Elkurdi, Adel dkk.2003.Evalution of new-old concrete bonding agentsystem by
slant shear testI.Alexandria University.
Gibson, 1994.Principle Of Composite Material Mechanics.New York: Mc Graw Hill,Inc.
Kalpakijan, Serope. Schmid, Steven R. 2001. Manufacturing Engineering and Technology 4th Edition.Prentice Hall. Inc. New Jersey
Kartini, Ratni. 2002. Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Polimer Berpenguat Serat Alam. Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Kurniawati, Fenny T dkk. De-bonding Strength of fiber glass and matrix part I-Static loading. Toyohashi University of Technology
Maloney, T.M., 1997, “ Modern Particle Board And Dry Process Fiber Board Manufacturing”, Miller Freeman, Inc San Fransisco
Michael, H.W., 1998, Stress and Analysis of Fiber Rein Forced Composite Material, Mc Graw Hill International Edition.
Schwardz M.M . 1984.Composite Material Handbook, Mc Graw hill.Singapore. Soemardi, Tresna P. Kusumaningsih, Widjajalaksmi. Irawan, Agustinus Purna.
2009. Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis. Universitas Indonesia. Depok.
Surdia,Tata dkk, S.1992. Pengetahuan Bahan Teknik Cet.2. Pradnya Paramitha. Jakarta .
Widodo, B., 2007.Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi Dengan Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random). Institut Teknologi Nasional. Malang.
www.evercoat.com/imgs/pis/epoxyresin.pdf
