Sifat komposit berpenguat serat buah pinang dengan fraksi volume serat 4%, 6%, 8%, dan 10%

(1)

i

SIFAT KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT BUAH PINANG

DENGAN FRAKSI VOLUME SERAT

4%, 6%, 8% DAN 10%

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh

ALBERTUS GILANG KRISTIAN NIM : 135214024

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

PROPERTIES OF BETEL NUT FIBER REINFORCED

COMPOSITE WITH VOLUME FRACTION

4%, 6%, 8% AND 10%

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By

ALBERTUS GILANG KRISTIAN Student Number : 135214024

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGI FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 13 juli 2017

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

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

Nama : Albertus Gilang Kristian Nomor Mahasiswa : 135214024

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Sifat Komposit Berpenguat Serat Buah Pinang Dengan Fraksi Volume Serat 4%, 6%, 8% Dan 10%.

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Yogyakarta, 13 juli 2017

Yang menyatakan,

(7)

vii

INTISARI

Pohon pinang merupakan tumbuhan yang banyak terdapat di daerah dengan iklim tropis. Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis dan terdapat banyak tumbuhan pinang. Pemanfaatan tumbuhan pinang masih belum optimal dan kurang memberikan nilai ekonomis bagi masyarakat khususnya petani pinang. Pada penelitian ini penulis membuat komposit berpenguat serat buah pinang dengan menggunakan resin epoxy sebagai matriks atau pengikat. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui Sifat komposit khususnya sifat mechanic dari komposit berpenguat serat buah pinang dengan fraksi volume serat 4%, 6%, 8% dan 10%.

Penelitian ini dilakukan secara eksperimen dengan menggunakan serat buah pinang yang disusun secara acak, resin epoxy sebagai pengikat, miror glaze sebagai release agent. Komposit dibuat dengan menggabungkan 4% serat dan 96% resin epoxy hingga seterusnya sampai 10% serat dan 90% resin epoxy di dalam cetakan kaca berukuran 30 mm x 20 mm x 5 mm. Cara pengambilan data adalah dengan melakukan pengujian tarik pada setiap benda uji komposit dengan ASTM D638-14.

Dari penelitian ini didapatkan nilai tegangan komposit rata-rata terbesar terdapat pada variasi fraksi volume serat 6% dengan nilai 3,701 kg/mm² atau 36,31 MPa dan nilai kekuatan tarik rata-rata terkecil pada presentasi volume 8% dengan nilai 3,223 kg/mm2 atau 31,62 MPa. Nilai regangan rata-rata terbesar terdapat pada presentasi volume serat 4% dengan nilai 2,87% dan yang terendah pada presentasi volume 8% dengan nilai 2,27%. Sedangkan nilai modulus rata-rata terbesar terdapat pada komposit berpenguat serat pinang 10% dengan nilai 15,16 MPa.

(8)

viii

ABSTRACT

Betel nut is a plant widely found in areas with a tropical climate. Indonesia is a tropical country and there are many betel nut plant. The use of betel nut plants is still not optimal and lacks the economic value for the community, especially the betel nut farmers. In this research the authors make a composite fiber-figured betel nut using epoxy resin as a matrix. The purpose of this research is to know the composite characteristic, especially the mechanic character of composite with fiber volume fraction 4%, 6%, 8%, and 10%.

This research was conducted experimentally using randomly betel nut fiber, epoxy resin as matrix, mirror glaze as release agent. The composite is made by combining 4% fiber and 96% epoxy resin up to 10% fiber and 90% epoxy resin in a glass mold measuring 30 mm x 20 mm x 5 mm. The method of data collection is by doing tensile test on each composite test object with ASTM D638-14.

From this research, the best average value of tensile strength found in the composite fiber volume fraction of 6% with a value of 3,701 kg/ mm² or 36,31 MPa and the smallest average value tensile strength in volume fraction 8% with a value of 3,223 kg/mm² or 31,62 MPa. The best average value of strain was in the volume fraction of 4% with a value 2,8% and the smallest in the volume fraction of 8% with a value 2,27%. While the average value of the best modulus of elasticity found in composite betel nut fiber with volume fraction 10% with a value of 15,16 MPa.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan Skripsi yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar.

Penulis merasa bahwa penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan banyak hal, seperti pembuatan komposit, pengujian, pengambilan data, dan melakukan pembahasan solusi terhadap masalah yang dihadapi.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi berjudul “Sifat Komposit Berpenguat Serat Buah Pinang Dengan Fraksi Volume Serat 4%, 6%, 8%, dan 10%” ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

(10)

x

4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi S.T., M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik

5. Seluruh staf dan pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini

6. Kedua orang tua, Hamzah dan Rita yang telah memberikan dukungan dan motivasi kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual.

7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyusunan Skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan Skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu kami mengharapkan masukan, kritik, dan saran dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga Skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.

Yogyakarta, 13 juli 2017

(11)

xi

DAFTAR ISI

Hal

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

(12)

xii 2.1.2.2Metal Matrix Composites (MMC) 2.1.2.3 Ceramic Matrix Composites (CMC) 2.1.4 Resin Poliester dan Resin Epoxy

2.1.5 Mekanika Komposit 2.1.6 Fraksi Volume Komposit 2.1.7 Uji Tarik

2.1.7.1 Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan 2.1.8 Kerusakan Pada Komposit

(13)

xiii

(14)

xiv

BAB V PENUTUP ... 70

5.1 Kesimpulan ... 70

5.2 Saran ... 71

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

a. Gambar Benda Uji

b. Gambar Diagram Milimeter Blok

... ... ... ...

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Hal

Gambar 2.1 Komposit Berdasarkan Bentuk Bahan Penguat ... 7

Gambar 2.2 Komposit Partikel ... 7

Gambar 2.3 Komposit Serpih ... 8

Gambar 2.4 Komposit Serat ... 8

Gambar 2.5 Skematik dari Orientasi Komposit Berpenguat Serat ... 14

Gambar 2.6 Formasi Dari Pra-polimer ... 21

Gambar 2.7 Mesin Uji Tarik ... 25

Gambar 2.8 Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Longitudinal ... 29

Gambar 2.9 Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal ... 29

Gambar 2.10 Pinang dan Bagian-bagiannya ... 33 Gambar 3.1

(16)

xvi

Penimbangan Serat dan Pembentukan Pelapisan Cetakan Dengan Mirror Glaze

Pencampuran Epoxy dan Hardener ke Dalam Cetakan Peletakan Serat ke Dalam Resin Epoxy

Pengamatan Dalam Proses Pencetakan Untuk Menghindari Void

Penutupan Cetakan Dengan Kaca

Komposit Setelah Kering dan Dilepas dari Cetakannya Sketsa Standar Uji Tarik

Grafik Kekuatan Tarik Resin Epoxy Grafik Regangan Resin Epoxy

Grafik Modulus Elastisitas Resin Epoxy

Grafik Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 4% Grafik Regangan Komposit Serat Pinang 4%

Grafik Modulus Elastisitas Komposit Serat Pinang 4% Grafik Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 6% Grafik Regangan Komposit Serat Pinang 6%

Grafik Modulus Elastisitas Komposit Serat Pinang 6% Grafik Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 8% Grafik Regangan Komposit Serat Pinang 8%

(17)

xvii

Grafik Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 10% Grafik Regangan Komposit Serat Pinang 10%

Grafik Modulus Elastisitas Komposit Serat Pinang 10%

Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Grafik Regangan Rata-rata

Grafik Modulus Elastisitas Rata-rata

(18)

xviii

Efisiensi Bahan Penguat Dari Komposit Berpenguat Serat Untuk Beberapa Orientasi Serat Dan Pada Beberapa Variasi Arah Dari Penerapan Tegangan (Krenchel, 1964). Stabilitas Termal Dari Beberapa Bahan Pengikat Polimer (Harris, 1999).

Perbedaan Antara Thermoplastik dan Thermoset (Kaw, 2006).

Kelebihan dan Kekurangan Resin Jenis Epoxy (Kartini, 2002).

Mechanical Properties Serat Pinang (Binoj dkk, 2016)

Mencari Massa Jenis Serat. Dimensi Resin Epoxy Kekuatan Tarik Resin Epoxy Regangan Resin Epoxy

Modulus Elastisitas Resin Epoxy

Dimensi Komposit Serat Pinang 4%

Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 4% Regangan Komposit Serat Pinang 4% Modulus Elastisitas Komposit Serat 4%

Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 6% Regangan Komposit Serat Pinang 6%

(19)

xix

Modulus Elastisitas Komposit Serat 6%

(20)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada era saat ini perkembangan energi terbarukan sangatlah cepat dengan berbagai temuan-temuan dan inovasi-inovasi yang menakjubkan, dimana beberapa temuan dan inovasi sangat membantu kehidupan manusia. Energi terbarukan adalah salah satu contoh teknologi yang sesuai dengan kebutuhan penerapan teknologi modern masa kini. Kincir angin merupakan salah satu contoh energi terbarukan yang efisien dan ramah lingkungan.

Dalam memproduksi sudu yang merupakan salah satu komponen kincir angin, bahan merupakan komponen utama yang sangat penting disamping komponen-komponen lainnya. Bahan logam dan non-logam yang digunakan sebagai komponen utama dalam memproduksi kincir angin harus bahan yang baik dan sesuai dengan kriteria tersebut.

(21)

Komposit didefinisikan sebagai penggabungan dua macam material atau lebih dengan fase yang berbeda. Penggabungan di dalam komposit ini adalah penggabungan antara bahan matriks atau pengikat dan reinforcement atau bahan penguat.

Keunggulan komposit dibandingkan dengan bahan logam (Jones, 1999) adalah : 1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat

memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam 2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik

3. Daya redam bunyi yang baik

4. Komposit dapat dirancang terhindar dari korosi.

5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan (appearance) dan kehalusan permukaan yang lebih baik.

Melihat pesatnya perkembangan zaman dan semakin banyaknya tuntutan material bahan teknik, penulis ingin mengembangkan bahan teknik komposit sebagai material yang bisa digunakan untuk membantu memenuhi kebutuhan material yang lebih kuat, lebih ringan dan lebih murah dari bahan logam dengan memanfaatkan serat buah pinang.

(22)

Melihat hal ini penulis mencoba memanfaatkan limbah serat khususnya serat buah pinang yang kurang dimaksimalkan pemanfaatannya menjadi bahan penguat komposit (reinforcement) dan dibuat komposit dengan pengikat (matrik) Epoxy agar serat buah pinang yang tidak terpakai dapat bermanfaat atau bernilai tambah untuk kehidupan manusia. Dengan demikian serat buah pinang akan bernilai jual dan dapat membantu perekonomian petani pinang tentunya.

Judul penelitian ini adalah “Sifat Komposit Berpenguat Serat Buah Pinang Dengan Fraksi Volume Serat 4%, 6%, 8%, 10%. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan komposit sehingga pengguna (User) dapat menggunakan komposit serat buah pinang sesuai dengan kebutuhan material yang diinginkan.

1.2 Rumusan Masalah

(23)

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat :

1. Komposit berpenguat serat buah pinang dengan fraksi volume serat 4%, 6%, 8%, dan 10% dengan orientasi serat disusun secara acak.

2. Resin epoxy tanpa serat.

3. Perbandingan antara komposit berpenguat serat buah pinang dan resin epoxy.

1.4 Batasan Masalah

Pada penelitian ini penulis membatasi masalah pada :

1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah uji tarik.

2. Pada penelitian ini menggunakan serat buah pinang dengan panjang rata-rata 35 mm.

3. Matrik sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy dan resin hardener dengan perbandingan 1 : 1.

4. Pada penelitian ini dilakukan perlakuan kimia serat dengan perendaman NaOH (5%) selama 2 jam dan pengeringan di bawah sinar matahari selama 3 jam. 5. Fraksi volume serat yang digunakan adalah 4%, 6%, 8%, dan 10% dengan

orientasi serat secara acak.

(24)

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian tentang komposit ini adalah :

a. Bagi penulis, dapat menambah wawasan pengetahuan tentang material, terutama tentang komposit.

b. Hasil penelitian dapat dijadikan referensi bagi para pembuat dan para peneliti kincir angin mengenai ketahanan bahan-bahan yang dapat digunakan sebagai blade kincir angin maupun dapat digunakan sebagai alternative bahan

pembuatan bagian interior maupun eksterior pada otomotif.

c. Hasil penelitian bisa dikembangkan lebih lanjut bagi adik-adik kelas.

(25)

6

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori 2.1.1 Komposit

Komposit merupakan gabungan dari dua atau lebih komponen yang menyatu menjadi satu bahan. Komponen pertama disebut dengan matrik, yang berfungsi sebagai pengikat. Matriks dalam suatu komposit berperan untuk mempertahankan posisi dan orientasi serat serta melindunginya dari pengaruh lingkungan. Sedangkan komponen yang kedua disebut dengan reinforcement yang memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Reinforcement atau penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada komponen matriksnya. Sehingga melalui pencampuran kedua material yang berbeda tersebut maka akan membentuk material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan sifat yang diinginkan dari material pembentuknya. Unsur utama penyusun komposit adalah serat, serat merupakan penentu sifat komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain.

2.1.2 Klasifikasi Komposit

(26)

(a) (b) (c)

Gambar 2.1 Komposit Berdasarkan Bentuk Bahan Penguat. (a) Komposit Berpenguat Partikel, (b) Komposit Berpenguat Serpihan, (c) Komposit

Berpenguat Serat (Kaw,2006). a. Komposit Partikel (Particulate Composites)

Komposit pertikel adalah salah satu jenis komposit dimana dalam matriksnya ditambahkan material lain berupa serbuk/butir. Dalam komposit

material penambah terdistribusi secara acak atau kurang terkontrol daripada komposit serpih. Sebagai contoh adalah beton. Gambar 2.2 di bawah ini memperlihatkan komposit berpenguat partikel.

Gambar 2.2 Komposit Partikel (Schwartz, 1984)

b. Komposit Serpihan

(27)

mudah dan hanya beberapa bahan yang tersedia untuk digunakan. Bentuk komposit serpihan ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Komposit Serpih (Schwartz, 1984)

c. Komposit Serat (Fibre Composites)

Merupakan komposit yang hanya terdiri dari satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat. Serat yang digunakan dapat berupa serat gelas, serat karbon, dan lain sebagainya. Serat ini disusun secara acak maupun secara orientasi tertentu bahkan dapat juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. (Schwartz, 1984). Dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Komposit Serat (Kaw, 2006) 2.1.2.1 Polymer Matrix Composites (PMC)

(28)

contoh, komposit epoksi grafit kurang lebih lima kali lebih kuat dari baja pada berat yang sama. Alasan mengapa menjadi komposit pada umumnya karena biaya rendah, kekuatan tinggi dan prinsip pembuatan yang mudah (Kaw, 2006).

Komposit berpengikat polimer terdiri dari resin polimer sebagai pengikat dan serat sebagai penguat sedang. Bahan tersebut digunakan pada kebanyakan industri yang menggunakan komposit, dengan jumlah yang besar, pada temperature ruangan, mudah dibentuk, dan murah (Callister dan Rethwisch, 2014).

Komposit berpengikat polimer telah ditetapkan sebagai struktur bahan teknik. Bukan hanya keingintahuan secara laboratorium atau bahan yang murah untuk membuat kursi dan meja. Hal ini muncul bukan untuk memperkenalkan serat berperforma tinggi seperti karbon, boron dan aramid tetapi juga karena beberapa bahan pengikat yang ditingkatkan dan baru. Namun, polimer berpenguat serat gelas mewakili kelas komposit berpengikat polimer terkuat. Komposit berpengikat polimer dengan penguat serat karbon mungkin adalah komposit yang paling penting, terkhusus bagi bidang udara atau angkasa (Chawla, 1998).

Lingkupan yang luas dari proses untuk membuat bahan plastik berpenguat merupakan hal yang baru dan secara terpisah pembuatan bahan polimer biasa adalah metode yang mapan. Cara penggabungan serat dan pengikat pada bahan komposit tergantung secara khusus pada kebutuhan dan ukuran dari struktur yang akan dibuat (Harris, 1999).

(29)

Komposit berpengikat logam terdiri dari sebuah logam atau campuran sebagai pengikat yang bersambungan dan penguatnya dapat berupa partikel, serat pendek atau rambut dan serat panjang (Chawla, 1998).

Atribut dasar dari bahan logam dengan penguat partikel keramik keras atau serat untuk meningkatkan kekuatan dan kekakuan, meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan dan mulur, dan meningkatkan kekerasan, tahan terhadap pemakaian dan abrasi, digabungkan dengan kemungkinan untuk bekerja pada temperature yang lebih tinggi dari pada logam tanpa penguat (atau dibandingkan

dengan plastik berpenguat). Sifat ini menawarkan potensi untuk pengembangan penerapan pompa dan mesin, termasuk badan kompresor, baling-baling dan rotor, lengan piston dan rangkaiannya, dan banyak lagi (Harris, 1999).

Komposit berpengikat logam, seperti namanya maka bahan pengikatnya adalah logam. Contoh bahan pengikat pada komposit seperti aluminium, magnesium, dan titanium. Serat khusus seperti karbon dan silicon karbida. Logam pada dasarnya diberikan penguat untuk menambah atau mengurangi sifatnya untuk disesuaikan dengan kebutuhan rancangan. Contohnya, kekakuan yang cukup elastic dan kekuatan dari logam dapat ditingkatkan dan ekspansi koefisien temperature yang besar dan konduktivitas temperature dan listrik dari logam dapat dikurangi, dengan menambahkan serat seperti silicon karbida (Kaw, 2006).

(30)

koduktivitas termal, dan ukuran yang stabil. Beberapa keuntungan yang melebihi komposit berpengikat polimer termasuk penggunaan pada temperature yang tinggi, tak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap degradasi yang terjadi oleh cairan organic. Komposit berpengikat logam jauh lebih mahal dari komposit berpengikat polimer dan dengan alasan tersebut maka penggunaan komposit berpengikat logam menjadi terbatas (Callister dan Rethwisch, 2014).

2.1.2.3Ceramic Matrix Composites (CMC)

Bahan keramik ulet untuk teroksidasi dan merosot pada temperature yang tidak stabil, yang mana tidak dapat retak karena getas, beberapa dari bahan ini dapat menjadi kandidat ideal untuk penggunaan di temperature tinggi dan ketegangan berat, secara spesifik untuk komponen kendaraan mobil dan turbin mesin pesawat (Callister dan Rethwisch, 2014) .

Proses fabrikasi begitu rumit dan harus dengan hati-hati karena sensitifitas yang tak dapat dihindari dari sifat bahan pada mikrostrukturnya yang dikontrol dari kondisi dan interaksi pengerjaan. Banyak dari pekerjaan komposit berpengikat keramik terbaru di Amerika Serikat, Jepang dan Eropa dengan besar diikuti rute yang relative terkenal untuk mencoba untuk member penguatan pada kaca-kaca dan keramik kaca. Peningkatan substansial pada sifat mekanis telah tercapai dengan membandingankan komposit serat karbon atau kaca diawal (Harris, 1999).

Penting untuk menandai usaha pengembangan pada bidang komposit berpengikat keramik adalah paling sering dibutuhkan untuk penggunaan pada temperature tinggi pada industri penerbangan, ada banyak cabang keteknikkan

(31)

dibutuhkan komponen ekonomis memiliki sifat mekanis yang baik dan tahan aus dan korosi, pada penggabungan kejut yang memadai dan tahan terhadap kejut termal pada sedikit kenaikan atau temperature normal (Floyd dkk, 1993).

Bahan keramik pada umumnya memiliki paket sifat yang menarik: kekuatan tinggi dan kekakuan tinggi pada temperature yang sangat tinggi, reaksi kimia yang lambat, densitas yang rendah dan masih banyak lagi. Paket menarik ini dirusak oleh satu kekurangan yang mematikan yaitu ketangguhan yang kacau balau. Bahan ini mudah terjadi kegagalan yang besar dengan kehadiran kekurangan tersebut (dari permukaan maupun dari dalam). Bahan ini secara ekstrim dapat dengan mudah terkena kejutan termal dan dengan mudah rusak saat pembuatannya dan atau pelayanannya. Untuk itu dapat dimengerti atas banyak pertimbangan pada komposit berpengikat keramik ini untuk mentangguhkan keramik dengan menggabungkan serat ke dalamnya dan juga mencari kekuatan pada temperature yang tinggi dan tahan terhadap kondisi lingkungan dari keramik tanpa meresikokan kegagalan yang besar (Chawla, 1998).

2.1.2.4Komposit Berpenguat Serat

Serat adalah unsur utama pada bahan komposit berpenguat serat. Serat menempati fraksi volume terbesar pada lapisan komposit dan membagi porsi yang besar dari beban pada struktur komposit. menurut (Mallick, 2007) pemilihan yang tepat dari serat, tipe, volume fraksi serat, panjang serat dan orientasi serat sangatlah penting, serat mempengaruhi beberapa sifat dari lapisan komposit seperti:

1. Densitas

(32)

3. Kekuatan dan modulus tekan

4. Kekuatan terhadap kegagalan oleh kelelahan yang baik 5. Konduktivitas termal dan listrik.

6. Biaya.

Serat mempunyai panjang yang signifikan, sehingga serat dapat dengan mudah disejajarkan pada satu arah untuk menyediakan penguatan yang selektif pada bahan yang lain. Serat mengandung banyak bentuk panjang, dan oleh karena itu serat memiliki kemungkinan ketidaksempurnaan. Sifat kekuatan serat adalah variable yang acak. Mengetes 10,000 serat dapat menghasilkan 10,000 nilai kekuatan yang berbeda. Data kekuatan yang tidak seragam untuk membentuk kemungkinan pendistribusian kekuatan tersebut. Kekuatan rata-rata dan menyebar (bervariasi) menjadi jumlah yang penting dalam menentukan sifat dari suatu serat. Karena kekuatan serat yang acak secara alami, banyak penelitian mencoba metode kemungkinan untuk mempelajari kekuatan bahan komposit tersebut (Hyer, 1998).

(33)

(a) (b) (c) Gambar 2.5 Skematik Dari Orientasi Komposit Berpenguat Serat Secara (a)

Sejajar dan Panjang, (b) Sejajar dan Putus-putus, (c) Acak dan Putus-putus (Callister dan Rethwisch, 2014).

2.1.2.5Komposit Serat Panjang dan Sejajar

Respon mekanis dari komposit tipe ini bergantung pada beberapa faktor dan termasuk dalam kelakuan tegang dan renggang dari fase serat dan pengikat, fase fraksi volume dan arah dimana tegangan dan beban terjadi. Lebih jauh lagi, sifat dari komposit memiliki serat yang sejajar merupakan anisotropis yang tinggi, maka dari itu serat bergantung pada orientasi dimana mereka diukur.

2.1.2.6Komposit Serat Sejajar dan Putus-putus

(34)

elastisitas mendekati 90% dan kekuatan tarik yang mendekati 50% dari serat panjang dengan bahan yang sama.

2.1.2.7Komposit Serat Putus-putus dan Orientasi Secara Acak

Secara normal, ketika serat diorientasikan secara acak, pendek dan serat putus-putus digunakan, bahan penguat pada tipe ini secara skematis ditunjukan pada Gambar 2.5(c). Untuk bahan penguat serat secara acak (dengan penguat orientasi penguat serat secara acak), modulus bertambah dengan bertambahnya fraksi volume serat. Jenis komposit ini yang akan dibahas dalam tugas akhir ini. Dibawah ini adalah Tabel 2.1 yang menjabarkan efisiensi bahan penguat dari komposit berpenguat serat untuk beberapa orientsi serat dan pada beberapa variasi arah dari penerapan tegangan.

Tabel 2.1 Efisiensi Bahan Penguat Dari Komposit Berpenguat Serat Untuk Beberapa Orientasi Serat dan Pada Beberapa Variasi Arah Dari Penerapan

Tegangan (Krenchel, 1964).

Orientasi Serat Arah Tegangan Efisiensi bahan Penguat

Seluruh serat secara parallel

Parallel pada serat Tegak lurus pada

serat

1 0 Serat secara acak dan seragam

didistribusikan pada bidang yang spesifik

Arah manapun pada

(35)

Serat secara acak dan seragam didistribusikan pada bidang tiga

dimensi

Arah manapun 1/5

Pertimbangan dari orientasi dan panjang serat untuk komposit tertentu bergantung pada level dan penerapan tegangan alami sesuai dengan biaya pembuatan. Laju produksi untuk komposit serat pendek (orientasi secara sejajar maupun acak) begitu cepat, dan bentuk yang rumit dapat dibentuk dibandingkan dengan bahan penguat serat lurus panjang (Callister dan Rethwisch, 2014).

2.1.3 Polimer

Polimer didefinisikan sebagai rangkaian panjang molekul yang mengandung satu atau lebih dari pengulangan atom-atom, digabungkan bersama oleh ikatan kovalen yang kuat. Bahan polimer (biasanya disebut plastik) adalah kumpulan dari banyaknya molekul-molekul polimer dengan struktur kimia yang sama (tapi tidak sama panjang). Polimer secara struktur jauh lebih rumit dibandingkan dengan logam dan keramik. Polimer biayanya murah dan mudah dibentuk. Tetapi polimer memiliki kekuatan dan modulus yang rendah dan penggunaan dibatasi pada temperature rendah. Polimer secara umum lebih tahan terhadap reaksi kimia dibandingkan dengan logam. Proses pembentukan molekul besar dari yang kecil disebut polimerisasi, yang adalah proses dari penggabungan banyak monomer-monomer, membentuk blok kemudian terbentuk polimer (Chawla, 1998).

(36)

poly-ether-ether-ketone (dikenal sebagai PEEK) terdegradasi oleh temperature

diatas 300O_{C, seperti yang diilustrasikan pada Tabel 2.2. di bawah ini tidak ada satu} pun bahan penguat yang dapat melawan degradasi secara kimia, tetapi penghubungan jatuh pada kekuatan dan bertambahnya deformasi ketergantungan waktu (mulur atau laju elastis), fitur yang biasanya terdapat pada semua polimer, resin dengan sistem rangkaian silang lebih rendah dari termoplastik yang dapat di kurangi dengan bahan penguat serat. Masalah yang lebih serius dari polimer adalah kekuatan dan kekakuan mekanis yang sangat rendah dalam bentuk pejal, dan seperti logam kelemahan plastik yaitu keuletan tetapi kelebihan terdapat pada kegetasan (Harris, 1999).

Tabel 2.2 Stabilitas Termal Dari Beberapa Bahan Pengikat Polimer (Harris, 1999).

(37)

Poly(phenylene

Thermoplastic polyimide TPI No 270 240

2.1.3.1Polimer Thermoset dan Thermoplastic.

Polimer yang sering dipakai adalah polimer yang sering disebut dengan plastik. Plastik dibagi dalam dua kategori menurut sifat-sifatnya terhadap suhu, yaitu:

1. Thermoset

Resin thermoset merupakan bahan yang tidak dapat mencair atau lunak kembali apabila dipanaskan. Resin thermoset tidak dapat didaur ulang karena telah membentuk ikatan silang antara rantai-rantai molekulnya. Sifat mekanisnya bergantung pada unsur molekuler yang membentuk jaringan, rapat serta panjang jaringan silang [Humaidi, 1998]. Contohnya: Polyester, Epoxy, Phenolic, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI).

2. Thermoplastic

(38)

Di bawah ini adalah Tabel 2.3 yang menjabarkan perbedaan antara polimer Thermoplastic dan Thermoset.

Tabel 2.3 Perbedaan antara Thermoplastik dan Thermoset (Kaw, 2006).

Thermoplastics Thermoset

Soften on heating and pressure, and thus easy to

repair Decompose on heating

High strains to failure Low strains to failure

Indefinite shelf life Definite shelf life

Can be reprocessed Cannot be reprocessed

Not tacky and easy to handle Tacky

Short cure cycles Long cure cycles

Higher fabrication temperature and viscosities have made it difficult to proces

Lower fabrication temperature

Excellent solvent resistance Fair solvent resistante

2.1.4 Resin Poliester dan Resin Epoksi

Dalam pembuatan komposit, resin yang banyak digunakan adalah dari jenis polimer thermoset yang terdiri dari:

a. Resin Poliester

Resin polyester paling banyak digunakan, terutama untk aplikasi konstruksi ringan, selain itu harganya pun murah. Resin ini mempunyai sifat yang khas, yaitu dapat di warnai, transparan, dapat dibuat kaku dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Polyester dapat digunakan pada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel resin dan keperluannya [Schwartz, 1984].

b. Resin Epoksi

(39)

thermoset. Bahan epoxy mempunyai sifat tidak bisa meleleh, tidak bisa di olah kembali, dan atomnya berikatan kuat sekali. Epoxy sangat baik sebagai bahan matriks pada pembuatan bahan komposit.

Resin epoksi disiapkan dari molekul oligomer ringan yang mengandung dua atau lebih grup molekul epoksi. Oligomer yang paling sering adalah diglycidyl ethers, atau secara khusus diglycidyl ethers dari bisphenol A (DGEBA). DGEBA adalah produk dari reaksi kondensasi

antara epichlorohydrin dan bisphenol A (lihat Gambar 2.6). dibandingkan dengan poliester, resin epoksi tidak sensitif untuk menyerap kelembaban dan menunjukan performa mekanis dan termal yang unggul, tetapi pembuatan dan pengeringan dari epoksi lebih lambat dan harga dari resin lebih mahal daripada poliester (Akay, 2015). Pada Tabel 2.4. Menjabarkan tentang kelebihan dan kekurangan resin jenis epoxy.

Gambar 2.6 Formasi dari Pra-polimer Epoksi (Akay, 2015). Tabel 2.4 Kelebihan dan Kekurangan Resin Jenis Epoxy (Kartini, 2002).

(40)

Ringan, sehingga dapat menurunkan biaya instalasi

Mudah mengalami proses penuaan (aging) dan degradasi pada permukaan akibat adanya stress listrik dan termal. Tahan polusi Proses pembuatan lebih mahal

dibandingkan dengan isolator keramik dan gelas

Bersifat hidrofobik Bersifat getas Memiliki kekuatan dielektrik

yang baik.

Meskipun epoksi lebih mahal dibandingkan dengan bahan pengikat polimer lainnya, tapi epoksi adalah komposit berpengikat polimer yang paling populer. 2.1.5 Mekanika Komposit

Bahan komposit terdiri dari dua atau lebih bahan pokok, perancangan dan analisa dari bahan serupa berbeda dari bahan-bahan konvensional seperti logam. Pendekatan untuk menganalisa sifat mekanis dari struktur komposit antara lain: a) Menemukan sifat lapisan komposit rata-rata dari sifat masing-masing bahan

(41)

b) Pengembangan dari hubungan tegangan regangan untuk lamina searah atau tak searah. Pembebanan dapat diterapkan sekitar arah utama simetri lamina atau diluar sumbu. Juga, satu pengembangan hubungan untuk kekakuan, termal dan koefisien ekspansi kelembaban dan kekuatan dari sudut lapisan. Teori kegagalan dari lamina berdasarkan tegangan didalam lamina dan sifat kekuatan dari lamina. Hal ini disebut dengan macromechanics dari lamina. Struktur yang dibuat dari bahan komposit pada umumnya adalah struktur lapisan-lapisan lamina dibuat dari beberapa variasi lamina-lamina yang ditumpuk pada satu sama lain. Mengetahui sifat mekanis makro dari sebuah lamina, yang mengembangkan sifat mekanis makro dari laminat (lapisan-lapisan lamina). Kekakuan, kekuatan dan koefisiensi ekspansi suhu dan kelembaban dapat ditemukan pada keseluruhan laminat. Kegagalan laminat didasari oleh ketegangan dan penerapan dari teori kegagalan pada setiap lapisan. Pengetahuan analisa dari komposit dapat nantinya membentuk dasar dari perancangan mekanis pada struktur bahan komposit (Kaw, 2006).

Bahan material memiliki banyak sifat-sifat mekanikal yang berbeda dari kebanyakan bahan teknik konvensional. Beberapa sifat hanyalah modifikasi dari sifat konvensional, sedangkan yang lainnya sepenuhnya baru dan membutuhkan analisa baru dan prosedur eksperimental. Kebanyakan bahan teknik bersifat homogen dan isotropik:

(42)

b) Benda isotropi memiliki sifat bahan yang sama disetiap arah pada setiap titik didalam benda. Contohnya, sifatnya yang dapat dengan sendirinya menentukan orientasi pada titik didalam benda.

Dikarenakan heterogen alami yang tidak melekat dari bahan komposit, maka dengan tepat dipelajari dari dua titik konsentrasi; mikromekanis dan makromekanis:

1. Mikromekanis adalah penelitian dari sifat bahan komposit yang mana interaksi dari bahan utama yang diuji pada skala mikroskopis untuk menentukan efek pada sifat dari bahan komposit.

2. Makromekanis adalah penelitian dari sifat bahan komposit yang mana bahan tersebut diduga bersifat homogen dan efek dari bahan utama yang terdeteksi hanya sebagai sifat makroskopik nyata yang dirata-ratakan pada bahan komposit (Jones, 1999).

(43)

2.1.6 Fraksi Volume Komposit

Dibawah ini adalah perhitungan pencampuran bahan komposit berdasarkan fraksi volume bahan pengikat (matrik) dan volume serat:

Misal :

V r = % reinforcement V m =% matrik

V h =% hardener V com = 1

Maka persamaanya dapat dituliskan sebagai berikut : V r + V m + V h = 1

2.1.7 Uji Tarik

Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengujian tarik. Pengujian tarik adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik epoksi, maupun komposit berpenguat serat. Cara pengujian:

1. Menghidupkan mesin uji tarik dan mengecek mesin. 2. Menjepit benda uji pada grip penjepit mesin uji tarik.

3. Memberikan pembebanan perlahan-lahan secara bertahap meningkat sampai suatu beban tertentu dan material benda uji patah.

4. Memberikan beban tarik pada benda uji yang akan menimbulkan pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji.

(44)

Mesin uji tarik ditunjukkan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7. Mesin Uji Tarik. 2.1.7.1Rumus Perhitungan Tegangan dan Regangan

Tegangan adalah struktur mekanis yang menerima gaya eksternal, yang mana bertindak diatas benda sebagai gaya permukaan (contohnya, membengkokkan sebuah tongkat) dan gaya benda (contohnya, berat dari tiang telefon yang berdiri secara vertikal). Gaya-gaya ini pada seluruh titik didalam benda diperlukan karena gaya tersebut butuh lebih kecil dibandingkan dengan kekuatan dari bahan yang digunakan pada struktur. Tegangan didefinisikan sebagai intensitas dari beban per area, menentukan pengetahuan ini karena kekuatan dari sebuah bahan pada hakekatnya diketahui dalam istilah tegangan.

(45)

berubah. Permukaan dari kubus juga dapat berubah. Perubahan panjang dapat disamakan dengan regangan normal dan perubahan bentuk dapat disamakan dengan regangan geser (Kaw, 2006).

Hubungan antara tegangan dan regangan pada beban tarik ditentukan sebagai berikut:

Tegangan :

P = σx Aₒ Atau

σ =_�P

�

Dengan :

P = Beban yang diberikan dalam arah tegak lurus terhadap penampang spesimen (kg)

Aₒ = Luas penampang mula spesimen sebelum diberi beban (mm2₎ σ = Kekuatan tarik (kg/mm2)

Regangan dinyatakan sebagai :

Ԑ = ∆�_�

�

Dengan :

Ԑ = Engineerin Strain (regangan)

��= Panjang mula-mula spesimen

∆� = Penambahan panjang

(46)

Seperti semua bahan, komposit juga dapat gagal. Perbedaan yang penting dengan menghormati bahan yang isotropis dimana ada banyak dasar dari mekanisme kegagalan. Ini berkaitan dengan beban dan struktur laminat. Beberapa mekanisme kegagalan yang terjadi pada komposit:

 Sobekan (Splitting)

 Delaminasi (Delamination)  Tertekuk (Buckling)  Kelelahan (Fatigue)

 Kerusakan impak (Impact Damage)  Mulur dan stress relaxation

Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya suatu bahan komposit, yaitu pembebanan tarik tekan baik dalam arah longitudinal maupun transversal, serta geser.

2.1.8.1Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal

Pada bahan komposit yang akan diberi beban tarik searah serat, keruskan bermula dari serat-serat yang patah pada penampang terlemah. Semakin besar beban, akan semakin banyak pula serat yang patah. Pada kebanyakan kasus, serat tidak patah sekaligus secara bersamaan. Apabila serat yang patah semakin banyak, maka akan terjadi beberapa kemungkinan dan ditunjukan pada Gambar 2.8. a. Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar,

(47)

yang disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas (brittle failure).

b. Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul di ujung, serat dapat terlepas dari matrik (debonding) dan komposit akan rusak tegak lurus arah serat.

c. Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang tempatdisertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa patahan seperti sikat (brush type).

Gambar 2.8. Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Longitudinal (Sumber: Adiyono, 1996)

2.1.8.2Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal.

(48)

a. Kegagalan tarik matrik

b. Debonding pada interface antara serat dan matrik

Gambar 2.9. Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal (Sumber: Bambang Kismono Hadi, 2000:41)

2.1.8.3Kerusakan Internal Mikroskopik

Definisi kerusakan suatu bahan disesuaikan dengan kebutuhan. Beberapa struktur dapat dianggap rusak apabila terjadi kerusakan total. Namun untuk struktur tertentu, deformasi yang sangat kecil sudah dapat dianggap sebagai kerusakan.

Hal ini sangat dapat terjadi pada komposit. Pada bahan ini, kerusakan internal mikroskopik dapat jauh terjadi sebelum kerusakan yang sebernarnya terjadi. Kerusakan mikroskopik yang terjadi pada komposit dapat berupa:

a. Patah pada serat (fiber breaking)

b. Retak mikro pada matrik (matrix micro crack) c. Terkelupasnya serat dari matrik (debonding)

d. Terlepasnya lamina satu dengan yang lainnya (delamination)

(49)

tarik) tidak lagi linear, atau ketika bahan tersebut telah rusak total. Hal ini berlaku baik pada komposit satu lapis (lamina) maupun laminat.

2.1.9 Tumbuhan Pinang

Pinang merupakan tanaman yang sekeluarga dengan kelapa. Salah satu jenis tumbuhan monokotil ini tergolong palem-paleman. Secara rinci, sistematika pinang diuraikan sebagai berikut:

Divisi : Plantae Kelas : Monokotil Ordo : Arecales

Famili : Arecaceae atau Palmae Genus : Areca

Spesies :Areca catechu L

2.1.9.1Kandungan kimia pinang

Biji buah pinang mengandung alkaloid, seperti arekolin (C

(50)

mempunyai efek antibakteri, antivirus, antikarsinogenik, anti-inflamasi, anti-alergi, dan vasodilatasi. Tanaman pinang berpotensi antikanker karena memiliki efek antioksidan, dan antimutagenik.

Maskromo dan Miftahorrochman (2007) menyatakan batang pinang mengandung beberapa kandungan yang sama dengan buahnya. Batang pinang mengandung alkaloid, tanin, kanji, resin, karbohidrat, dan arekolin. Menurut Nugroho dkk. (2004) batang kelapa bagian atas dan bagian dalam banyak mengandung gula dan pati sehingga proses ekstraksi membuat sebagian gula dan pati akan terlarut. Distribusi holoselulosa pada kelapa baik secara longitudinal maupun lateral memiliki kecenderungan tidak beraturan.

2.1.9.2Morfologi tumbuhan

(51)

Gambar 2.10. Pinang dan bagian-bagiannya (Sumber: http://www.wikipedia.co.id/pinang)

2.1.9.3Serat Pinang

(52)

Tabel 2.5 Mechanical Properties Serat Pinang (Bino dkk, 2016) Tensile Strenght (MPa) Young’s modulus (GPa) Elongation (%)

147-322 1,142-3,155 10,23-13,15

Dalam penelitian ini serat pinang direndam untuk memisahkan lignin dari serat pinang. Serat pinang itu juga dapat diolah secara kimia untuk meningkatkan sifat mekanik menggunakan NaOH. Di antara semua serat alam, pinang tampaknya merupakan bahan yang menjanjikan karena murah, ketersediaan melimpah dan tanaman yang berpotensial tinggi. Volume serat pinang mencapai 30% - 45% dari total volume buah.

2.2 Tinjauan Pustaka

Mastur Azizul (2016) telah melakukan penelitian yang berjudul ‘Pengaruh Fraksi Volume Serat Buah Pinang Pada Komposit Terhadap Kekuatan Mekanik’

(53)

(54)

Bifel (2005) melakukan penelitian yang berjudul ‘Pengaruh Perlakuan Alkali Serat Sabut Kelapa terhadap Kekuatan Tarik Komposit Polyester’ yang bertujuan untuk meningkatkan gaya ikat antara serat sabut kelapa dengan matrik dengan menggunakan perlakuan alkali serat sebelum dipergunakan. Perlakuan alkali dengan melakukan perendaman serat sabut kelapa didalam larutan NaOH 5% selama (2, 4, 6, 8) jam. Setelah dicuci dan dikeringkan serat sabut kelapa dipergunakan sebagai penguat pada komposit matrik polyester 60 %. Hasil yang diperoleh dari pengujian tarik pada penelitian ini menunjukan bahwa dengan fraksi Volume melakukan perendaman serat sabut kelapa kedalam larutan 5% NaOH selama 2 jam dengan harga kekuatan tarik yang optimal dengan nilai 21,075 Mpa. Hal ini juga terbukti dari hasil foto makro penampang patahan, yaitu terjadi patahan komposit untuk waktu perendaman 6 jam dan 8 jam, fiber pull out. Sedangkan pada waktu perendaman selama 2 jam dan 4 jam, jenis patahan getas.

(55)

37

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Proses penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1 sebagai berikut :

Gambar 3.1 Skema Penelitian. Pembelian bahan

Resin Epoksi Cetakan Kaca Pinang

Pembuatan benda uji : 1. Resin tanpa serat

2. Komposit dengan fraksi volume serat 4%, 6%, 8%, dan 10% dengan orientasi serat disusun secara acak.

3. Pemotongan benda uji sesuai dengan ASTM

Uji tarik

Hasil penelitian

Pembahasan

Kesimpulan Kajian pustaka

NaOH

(56)

3.2 Persiapan Penelitian

Sebelum memulai pengujian, mempersiapkan semua yang dibutuhkan dalam pembuatan benda uji adalah hal yang pokok. Pertama-tama adalah menentukan tempat pembuatan benda uji, kemudian membeli alat dan bahan yang dibutuhkan selama proses pembuatan sampai finishing. Setelah itu dilakukan pengukuran untuk mengetahui seberapa banyak bahan yang dipakai untuk membuat benda uji.

3.2.1 Alat-alat Yang Digunakan.

Alat-alat yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serat buah pinang ini ditampilkan pada Gambar 3.2.

a. Timbangan Digital b. Cetakan Kaca 30 x 20 x 0,5 cm

c. Stik es krim d. Gerinda

(57)

g. Kikir dan Tanggem h. Sarung Tangan Karet

i. Gelas Ukur 1000 cc j. Gelas Plastik

k. Penggaris l. Jangka Sorong

(58)

3.2.2 Bahan-bahan Yang Digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit berpenguat serat buah pinang adalah sebagai berikut:

a) Serat Buah Pinang

Serat yang dipakai dalam pembuatan benda uji adalah serat buah pinang yang dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Serat Pinang b) Resin Epoxy dan Hardener.

Jenis resin yang digunakan dalam pembuatan benda uji adalah jenis resin epoxy yang akan di campurkan dengan pengeras hardener, yang dapat dilihat pada

Gambar 3.4.

a b

(59)

c) Release Ag ent

Release agent adalah bahan untuk mempermudah melepas komposit pada

cetakan. Release agent yang digunakan adalah Release agent Miror Glaze yang dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Release Agent d) NaOH

NaOH yang digunakan berupa kristal yang akan dilaurkan dengan air. NaOH dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6. NaOH Kristal 3.3 Perhitungan Komposisi Komposit

(60)

dihitung pula dengan menggunakan fraksi volume cetakan dengan perbandingan epoxy : hardener yaitu 1:1. Berikut ini cara perhitungan yang dilakukan:

a) Mencari Massa Jenis Serat Buah Pinang. Dengan perhitungan:

ρ = massa total-massa awal / volume

a. Langkah pertama adalah menyiapkan serat buah pinang yang telah dibersihkan dan diberi perlakuan alkali.

b. Menyiapkan suntikan, dan menimbang massa suntikan

c. Memasukan serat ke dalam suntikan dengan volume yang telah ditentukan d. Menimbang massa total.

e. Melakukan perhitungan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Mencari Massa Jenis Serat no Volume

b) Menghitung Volume Cetakan

Dengan asumsi:

Volume cetakan = volume komposit total

Vcet = Vkomp

(61)

�� = 20 �� × 30 �� × 0,5 ��

= 300 cm³

c) Menghitung perbandingan serat buah pinang dengan fraksi 4% dan resin 96%. Rumus: Massa Serat = Vc x 4% x �

= 300 x 4 x 0.373 = 4,47 gram. Massa Epoxy = 96% x Vc

= 96 % x 300 = 288 cm³

Dengan perbandingan Resin Epoxy dan Hardener 1 : 1 maka massa Epoxy : = 288/2

= 144 cm³ epoxy = 144 cm³ Hardener

d) Menghitung perbandingan serat buah pinang dengan fraksi 6% dan resin 94%. Rumus: Massa Serat = Vc x 6% x �

= 94 % x 300 = 282 cm³

(62)

= 141 cm³ Hardener

e) Menghitung perbandingan serat buah pinang dengan fraksi 8% dan resin 92%. Rumus: Massa Serat = Vc x 8% x �

= 92 % x 300 = 276 cm³

= 138 cm³ epoxy = 138 cm³ Hardener

f) Menghitung perbandingan serat buah pinang dengan fraksi 10% & resin 90%. Rumus: Massa Serat = Vc x 10% x �

= 90 % x 300 = 270 cm³

(63)

3.4 Proses Pembuatan Komposit

Proses dari pembuatan komposit terlebih dahulu mempersiapkan cetakan dan juga mempersiapkan serat yang telah dikenakan perlakukan NaOH. Setelah persiapan awal tersebut dilakukan maka proses selanjutnya adalah proses pencetakan komposit. Pencetakan komposit dilakukan dengan menggunakan metode hand laminating (hand lay up). Standar ukur yang digunakan dalam penelitian adalah ASTM D638-14. Pengujian dilakukan dengan uji tarik yang dilakukan di Laboratorium Logam Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Benda uji yang akan di uji berjumlah enam buah pada setiap variasi. Berikut ini adalah langkah-langkah yang dilakukan:

a. Dilakukan perhitungan massa resin yang akan digunakan sebagai acuan 100%. Hal ini dilakukan dengan cara menghitung volume epoxy resin + epoxy hardener sesuai degan volume cetakan (30 x 20 x 0.5 cm). hasil

perhitungan yang didapati dijabarkan pada sub bab 3.3 Perhitungan komposisi komposit.

b. Merendam serat dengan NaOH sebanyak 5% selama 2 jam dan pengeringan di bawah sinar matahari selama 3 jam. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7.

(64)

c. Serat yang sudah dikenakan perlakuan NaOH kemudian ditimbang sesuai dengan variasinya (4%, 6%, 8% dan 10%) dan dibentuk dengan ukuran 30 x 20 x 0.5 cm sesuai dengan ukuran cetakan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.

a b

Gambar 3.8. a.Penimbangan Serat Sesuai Dengan Variasi Fraksi Volume. b.Pembentukan Serat Sesuai Cetakan

d. Langkah selanjutnya adalah cetakan dibersihkan kemudian diberi mirror glaze sebagai release agent agar hasil cetakan mudah dilepas dari cetakan.

Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9. Pelapisan Cetakan Dengan Mirror Glaze

(65)

a b

Gambar 3.10. a.Pencampuran Epoxy dan Hardener. b. Penuangan 1/5 Resin ke Dalam Cetakan

f. Setelah lapisan resin yang pertama dilakukan peletakan serat ke dalam cetakan, kemudian resin yang masih ada dituang semuanya ke dalam cetakan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11. Peletakan Serat ke Dalam Resin Epoxy

g. Kemudian serat ditekan-tekan menggunakan spatula atau sumpit agar udara atau celah yang masih ada bisa tertupi dengan baik supaya tidak menjadi void. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.12.

Gambar 3.12. Pengamatan Dalam Proses Pencetakan Untuk Menghindari Void.

(66)

i. Dilakukan penutupan cetakan dengan menggunakan kaca yang ditekan agar hasil permukaan bisa menjadi rata. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13. Penutupan Cetakan Dengan Kaca.

j. Tunggu komposit mengalami proses pengeringan. Lama waktu pengeringan yang dibutuhkan adalah ± 24 jam.

k. Setelah komposit kering, komposit dilepaskan dari cetakannya. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14. Komposit Setelah Kering dan Dilepas Dari Cetakannya. l. Komposit diukur, dipotong dan dibentuk sesuai dengan standar yang sudah

ditentukan.

(67)

3.5 Standar Uji dan Ukuran Benda Uji

Ukuran yang digunakan pada benda uji berdasarkan standar uji tarik komposit yaitu ASTM D638-14. Dimensi ditunjukkan pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15. Sketsa Standar Uji Tarik

3.6 Cara Penelitian

Komposit yang sudah jadi selanjutya diuji menggunakan metode pengujian tarik. Berikut ini adalah lagkah-langkah yang dilakukan dalam pengujian tarik komposit:

a) Benda uji dipersiapkan dengan memberi tanda pada daerah perhitungan. b) Dilakukan pengukuran panjang, lebar, tinggi dan luas penampang pada setiap

benda uji.

(68)

e) Grip dikencangkan namun grip tersebut diatur dengan kekuatan secukupnya agar tidak merusak benda uji.

f) Pemasangan extensometer pada benda uji kemudian nilai elongationnya diatur menjadi nol.

g) Nilai beban di atur menjadi nol.

h) Kecepatan pengujian diatur menjadi 10 mm/menit. Kemudian tekan tombol down untuk memulai pengujian tarik.

i) Data beban maksimal dan pertambahan panjang dicatat setelah benda uji putus. j) Setelah pengambilan data, proses pengujian dilakukan secara berulang untuk

(69)

51

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Dalam penelitian ini dilakukan pengujian tarik untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan komposit berpenguat serat buah pinang dengan variasi volume serat 4%, 6%, 8%, 10% dengan orientasi serat secara acak. Dalam setiap variasi presentasi volume di buat sebanyak enam spesimen benda uji dan diberi perlakuan alkali 5% selama 2 jam, jadi jumlah benda uji ada 30 spesimen dengan empat variasi dan resin epoxy. Hasil pengujian dan perhitungan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik, sedangkan analisis dalam bentuk tulisan.

4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Komposit

Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan alat yaitu mesin uji tarik. Data yang diperoleh dari hasil pengujian di jabarkan dengan perhitungan sesuai dengan rumus yang ada.

a) Hasil Pengujian Tarik Matrik Epoxy

(70)

Tabel 4.1. Dimensi Resin Epoxy

Tabel 4.2 Kekuatan Tarik Resin Epoxy

Re

Tabel 4.3 Regangan Resin Epoxy

(71)

Tabel 4.4 Modulus Elastisitas Resin Epoxy

Gambar 4.1 Grafik Kekuatan Tarik Resin Epoxy

(72)

Gambar 4.3 Grafik Modulus Elastisitas Resin Epoxy

b) Hasil Pengujian Tarik Komposit Berpenguat Serat Pinang.

Pengujian dilakukan terhadap beberapa variasi fraksi volume serat komposit yang telah disiapkan dan menggunakan ASTM D638-14. Setiap variasi fraksi volume terdapat enam spesimen benda uji. Hasil dari pengujian disajikan dalam tabel 4.5 - 4.21.

Tabel 4.5 Dimensi Komposit Serat Pinang 4%

(73)

Tabel 4.6 Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 4%

Tabel 4.7 Regangan Komposit Serat |Pinang 4%

Komposi

Tabel 4.8 Modulus Elastisitas Komposit Serat 4%

(74)

Komposi

(75)

Spesimen Kekuatan tarik (Mpa)

Komposi

(76)

Komposi

(77)

Tabel 4.19 Regangan Komposit Serat Pinang 10%

Komposi

(78)

Tabel 4.21 Kekuatan Tarik, Regangan dan Modulus elastisitas Rata-rata

Dari hasil pengujian komposit berpenguat serat buah pinang dengan variasi fraksi volume 4%, 6%, 8%, dan 10%, di dapat grafik data yang ditunjukkan pada Gambar 4.4- 4.18.

(79)

Gambar 4.5 Grafik Regangan Komposit Serat Pinang 4%

(80)

Gambar 4.7 Grafik Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 6%

(81)

Gambar 4.9 Grafik Modulus Elastisitas Komposit Serat Pinang 6%

(82)

Gambar 4.11 Grafik Regangan Komposit Serat Pinang 8%

(83)

Gambar 4.13 Grafik Kekuatan Tarik Komposit Serat Pinang 10%

(84)

Gambar 4.15 Grafik Modulus Elastisitas Komposit Serat Pinang 10%

(85)

Gambar 4.17 Grafik Regangan Rata-rata

(86)

4.2 Pembahasan

Dari Gambar 4.16 kekuatan tarik rata-rata terbesar di dapat pada bahan resin dengan hasil yang didapatkan yaitu 5,164 kg/mm2 atau 50,650 MPa. Sedangkan pada komposit berpenguat serat buah pinang menunjukkan kekuatan tarik rata-rata data terjadi penurunan kekuatan dengan bertambahnya fraksi volume serat pada komposit.

Dari Gambar 4.17 regangan rata-rata terbesar pada bahan resin dan variasi fraksi volume komposit berpenguat serat pinang dengan hasil yang didapatkan yaitu 5,27% pada bahan resin tanpa diberi bahan penguat serat yang menunjukkan bahwa resin epoxy tanpa penguat serat ulet.. Pada regangan juga terjadi penurunan nilai dari data rata-rata komposit berpenguat serat dengan nilai terendah pada fraksi volume serat 8% tetapi terjadi peningkatan nilai pada fraksi volume serat 10%.

(87)

Kerusakan awal yang kebanyakan terjadi pada bahan resin adalah disebabkan oleh rongga udara yang membuat volume resin menurun dan dapat menurunkan kekuatan resin terhadap pembebanan tarik dan hasilnya.

Kerusakan yang kebanyakan terjadi pada komposit disebabkan oleh tidak melekatnya serat dengan bahan pengikatnya atau resin yang biasa disebut debonding. Debonding yang terjadi pada komposit ini dapat terjadi karena beberapa

(88)

70

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari semua hasil pengujian, perhitungan, pengamatan dan analisis data, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yang berupa sifat mekanis bahan pembentuk komposit. Beberapa kesimpulan yang dapat diambil antara lain:

1. Nilai tegangan komposit rata-rata terbesar terdapat pada variasi fraksi volume serat 6% dengan nilai 3,701 kg/mm² atau 36,31 MPa dan nilai kekuatan tarik rata-rata terkecil pada presentasi volume 8% dengan nilai 3,223 kg/mm2 atau 31,62 MPa. Nilai regangan rata-rata terbesar terdapat pada presentasi volume serat 4% dengan nilai 2,87% dan yang terendah pada presentasi volume 8% dengan nilai 2,27%. Sedangkan nilai modulus rata-rata terbesar terdapat pada komposit berpenguat serat pinang 10% dengan nilai 15,16 MPa.

2. Resin epoxy mempunyai nilai kekuatan tarik sebesar 5,164 kg/mm² atau 50,650 MPa, nilai regangan sebesar 5,27% dan modulus elastisitas resin epoxy menunjukan nilai yang terkecil dari komposit serat pinang dengan

nilai 10,15 MPa.

(89)

komposit menjukkan peningkatan nilai pada setiap banyaknya fraksi volume serat yang menunjukan bahwa komposit ini kaku.

3.2 Saran

1. Pada saat pembuatan komposit, metode hand lay-up memiliki beberapa kekurangan sehingga mungkin dapat mencoba metode open molding dan yang lainnya.

2. Pada saat pembuatan komposit dengan metode hand lay-up proses penggabungan antara serat dan matrik harus benar-benar teliti dan dilakukan penekanan agar dapat mengurangi rongga udara (void).

3. Untuk memperoleh permukaan komposit yang dihasilkan rata disarankan untuk menggunakan cetakan dari kaca dan dilapisi dengan release agent agar komposit tidak melengket pada cetakan dan dapat dengan mudah dilepaskan dari cetakan.

4. Pada komposit ini juga dapat dilanjutkan untuk mencari nilai ketahanan beban kejut bahan dengan uji impak sesuai dengan kebutuhan pengaplikasiannya.

5. Proses pembentukan spesimen benda uji dibentuk dengan seragam sesuai dengan standar yang digunakan dan hati-hati agar tidak terjadi kecacatan pada spesimen

(90)

(91)

73

DAFTAR PUSTAKA

Akay, M. (2015). An Introduction to Polymer-Matrix Composites First Edition. bookboon.com.

Adiyono, Aloysius Lilik (1996). Pengaruh Suhu Curing Terhadap Komposit Polimer. FST. Universitas Sanata Dharma.

ASTM, A. b. (2014). America Society for Testing Material. Philadelphia, PA. Bifel dkk. 2005. Pengaruh Perlakuan Alkali Serat Sabut Kelapa terhadap

Kekuatan Tarik Komposit Polyester. Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknik, Universitas Nusa Cendana Jl. Adisucipto, Penfui-Kupang NTT, Indonesia.

Chawla, K. K. (2011). Composite Materials Science and Engineering Third Edition. Birmingham: Springer.

Depkes RI. 1998. Hematologi. Pusdiknes Depkes RI: Jakarta. Frances.

Floyd, Thomas L., 1993. Principles of Electric Circuits. Englewood Clieffs, New Jersey: Prentice-Hall, Inc

H. Krenchel. 1964. Fibre Reinforcement. Akademisk Forlag, Copenhagen. Denmark

(92)

Hyer, M. W. (1998). Stress Analysis Of Fiber-Reinforced Composite Materials. Illinois: WBC/McGraw-Hill.

J. S. Binoj, R. Edwin Raj, V. S. Sreenivasan, G. Rexin Thusnavis. (2016). Morphological, Physical, Mechanical, Chemical and Thermal Characterization. Science Direct .

Jones, R. M. (1999). Mechanics Of Composite Materials second Edition. Blacksburg: Taylor & Francis.

Kartini. R. (2002) Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Polimer Berpenguat Serat Alam, Jurnal Sains Materi Indonesia.

Kismono Hadi, Bambang, Mekanika Struktur Komposit, November 2000

Kaw, A. K. (2006). Mechanics of Composite Material Second Edition. Boca: CRC Press.

L. Hertanto Nugroho. Biologi Dasar. (Universitas Gajah Mada: Jakarta, 2004) Mallick, P. (2007). Fiber-Reinforced Composites Materials, Manufacturing and

Design. Michigan: CRC Press.

Mandang, Y.I. dan I.K.N. Pandit. 1997. Seri Manual. Pedoman Identifikasi Kayu Di Lapangan. Yayasan Prosea Bogor dan Pusat Diklat dan Pegawai & SDM

Kehutanan Bogor

(93)

Mastur, Azizul. 2016. Pengaruh Fraksi Volume Serat Buah Pinang pada Komposit terhadap Kekuatan Mekanik. Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi

Teknik Wiworotomo Purwokerto.

Muhamad Muhajir, dkk. 2006. Analisis Kekuatan Tarik Bahan Komposit Matriks Resin Berpenguat Serat Alam Dengan Berbagai Varian Tata Letak. Jurusan

Pendidikan Teknik Mesin-FT, Universitas Negeri Malang.

Schwartz, M.M. 1984. Composite Materials Handbook. Mc.Graw-Hill Inc New York.

Van Vlack, Lawrence H, (1985). Ilmu dan Teknologi Bahan. Edisi ke 5 (Djapri,Sriati,Trans), Erlangga, Jakarta

William D. Callister, J., & Rethwisch, D. G. (2014). Materials Science and Engineering an Introduction. Rosewood Drive: Wiley.

(94)

76

(95)