PENGARUH PEMANASAN SUHU MAKSIMUM TERHADAP KEKUATAN BENDING KOMPOSIT SANDWICH SERAT AREN DENGAN CORE SERBUK GERGAJI KAYU SENGON LAUT

(1)

commit to user i

PENGARUH PEMANASAN SUHU MAKSIMUM TERHADAP KEKUATAN BENDING KOMPOSIT SANDWICH SERAT AREN DENGAN CORE SERBUK

GERGAJI KAYU SENGON LAUT

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

AMIN TRI WIBOWO NIM. I1405012

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2012

(2)

commit to user

ix DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

SURAT PENUGASAN TUGAS AKHIR ... iii

ABSTRAK ... iv

ABSTRACT ... .. v

KATA PENGANTAR ... vi

MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... viii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.1.1 Pentingnya mengenbangkan komposit sandwich ... 1

1.1.2 Pengaruh pemanasan berulang pada komposit ... 1

1.1.3 Pembebanan bending pada komposit sandwich ... 2

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Batasan Masalah ... 3

1.4. Tujuan Penelitian ... 3

1.5. Sistematika Penulisan ... 4

BAB II. DASAR TEORI ... 5

2.1. Tinjauan Pustaka ... 5

2.2. Dasar Teori ... 7

2.2.1 Kajian Teori Komposit ... 7

2.2.2 Tinjauan Komponen Penyusun Komposit ... 9

2.2.3 Sifat Termal Bahan Polimer ... 17

2.2.4 Kajian Teori Pengujian bending ... 19

BAB III. METODE PENELITIAN ... 21

3.1. Alat Penelitian ... 21

3.2. Bahan Penelitian ... 23

3.3. Pelaksanaan Penelitian ... 25

3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ... 26

3.3.2. Pengolahan Bahan Dasar ... 26

3.3.3. Teknik Pembuatan Komposit ... 26

3.3.4. Proses Post cure spesimen ... 32

3.3.5. Variasi Penelitian ... 32

3.3.6. Perlakuan Pemanasan Suhu Maksimum ... 33

3.3.7. Pengujian Bending ... 35

3.3.8. Diagram Alir Penelitian ... 37

(3)

commit to user

x

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37

4.1. Pengaruh Pemanasan Suhu Maksimum Terhadap Kekuatan bending Komposit ... 37

4.2. Pengaruh Jumlah Pemanasan Suhu Maksimum Terhadap Kekuatan bending komposit ... 39

4.3. Analisa Foto Makro….. ... 44

BAB V. PENUTUP... 54

5.1. Kesimpulan ... 54

5.2. Saran ... 54

DAFTAR PUSTAKA ... 56

LAMPIRAN ... 59

(4)

commit to user

xi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Propertis mekanik dan fisik dari beberapa serat alam ... 13

Tabel 2.2. Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 ... 14

Tabel 3.1. Bahan yang digunakan dalam penelitian ... 23

Tabel 3.2. Variasi penelitian ... 32

Tabel 3.3. Spesimen uji bending variasi pemanasan suhu maksimum ... 32

Tabel 3.4. Spesimen uji bending variasi jumlah pemanasan . ... 33

Tabel 4.1. Kekuatan bending variasi pemanasan suhu maksimum. ... 39

Tabel 4.2. Kekuatan bending variasi jumlah pemanasan suhu maksimum. ... 41

(5)

commit to user

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Komposit partikel ... 8

Gambar 2.2. Komposit serat ... 8

Gambar 2.3. Komposit struktur ... 8

Gambar 2.4. Pembagian Komposit berdasarkan penguatnya ... 8

Gambar 2.5. Tipe serat pada komposit ... 9

Gambar 2.6. Bentuk komposit sandwich ... 11

Gambar 2.7. Pola kegagalan komposit sandwich ... 12

Gambar 2.8. Proses hand lay-up ... 15

Gambar 2.9. Plastik thermoplast dan thermoset ... 18

Gambar 2.10. Pengujian four point bending komposit sandwich ... 19

Gambar 3.1. Alat uji bending ... 21

Gambar 3.2. Alat yang digunakan dalam pembuatan benda uji ... 23

Gambar 3.3. Bahan-bahan penyusun pembuatan benda uji ... 24

Gambar 3.4. core serbuk gergaji kayu sengon laut ... 27

Gambar 3.5. Dimensi spesimen komposit sandwich ... 28

Gambar 3.6. Pengepresan komposit sandwich ... 31

Gambar 3.7. Proses manufaktur komposit sandwich ... 31

Gambar 3.8. Proses Pemanasan Suhu Maksimum ... 33

Gambar 3.9. Grafik variasi perlakuan pemanasan suhu maksimum ... 34

Gambar 3.10. Grafik variasi jumlah pemanasan suhu maksimum.. ... 34

Gambar 3.11. Grafik variasi jumlah pemanasan suhu maksimum.. ... 34

Gambar 3.12. Dimensi dan ukuran panjang span spesimen uji bending ... 36

Gambar 3.13. Spesimen uji bending ... 36

Gambar 3.14. Digram alir penelitian ... 36

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara kekuatan bending dengan variasi pemanasan suhu maksimum ... 37

Gambar 4.2. Grafik hubungan defleksi dengan pemanasan suhu maksimum ... 38

Gambar 4.3. Grafik hubungan kekuatan bending dengan variasi jumlah pemanasan suhu maksimum ... 39

Gambar 4.4. Grafik hubungan defleksi dengan variasi jumlah pemanasan suhu maksimum ... 39

Gambar 4.5. Penampang patahan akibat pengaruh suhu 50^oC ... 41

Gambar 4.9. Debonding lapisan adhesive pada komposit sandwich karena siklus pemanasan ... 43

(6)

commit to user

xiii

Gambar 4.10. Delaminasi pada komposit lamina setelah dikenai

proses permesinan ... 43

Gambar 4.11. Proses pemotongan komposit dengan gerinda ... 44

Gambar 4.12. Delaminasi pada spesimen saat perlakuan pemanasan suhu maksimum sebesar 125^OC ... 44

Gambar 4.13. Penampang patahan akibat jumlah pemanasan 25 kali ... 45

(7)

commit to user

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran A. Perhitungan kekuatan bending variasi pemanasan

suhu maksimum ... 54 Lampiran B. Perhitungan kekuatan bending variasi jumlah siklis... 55 Lampiran C. Dokumentasi penelitian ... 56 Lampiran D. Hasil pengujian bending variasi pemanasan suhu maksimum .. 60 Lampiran E. Hasil pengujian bending variasi jumlah pemanasan suhu

maksimum ... 60 Lampiran F. ASTM D-393... 61

(8)

commit to user iv

THE EFFECT OF MAXIMUM HEATING ON THE BENDING STRENGTH OF SUGAR PLAM FIBER SANDWICH COMPOSITE WITH SENGON

LAUT WOOD SAWDUST CORE Amin Tri Wibowo

Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta

ABSTRACT

The objective of research is to investigate the effect of maximum heating and the effect of maximum heating number on the bending strength of sugar palm fibre sandwich composite with sengon laut wood sawdust core.

The main materials were used sugar palm fibre (random), sengon laut wood sawdust, resin unsaturated polyester type 157 BQTN, and specimen made with cast-press method. The core was used sengon laut wood sawdust with 10 mm thickness and skin thickness of 2 mm. The variation of maximum heating (50ôC, 75ôC, 100ôC, 125ôC) and the variation of maximum heating number (25, 50, 75, 100, 125 times). The bending strength tests based on ASTM C-393.

The result showed that bending strength of sandwich composite decreased with the increase in temperature and maximum heating number, of 6.08 %, 11.8%, 3.45%, 21.02% , and 18.66 %, 2.81%, 8.91%. It was caused by many factors such as sugar palm’s decreased reinforcing property, delamination, and adhesive damage.

Keywords : maximum heating, bending, delamination.

(9)

commit to user 1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

1.1.1 Pentingnya mengembangkan komposit sandwich

Komposit sandwich kini telah banyak digunakan di berbagai industri karena memiliki sifat unggul antara lain ringan, kaku, kemampuan menahan beban mekanik dan meredam getaran dengan baik. Sebagai contoh aplikasinya adalah telah dikembangkan sebagai material pada lambung kapal, struktur pesawat terbang, panel-panel gedung dan lainnya.

Contoh lainnya adalah pengembangan komposit sandwich EPS (reinforced concrete-expanded polystyrene) yang digunakan sebagai panel hunian, pada dasarnya material ini adalah panel komposit dengan lapis ganda beton reinforced yang didesain khusus dengan lapisan expanded polystyrene di tengahnya. (EPS) sandwich panel, telah mulai diproduksi dan dipasarkan di Indonesia (fariable blogspot.com).

Dalam industri kereta api di Indonesia sekarang ini juga telah memanfaatkan dan mengembangkan komposit sandwich serat kenaf dengan core kayu sengon laut yang dikembangkan sebagai bahan pintu rail bus. Penggunaan bahan alam untuk menggantikan serat sintetis merupakan langkah bijak untuk menyelamatkan kelestarian lingkungan dari limbah sintetis dan keterbatasan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui (www.suarakarya-online.com).

Oleh karena itu sebagai bahan yang memiliki sifat-sifat yang unggul dan dapat menggantikan ketergantungan industri terhadap material logam, maka komposit sandwich perlu dikembangkan dan dikaji lebih mendalam.

1.1.2 Pengaruh pemanasan pada komposit

Beban termal dapat timbul dari perbedaan temperatur, atau dari sumber panas lain seperti kebakaran, panas dari listrik, dan panas yang ditimbulkan dari mesin.

Beban termal dapat terjadi berulang-ulang hingga terjadi siklus termal. Kegagalan

(10)

commit to user

termal terjadi karena produk terkena panas atau dingin yang berlebihan dari lingkungan. Pada temperatur tinggi yang abnormal, produk akan mengalami pengkerutan, twist, melt bahkan bisa sampai terbakar. Sehingga material yang digunakan untuk aplikasi di luar ruang dalam jangka waktu yang lama, diperlukan material dengan ketahanan sinar matahari yang baik (liza 2010).

Inovasi pengembangan serat alam untuk aplikasi di bidang otomotif tidak hanya terbatas pada komponen interior tetapi juga pada bagian eksterior kendaraan. Dengan demikian pengaruh perubahan suhu akan rentan terjadi (Widyanto 2004).

Bahan konstruksi kayu bangunan gedung dan bahan konstruksi panel-panel komposit yang sering dipakai di luar ruangan/eksterior, baik di negara sub tropis maupun di daerah tropis seperti halnya di Indonesia, akan mudah terdegradasi, retak, rusak, dan pudar warna karena pengaruh perubahan cuaca (sinar matahari dan air hujan) (Gopar 2004).

Contoh lain adalah penggunaan komposit sandwich dengan skin serat gelas dan core nomex honeycomb sebagai bahan baling-baling helikopter. Karena penggunaannya sebagai material eksterior maka kontak langsung dengan suhu lingkungan tidak dapat dihindari, maka kegagalan delaminasi sering terjadi antara inti dan skin (Ryerson dkk 2004).

Salah satu sifat dari bahan polimer adalah kurang tahan terhadap panas, hal ini sangat berbeda dengan material logam dan keramik. Walaupun ketahanan panas bahan polimer tidak sekuat logam dan keramik, pada penggunaanya sebagai bahan matrik pada material komposit masih dipertahankan (Surdia 2000).

1.1.3 Pembebanan bending pada komposit sandwich

Dalam aplikasinya komposit sandwich tak pernah lepas dari proses pembebanan mekanik terutama beban bending. Pada umumnya kelemahan komposit sandwich terhadap beban bending terletak pada bagian yang belum merata pemampatannya antara serat dan matrik dibagian bawah pada spesimen. Pada lapisan ini mempunyai kekuatan tarik maksimum dan akan mengalami kegagalan paling awal karena tidak mampu menahan tegangan tarik pada bagian bawah

(11)

commit to user

komposit, sehingga akan terjadi retak lebih awal (Rusmiyatno 2007). Kegagalan komposit sandwich akibat beban bending diawali dari skin komposit sisi belakang dan dilanjutkan dengan kegagalan core, delaminasi antara skin dan core (Bagus 2010).

Dari beberapa pernyataan di atas maka harus diambil tindakan untuk meneliti pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan mekanik komposit sandwich serat aren core serbuk gergaji kayu sengon laut, karena semakin luas dan perkembangnya penggunaan komposit sandwich.

Penelitian ini juga merupakan salah satu inovasi dengan memanfaatkan material limbah (aren dan serbuk gergaji kayu sengon laut). Keberhasilan studi ini akan dapat membantu pengembangan teknologi serat aren dan serbuk gergaji kayu sengon laut menjadi suatu rancangan panel komposit sandwich yang potensial untuk dikembangkan menjadi produk komersial.

1.2 Perumusan Masalah

Adakah pengaruh variasi pemanasan suhu maksimum (50ôC, 75ôC, 100ôC, 125ôC) dan pengaruh variasi jumlah pemanasan pemanasan suhu maksimum (25, 50, 75, 100, 125 kali) terhadap kekuatan bending panel komposit sandwich serat aren dengan core serbuk kayu sengon laut.

1.3 Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Properties serat aren dianggap homogen.

b. Distribusi serat pada komposit dianggap seragam.

c. Dalam proses perlakuan pemanasan, suhu dianggap merata.

d. Suhu lingkungan dianggap konstan sebesar 30^OC.

1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh pemanasan suhu maksimum dengan variasi (50ôC, 75ôC, 100ôC, 125ôC) dan jumlah pemanasan suhu maksimum(25, 50, 75, 100, 125 kali) terhadap kekuatan bending komposit

(12)

commit to user

sandwich serat aren dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut. Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat, antara lain :

1. Secara teoritis diharapkan dapat memberikan informasi tentang pengaruh pemanasan suhu makismum terhadap kekuatan bending komposit sandwich.

2. Secara praktis dapat dipakai bahan pertimbangan dalam pembuatan komposit sandwich serta memberikan inovasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.

3. Hasil dari penelitian diharapkan dapat memberikan referensi untuk membuat penelitian dari bahan yang sejenis ataupun penelitian yang lebih luas.

4. Meningkatkan motifasi untuk memanfaatkan bahan limbah dalam bidang rekayasa dan memunculkan inovasi-inovasi baru dalam pengolahan serat alam.

1.5 Sistematika Penulisan

Agar penelitian dapat mencapai tujuan dan terarah dengan baik, maka penulisan penelitian ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut :

1. Bab I Latar Belakang Masalah, Perumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Batasan Masalah, Sistematika Penulisan.

2. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka, dasar teori komposit dan penjelasan unsur-unsur penyusunnya.

3. Bab III Metode Penelitian, berisi alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, pelaksanaan penelitian dan diagram alir.

4. Bab IV Hasil dan Pembahasan, berisi data hasil pengujian dan pembahasannya.

5. Bab V Penutup, berisi kesimpulan yang diperoleh dan saran-saran yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan dan bagi penelitian selanjutnya.

(13)

commit to user 5 BAB II DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Diharjo, dkk.(2009) melakukan penelitian tentang komposit sandwich dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut dan skin serat aren, pembuatan komposit dengan metode cetak tekan hidrolis pada fraksi volume serat komposit skin 30%. Serat aren diberikan perlakuan alkali (5% NaOH) selama 4 jam.

Optimasi yang dilakukan dengan memvariasi tebal skin (1, 2, 3, 4, dan 5 mm) untuk tebal core SG KSL 10 mm dan memvariasi tebal core (5, 10, 15, dan 20 mm) untuk tebal skin 2 mm. Energi patah dan ketangguhan impak komposit sandwich dengan variasi tebal core memiliki nilai yang optimum pada ketebalan core 10 mm dan skin 2 mm dengan nilai energi patah (1,655 J) dan ketangguhan impak (0,0069 J/mm²).

Cao dkk (2009) melakukan penelitian menggunakan komposit serat karbon (CFRP), komposit hibrid serat karbon dan serat gelas (C/GFRP), dan komposit hibrid serat karbon dengan serat balsa (C/BFRP). Perlakuan panas diberikan terhadap ketiga jenis spesimen komposit, suhu yang digunakan masing-masing adalah (16, 30, 55, 80, 120, 160, dan 200^oC). Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik serat karbon berkurang secara signifikan dengan peningkatan suhu, dan tetap hampir stabil pada nilai akhir 3000 MPa. Pada suhu tinggi hibridisasi serat mampu mengurangi penurun kekuatan tarik komposit CFRP, suhu tinggi juga mempengaruhi mode kegagalan komposit CFRP.

Aktas (2010) melakukan penelitian dengan menggunakan material komposit lamina serat dengan matrik epoxy diberikan perlakuan suhu 20^OC, 60

OC, dan 100^OC. Pengujian mekanik dilakukan dengan metode uji Impak velocity, penelitian ini meneliti tentang tekanan kontak maksimum antara impaktor dengan komposit lamina, defleksi maksimal, lama waktu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuan energi serap komposit lamina berkurang seiring dengan peningkatan temperatur perlakuan dan semakin tinggi temperatur perlakuan

(14)

commit to user

kegagalan pada komposit lamina karena pengujian impak velocity menjadi lebih besar.

Menurut Ramulu dan Gururaja (2009) Proses permesinan konvensional dapat menyebabkan kerusakan pada komposit seperti delaminasi, fiber pull-out, spalling, retak, tegangan sisa termal pada bahan komposit.

Ray BC (2005) mengkaji tentang pengaruh perlakuan panas kejut (Thermal Shock) terhadap GFRP komposit dengan menggunakan matrik unsaturated polyester dan epoxy. Suhu perlakuan thermal shock yang digunakan adalah 60ÔC dan -15ÔC, dengan satu kali siklis spesimen ditahan pada suhu 60 ÔC dengan waktu tahan tertentu selanjutnya spesimen ditahan pada suhu -15ÔC dengan waktu tahan yang sama, perlakukan tersebut dilakukan sebanyak 10 siklis dan variasi waktu tahan yang digunakan adalah 10, 20, 15, 20, 25 menit. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa perlakuan thermal shock menyebabkan kegagalan debonding pada matrik karena pengaruh thermal fatique, dan tingkat kegagalan komposit dengan matrik unsaturated polyester lebih besar dibandingkan dengan komposit bermatrik epoxy.

Komposit serat kenaf acak bermatrik polyester dengan perlakuan NaOH selama 2 jam, dikenai siklus pemanasan 75 kali dengan variasi temperatur pemanasan (75, 100, 125, dan 150^oC) mengalami penurunan tegangan bending masing-masing adalah (103,97, 82,94, 86,97, dan 75,49 Mpa). Hal itu dikarenakan oleh efek pemanasan berulang yang menyebabkan sifat penguat serat kenaf semakin rapuh (Diharjo 2008).

2.2 Dasar Teori

2.2.1 Kajian Teori Komposit

Menurut Gibson (1994) komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit

(15)

commit to user

yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya.

Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material-material yang menyusunnya. Dalam hal ini susunan struktur dan interaksi antar unsur-unsur penyusunnya. Interaksi antar unsur-unsur penyusun komposit, yaitu serat dan matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka. Kekuatan ikatan antarmuka yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit (Gibson, 1994).

Secara umum pengelompokan komposit dapat dibedakan menjadi dua, pengelompokan tersebut yaitu berdasarkan matrik dan penguatnya. Berdasarkan matriknya komposit dapat digolongkan menjadi tiga (Courney, 1983) yaitu :

a) Komposit matrik logam (KML), yaitu logam sebagai matrik b) Komposit matrik polimer (KMP), yaitu polimer sebagai matrik c) Komposit matrik keramik (KMK), yaitu keramik sebagai matrik.

Yang kedua adalah berdasarkan unsur penguatnya, menurut Courney (1983) dapat dibedakan menjadi tiga :

a) Komposit partikel, yaitu penguatnya berbentuk partikel

Gambar 2.1. Komposit partikel (Courney, 1983) b) Komposit serat, yaitu penguatnya berbentuk serat

Gambar 2.2. Komposit serat (Courney, 1983)

(16)

commit to user

c) Komposit struktur, yaitu cara penggabungan material komposit

Gambar 2.3. Komposit struktur (Courney, 1983)

Gambar 2.4. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya (Courney, 1983).

2.2.2 Komponen Penyusun Komposit A. Bagian-bagian Komposit Serat

1. Serat

Serat merupakan penyusun komposit yang berfungsi sebagai penguat.

Serat berperan sebagai penyangga kekuatan dari struktur komposit. Bahan komposit serat terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continuos fiber) dan serat pendek (short fiber atau whisker). Pengunaan bahan komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan komposit serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat (Hadi, 2000).

(17)

commit to user

Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu:

(a.) Continuous Fiber Composite (b.) Woven Fiber Composite (bi- dirtectional)

(c.) Discontinuous Fiber Composite (d.) Hybrid fiber composite

Gambar 2.5. Tipe serat pada komposit (Gibson, 1994 ) 2. Matrik

Matriks (resin) dalam susunan komposit bertugas melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Matriks harus bisa meneruskan beban dari luar ke serat. Umumnya matriks terbuat dari bahan-bahan yang lunak dan liat. Polimer (plastik) merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Matriks juga dipilih dari kemampuannya menahan panas. Polyester, vinilester dan epoksi adalah bahan-bahan polimer yang sejak dahulu telah dipakai sebagai bahan matriks.

Persyaratan di bawah ini perlu dipenuhi sebagai bahan matriks untuk pencetakan bahan komposit :

Ø Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah, dapat sesuai dengan bahan penguat dan permeable.

Ø Dapat diukur pada temperatur kamar dalam waktu yang optimal.

(18)

commit to user

Ø Mempunyai penyusutan yang kecil pada pengawetan.

Ø Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat.

Ø Mempunyai sifat baik dari bahan yang diawetkan.

Tidak ada bahan yang dapat memenuhi semua persyaratan di atas tetapi pada saat ini paling banyak dipakai adalah polyester tak jenuh (Surdia, 2000).

3. Ikatan serat dan matrik

Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda. Hal itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara serat dan matrik seperti ditampilkan pada Gambar 2. Daerah pencampuran antara serat dan matriks disebut dengan daerah interphase (bonding agent), sedang batas pencampuran antara serat dan matrik disebut interface. Ikatan antarmuka (interface bonding) yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat- sifat mekanik komposit. Transfer beban/tegangan diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. (George, dkk, 1995) mengungkapkan bahwa adhesi yang kuat diantara permukaan antara matrik dan serat diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan distribusi beban melalui ikatan permukaan.

B. Komposit sandwich

Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite dan atau metal sheet sebagai skin serta core di bagian tengahnya. Komposit sandwich dibuat dengan tujuan untuk efisiensi berat yang optimal, namun mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi.

Sehingga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian tengah diantara kedua skin dipasang core. Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, meredam getaran dan suara. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi. Biasanya

(19)

commit to user

pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan (Harbian 2007).

Gambar 2.6. Bentuk komposit sandwich (DIAB Sandwich Concept) Menurut Hedlund (2008), keuntungan utama dari material komposit konstruksi sandwich, dibandingkan dengan material lainnya adalah sebagai berikut:

a. Mempunyai berat ringan.

b. Kekuatan dan kekakuannya tinggi.

c. Mempunyai ketahanan korosi yang baik.

d. Insulasi listrik.

e. Dapat meredam getaran dan suara dengan baik.

f. Lebih mudah dirancang dalam bentuk yang kompleks.

g. Pemeliharaan yang cukup mudah

Bagian-bagian dari komposit sandwich : a. Core

Salah satu bagian terpenting dari sandwich adalah core, dimana bagian ini harus cukup kaku agar jarak antar permukaan terjaga. Dengan kekakuannya core harus mampu menahan geseran agar tidak terjadi slide antar permukaan.

Bahan dengan tingkat kekakuan yang rendah tidak baik untuk core, karena kekakuan pada sandwich akan berkurang atau hilang. Tidak hanya kuat dan mempunyai densitas redah, core biasanya mempunyai syarat lain, seperti tingkat kadar air, buckling, umur panjang (age resistance), dan lain sebagainya (Hartomo 2009).

(20)

commit to user

Inti atau core dibagi menjadi empat kelompok yaitu kayu, lembaran bergelombang, honeycomb dan foam core (Shipsa 2001).

b. Skin

Bagian ini berfungsi untuk menahan tensile dan compressive stress. Skin biasanya mempunyai rigidity atau tingkat kekakuan yang rendah. Material- material konvensional seperti aluminium, baja, juga stainless steel bisa digunakan untuk bagian ini. Material-material berbentuk plastik yang diperkuat dengan serat gelas dan fiber menjadi pilihan yang baik karena bahan-bahan ini memiliki keunggulan seperti mudah untuk digabungkan, desain dapat dirancang sesuai kebutuhan (freedom of design), serta bentuk permukaan yang baik (Lukasen 2007).

Pola kegagalan komposit sandwich

Pola-pola kegagalan pada sandwich ditunjukkan pada Gambar 5 meliputi: a) Face Yielding/Fracture, b) Core shear Failure, c) dan d) Face Wrinkling, e)general buckling, f) face dimpling, g) local indentation (Lukassen 2007).

Gambar 2.7. Pola kegagalan komposit sandwich (Lukasen 2007)

(21)

commit to user C. Serat Aren

Tabel 2.1. The mechanical and physical properties of sugar palm fibre and some other fibres

Natural fibre

Density, gr./cm³

Tensile Strength, Mpa

Tensile Modulus, Gpa

Strain,% Diameter, µm

Sugar palm

1,29 190,29 3,69 19,6 99-311

Curaua 1,33 665-1404 20-36 2-3 49-100

Nettle 1,53 1594 87 2,11 19,9

Hemp 1,48 270 19,1 0,8 31,2

Hemp 1,48 550-900 73 1,6

Jute 1,18 393-773 26,5 1,8 200

Coir 1,25 138,7 6 10,5 396,98

Kenaf 1,4 215,4 13-17 1,18-1,31

Bamboo 0,6-0,8 200,5 10,2

E-Glass 2,25 1800-3000 72-83 3 4-14

(Bachtiar D, dkk, 2009)

D. Resin Polyester Unsaturated

Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay up sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin ini banyak digunakan dalam aplikasi komposit pada dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih, kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Billmeyer, 1984). Pengesetan termal digunakan benzoil peroksida (BPO) sebagai katalis. Temperatur optimal adalah 80⁰-130⁰C, namun demikian kebanyakan pengesetan dingin digunakan metyl etyl keton peroksida (MEKPO) yang digunakan sebagai katalis dan ditambahkan pada 1-2 % (Surdia, 2001).

Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester (UP) Yukalac 157Ò BTQN-EX. Pemberian bahan tambahan katalis

(22)

commit to user

jenis methyl ethyl keton peroxide (MEKPO) pada resin UP berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing (Bilmeyer, 1984). Pada tabel 2.2 kita dapat melihat spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157.

Table 2.2. Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 (Sumber : Justus Kimia Raya, 1996)

E. Resin Urea

Resin urea-formaldehyde adalah salah satu polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehid. Polimer jenis ini banyak digunakan di industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (5%) dan laminasi (7%) pada produk mebelir (furniture), panel dan lain-lain. Urea-formaldehid merupakan plastik thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehid yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile-strength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorpsi air yang rendah. Reaksi antara urea dan formaldehid dengan katalis basa dapat

Item Satuan Nilai tipikal Catatan

Berat Jenis Gr/cm3 1.215 25⁰

Kekerasan 40 Barcol GYZJ 934-1

Suhu distorsi panas ⁰C 70 Penyerapan air (suhu

Ruangan)

% 0.188 24 Jam

% 0.446 3 Hari

Kekuatan Fleksural Kg/mm2 9.4 Modulus Fleksural Kg/mm2 300 Daya Rentang Kg/mm2 5.5 Modulus rentang Kg/mm2 300

Elongasi % 1

(23)

commit to user

menghasilkan mono-metilol urea sebagai monomer reaktan reaksi pembentukan polimer urea-formaldehid. Basa yang digunakan dapat berupa barium hidroksida ataupun kalium hidroksida.

F. Katalis metyl etyl keton peroksida (MEKPO)

Katalis yang digunakan adalah katalis methyl ethyl keton peroxide (MEKPO) dengan bentuk cair, berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan (curring) pada bahan matrik suatu komposit.

Semakin banyak katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan. Tetapi bila katalis yang dicampurkan terlalu banyak maka akan menyebabkan komposit menjadi getas (Saito, 1985).

Proses pengerasan resin diberi bahan tambahan berupa katalis jenis metyl etyl keton peroksida (MEKPO), katalis ini digunakan untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin pada suhu yang lebih tinggi. Pemakaian katalis dibatasi sampai 1% dari volume resin (P.T. Justus Sakti Raya, 2001).

G. Proses Manufaktur Komposit

Proses pembuatan komposit sangat beraneka ragam dari yang paling sederhana sampai dengan yang komplek dengan sistem komputerisasi. Tiap proses memiliki kelebihannya masing-masing. Ada berbagai macam proses yang dapat digunakan untuk membuat komposit antara lain metode hand lay- up, metode spray-up, metode vacuum bagging (Gibson, 1994).

Proses hand lay-up merupakan proses laminasi serat secara manual, dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit. metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus.

Gambar 2.8. Proses hand lay-up (Brandon, 2004).

(24)

commit to user Keuntungan hand lay up :

· Peralatan sedikit dan harga murah.

· Kemudahan dalam bentuk dan desain produk.

· Variasi ketebalan dan komposisi serat dapat diatur dengan mudah.

Fraksi serat yang tinggi dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan metode hand lay up dengan cetak tekan (press molding).

Pada metode cetak tekan pengontrolan fraksi volume dapat dilakukan dengan menggunakan stopper (Rusmiyatno, 2007).

H. Fraksi Volume dan Berat komposit a. Fraksi Volume

Menurut Gibson (1994), penempatan serat harus mempertimbangkan geometri serat, arah, distribusi dan fraksi volume, agar dapar dihasilkan komposit berkekuatan tinggi. Untuk suatu lamina unidirectional, dengan serat kontinyu dengan jarak antar serat yang sama, dan direkatkan secara baik oleh matrik.

Fraksi Volume (V) :

% 100 komposit x Volume

serat Volume

V_f = ...(2.2)

% 100 m x

m m V

m m f f

f f

serat

r r

r +

= ...(2.3)

% 100 komposit x Volume

matrik Volume

V_matrik = ...(2.4)

% 100 m x

m m V

m m f f

m m

matrik

r r

r +

= ...(2.5)

Dimana :

mf = massa serat (gr)

(25)

commit to user m_m= massa matrik (gr)

ρf = massa jenis serat (gr/mm³) ρm = massa jenis matrik (gr/mm³) b. Fraksi Berat

Fraksi berat adalah perbandingan antara berat material penyusun dengan berat komposit. Fraksi berat material penyusun dapat dihitung dengan persamaan:

Wc

wi= Wi ………..(2.5)

dimana:

wi : fraksi berat, i, material penyusun Wi : berat material penyusun, gr Wc : berat komposit, gr

2.2.3 Sifat Termal Bahan Polimer

Sifat khas dari bahan polimer adalah salah satunya dapat berubah oleh perubahan temperatur. Hal ini disebabkan apabila temperatur berubah, pergerakan molekul karena termal akan mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur. Kemudian karena panas, oksigen dan air bersama-sama akan memancing reaksi kimia pada molekul-molekul, hal ini akan berakibat terjadinya depolimerisasi, oksidasi, hidrolisasi dan seterusnya. Keadaan tersebut akan mempengaruhi sifat mekanik, listrik, dan kimia (Surdia 2000).

a) Daya hantar panas

Sifat menghantar panas atau koefisien hantar adalah suatu ukuran untuk daya hantar termis, dari salah satu jenis material. Daya hantar material jenis plastik sangatlah rendah, terlebih lagi plastik yang dibusakan, namun hal itu tergantung dari temperatur dan material serta strukturnya. Bahan pengisi dapat juga mengubah daya hantar plastik.

b) Koefisien pemuaian termal

Pada kenaikan temperatur, volume atau panjang suatu benda akan menjadi lebih besar. Dalam hal ini koefisien muai panas dinyatakan dalam

(26)

commit to user

kubik atau linier. Angka pemuaian plastik tergantung dari temperatur dan dipengaruhi oleh penyusutan, kristalisasi, lembab udara, bahan pengisi serta pelunaknya. Angka muai dari plastik lebih besar dari pada logam, sehingga pemakaian dalam situasi dan keadaan dengan perubahan suhu yang signifikan harus mendapat perhatian yang khusus.

Plastik dibagi menjadi dua berdasarkan sifat-sifatnya terhadap perubahan suhu, yaitu termoplastik, meleleh pada suhu tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan, termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel, seperti jenis-jenis melamin (Syarief et al.,1989).

Gambar 2.9. (a) Plastik Thermoset (b) Plastik Thermoplast (Mujiarto 2005).

a. Mulai proses b. Plastik mencair

c. Plastik yang keras tapi dapat dibentuk lagi a. Mulai proses

b. Plastik mencair c. Plastik tidak dapat

dibentuk lagi

(27)

commit to user 4

x L 2 M = P

2.2.4 Kajian Teori Pengujian Bending

Kekuatan bending atau kekuatan lengkung adalah tegangan bending terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan. Akibat pengujian bending, pada bagian atas spesimen akan mengalami tekanan, dan bagian bawah akan mengalami tegangan tarik. Material komposit kekuatan tekannya lebih tinggi terhadap tegangan tariknya. Kegagalan yang terjadi akibat pengujian bending, komposit akan mengalami patah pada bagian bawah yang disebabkan karena tidak mampu menahan tegangan tarik yang diterima (Harbian 2007).

Pengujian bending dilakukan dengan four point bending method, seperti ditunjukkan pada gambar 2.10. Spesimen serta metode pengujian mengacu pada standar ASTM C 393. Penampang patahan spesimen uji dilakukan foto makro untuk mengidentifikasi pola kegagalannya.

Gambar 2.10. Pengujian four point bending komposit sandwich

Jika komposit sandwich diasumsikan homogen dan dikenai pengujian four point bending dengan sumbu netral terletak ditengah, maka momen bending maksimum komposit sandwich dapat dirumuskan dengan persamaan 2.6 berikut ini

………(2.6)

(28)

commit to user

Dengan catatan : M = momen bending maksimum (Nmm); P = beban maksimum (N); L = panjang span (mm)

Uji bending dilakukan dengan metode four point bending, maka bending stress komposit sandwich dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.7 berikut ini (ASTM C 393-00)

c)b 4t(d

PL

= +

s

f ………...(2.7) dengan catatan : σf = bending stress komposit sandwich (MPa); P = beban

maksimum (N); L = panjang span (mm); t = tebal skin (mm); d = tebal komposit sandwich (mm); c = tebal core (mm); b = lebar komposit sandwich (mm).

(29)

commit to user 21 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam pengujian spesimen adalah mesin UTM yang terdapat di Laboratorium Material Teknik jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

(a) (b) Gambar 3.1. (a) alat uji bending, (b) span Peralatan yang digunakan dalam pembuatan spesimen uji antara lain :

a. Timbangan Digital

Timbangan digunakan untuk menimbang seberapa beratnya resin dan serat dicampurkan sesuai dengan fraksi volumenya. Selain itu juga untuk menguji hasil komposit apakah sesuai dengan fraksi volume yang telah ditentukan.

b. Oven Elektrik

Digunakan sebagai alat untuk melakukan proses siklis panas, post cure, pengeringan serat dan serbuk gergaji.

c. Dongkrak Hidrolik

Dongkrak hidrolik digunakan untuk mengepress komposit pada cetakan, dengan kapasitas 3 ton.

d. Tabung Homogenitas

(30)

commit to user

Digunakan sebagai tempat untuk mencampur serbuk gergaji dan urea formaldehyde pada proses pembuatan core

e. Kompresor

Digunakan untuk proses spray up pada proses pembuatan core f. Perangkat Cetakan

Ada dua jenis cetakan yang digunakan yaitu cetakan untuk membuat core dan cetakan untuk membuat sandwich.

g. Gelas ukur dan suntikan

Gelas ukur berfungsi untuk menakar matrik sesuai dengan hasil perhitungan. Suntikkan berfungsi untuk menakar katalis yang akan dicampurkan sesuai dengan hasil perhitungan

h. Malam (lilin)

Malam atau lilin berfungsi sebagai bahan perapat sambungan plat pada cetakan agar campuran matrik dan katalis tidak merembes atau bocor keluar cetakan yang menyebabkan void pada tiap pojok cetakan

i. Realase (blue band)

Digunakan untuk mempermudah pengambilan komposit sandwich dari cetakan

j. Jangka Sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang, lebar dan tebal spesimen sebelum spesimen diuji kekuatannya

k. Gerinda

Gerinda tangan digunakan untuk membentuk spesimen uji bending

(a) (b) (c)

(31)

commit to user

(d) (e)

Gambar 3.2. Alat yang digunakan dalam pembuatan benda uji 3.2 Bahan Penelitian

Berikut ini bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit sandwich antara lain :

Tabel 3.1. Bahan yang digunakan dalam penelitian.

No. Bahan Jenis Sumber Keterangan

1. limbah ampas pati aren (serat aren)

Arenga Pinnata kawasan industri pati aren (kelompok UKM industri mie suun) di dusun Bendo, Tulung, Delanggu, Klaten, Jawa Tengah

sebagai penguat skin komposit

2. limbah serbuk gergaji kayu sengon laut

kayu sengon laut

Berbagai UKM pengolahan kayu sengon laut di Surakarta dan sekitarnya

sebagai core komposit

3. matrik core urea

formaldehyde

PT. Pamalite Adhesive Industry Probolonggo, Jawa Timur

untuk mengikat core

4. Katalis methyle ethyl keton peroxide

PT. Justus Kimia Raya Semarang

mempercepat pengerasan

(32)

commit to user (MEKPO)

5.

Resin

unsaturated polyester resin (UPR)

yukalac^® 157 BTQN-EX

PT. Justus Kimia Raya Semarang

sebagai

pengikat/matrik komposit

6. Alkali NaOH toko kimia di wilayah

Surakarta

untuk perlakuan alkali

7. Release blue band toko makanan memudahkan

pelepasan sandwich

(a) serat aren (b) resin (c) katalis

(d) serbuk gergaji KSL (e) NaOH (f) urea formaldehide Gambar 3.3. Bahan-bahan penyusun pembuatan benda uji

(33)

commit to user 3.3 Pelaksanaan Penelitian

3.3.1 Persiapan Alat dan Bahan

Alat-alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan komposit disiapkan seperti serat aren,serbuk gergaji kayu sengon laut, resin, katalis, larutan NaOH, urea fomaldehide dan peralatan yang menunjang lainnya dalam pembuatan spesimen.

3.3.2 Pengolahan Bahan Dasar a. Pencucian Serat Aren

Mekanisme pembersihan serat aren yang ada di dalam limbah ampas pati dilakukan dengan menggunakan air bersih. Hasilnya berupa serat bersih yang selanjutnya serat ditiriskan (pengeringan alami) tanpa sinar matahari selama 3 hari hingga kering. Serat yang sudah kering dimasukkan ke dalam plastik dan disimpan di dalam ruangan.

b. Perlakuan Alkali

Proses perlakuan alkali pada serat yaitu dengan cara perendaman serat ke dalam larutan alkali (NaOH 5 %). Perbandingan volume serat dengan larutan alkali adalah 1 : 15 (Ray dkk, 2001).

Untuk kadar NaOH 5 %

ukuran : 0,5 kg NaOH + 9,5 liter aquades kadar NaOH 5 % 500 gr NaOH + 9500 ml aquades kadar NaOH 5 % 500 gr NaOH + 9500 gr aquades kadar NaOH 5 % (ρair = 1 gr/cm³, maka 9500 ml aquades = 9500 gr)

· Perendaman serat aren

Misalkan untuk perendaman dengan NaOH kadar 5 % untuk volume total 10000 ml maka :

ukuran serat = 15

1 x (volume NaOH + volume aquades)

Vf =

15

1 x (500+9500) ml

(34)

commit to user

Vf =

15

1 x 10000 ml

Vf = 666,67 ml = 666,67 cm³ Sehingga massa serat (Mf)

mf = ρf x Vf

= 1,4 gr/cm³ x 666,67 cm³

= 933,34 gram c. Netralisasi Serat

Selanjutnya serat dinetralkan dari larutan NaOH dengan direndam di dalam aquades selama 3 hari dimana setiap 12 jam serat dibilas 3 x dan airnya selalu diganti secara periodik. Serat ditiriskan kembali hingga kering. Setelah kering serat tersebut sudah siap untuk diolah lebih lanjut.

d. Pengeringan Serbuk Gergaji

Bahan serbuk gergaji kayu sengon laut dari industri pengolahan kayu sengon laut di Boyolali kemudian dikeringkan dengan ditiriskan tanpa sinar matahari. Serbuk gergaji yang sudah kering kemudian disimpan di dalam plastik agar tidak mudah menyerap uap air.

3.3.3 Teknik Pembuatan Komposit a. Teknik Manufaktur Core

Kebutuhan serbuk gergaji untuk core dengan ketebalan dimnesi 200 mm x 240 mm x 5 mm adalah 96,43 gram , maka agar setiap spesimen core memiliki densitas yang sama walaupun memiliki ketebalan yang berbeda kebutuhan serbuk gergaji kayu sengon laut untuk core dengan tebal 10 mm besarnya dua kali lipat dari kebutuhan pada core tebal 5 mm untuk luasan cetakan yang sama.

(35)

commit to user

Gambar 3.4. core serbuk gergaji kayu sengon laut

Kebutuhan serbuk gergaji kayu sengon laut untuk core dengan ketebalan 10 mm adalah sebanyak 192,86 gram. Maka perhitungan kebutuhan bahan lainnya adalah :

Serbuk gergaji 192, 86 gram = 60% dari berat total komposit a. Maka berat total spesimen core dengan tebal 10 mm adalah : 60

100 x 192, 86 gram = 321,43 gram

b. Berat Urea formaldehide dengan fraksi berat 40 % : 100

40 x 321,43 gram = 128,57 gram

c. Berat Hardener 1 % dari berat Urea formaldehide :

100

1 x 128, 57 gram = 1,2857 gram

b. Teknik Manufaktur Komposit Sandwich

Proses pembuatan panel komposit sandwich dilakukan dengan menggabungkan core serbuk gergaji KSL dengan skin komposit bahan serat aren. Proses penggabungan dilakukan dengan metode hand lay up dan press mold. Proses ini dimulai dengan melakukan perhitungan jumlah serat dan matrik yang dibutuhkan agar terbentuk panel komposit sandwich dengan fraksi volume serat sebesar 30%, dan fraksi volume matrik sebesar 70%, dimana massa jenis serat aren 1,4 gr/cm³.

Core SGKSL hasil pengepresan yang sudah mengering kemudian dilakukan penyemprotan pada permukaannya dan dikeringkan kembali.

Penyemprotan resin ke permukaan core ini dilakukan agar resin cair

(36)

commit to user

pada proses manufaktur komposit sandwich tidak meresap ke dalam core.

Ket:

P = 240 mm L = 40 mm

Dimensi yang direncanakan sesuai dengan ketentuan ASTM-C 393

Gambar 3.5. Dimensi spesimen komposit sandwich

Manufaktur komposit sandwich dilakukan dengan menggabungkan core SGKSL dengan skin serat aren yang diproses dengan metode hand lay up. Spesimen dibuat dengan ukuran (240 x 100 x 14)mm baru kemudian setelah selesai dilakukan pemotongan spesimen uji bending sesuai ukuran yang ditentukan. Menentukan massa serat aren (mf), matrik dan katalis yang dibutuhkan. untuk luas cetakan (A) 48.000 mm².

Untuk sandwich dengan tebal skin 2 mm Vf 30%:

a. Volume skin bagian atas V1 = p x l x t

= 240 mm x 100 mm x 2 mm

= 48.000 mm³

(37)

commit to user b. volume serat aren skin bagian atas

Karena Vf 30% maka = 100

30 x 48.000 mm³

= 14.400 mm³ = 14,4 cm³ Maka massa serat aren :

mf1 = ρf x Vf

= 1,4 gr/ cm³ x 14,4 cm³

= 20,16 gr c. Massa serat aren total

Karena tebal skin bagian atas = tebal skin bagian bawah, maka massa total serat yang dibutuhkan :

mftotal = mf1+ mf2

= 2 x mf1

= 2 x 20,16 gr

= 40,32 gr

d. volume matrik untuk skin bagian atas

volume matrik yang dibutuhkan dengan Vm 70%

Vm1 70% = 100

70 x Vtotal

= 100

70 x 48.000 mm³

= 33600 mm³

= 33,6 cm³

e. Massa matrik untuk skin bagian atas

mm1 = ρm x Vm1

= 1,215 gr/ cm³ x 33,6 cm³

= 40,825 gr

f. Massa matrik total tiap spesimen

mm total = mm1+ mm2 (karena mm1= mm2)

= 2 x mm1

(38)

commit to user

= 2 x 40,825 gr

= 81,65 gr g. Volume katalis

Katalis yang digunakan adalah 1% dari volume matrik total (Vm). (Justus Kimia Raya, 2007)

Vkatalis = 1% x 33600mm³

= 336 mm³

= 0,336 cm³

Setelah melakukan perhitungan komposisi serat dan matrik yang diperlukan, langkah selanjutnya adalah mempersiapkan cetakan dengan cara melapisi seluruh permukaan cetakan yang akan bersentuhan dengan komposit menggunakan mika agar permukaan spesimen yang terbentuk menjadi halus dan rata. Kemudian untuk mempermudah pengambilan panel komposit setelah mengeras, permukaan atas mika yang bersentuhan dengan panel komposit diolesi dengan releaser. Setelah itu dilakukan pemasangan stopper pada kedua ujung cetakan. Fungsi stopper untuk pembatas panjang dan sebagai pemberi batas tebal komposit yang akan dibuat. Pembuatan panel komposit sandwich dilakukan dengan metode kombinasi hand lay up dan press mold. Matrik resin dan hardener yang dipakai adalah unsaturated polyester (UP) Yukalac^® 157 BQTN- EX dan MEKPO, produksi PT. Justus Kimia Raya Semarang. Kadar hardener yang digunakan adalah 1% (sesuai acuan dari PT. Justus).

Setelah cetakan, core, matrik, dan serat siap, proses pencetakan panel komposit sandwich dimulai dengan menuangkan matrik secara merata di dalam cetakan kemudian dilanjutkan dengan peletakan serat aren sesuai dengan hasil perhitungan. Penambahan matrik dilakukan ketika lapisan serat diletakkan hingga serat terbasahi seluruhnya. Kemudian core diletakkan di atas serat aren dan dilumuri dengan matrik yaitu resin. Setelah merata kemudian serat aren diletakkan kembali diatas core dan dibasahi kembali dengan resin secara merata, Setelah semua bahan dimasukkan ke dalam cetakan maka segera dilakukan proses penekanan cetakan dengan menggunakan dongkrak hidrolik manual. Setelah proses pengeringan di ruang terbuka (curing) sekitar 7-8 jam, panel komposit

(39)

commit to user

sandwich dapat dikeluarkan dari cetakan. Proses manufaktur komposit sandwich ditunjukkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.6. Pengepresan komposit sandwich

Gambar 3.7. Proses manufaktur komposit sandwich

(40)

commit to user 3.3.4 Proses Postcure Spesimen.

Sebelum dilakukan pengujian, terlebih dahulu dilakukan proses postcure di dalam oven pada suhu 60°C selama 4 jam. Postcure dilakukan untuk menyempurnakan ikatan rantai polimer polyester.

3.3.5 Variasi Penelitian

Perlakuan yang dilakukan adalah melakukan variasi suhu pemanasan maksimum dan jumlah pemanasan suhu maksimum

Tabel 3.2. Variasi penelitian.

Variasi Pemanasan Suhu Maksimum

Variasi Jumlah Pemanasan Suhu Maksimum - Suhu maksimum 1 = 50^oC

- Suhu maksimum 2 = 75ôC - Suhu maksimum 3 = 100ôC - Suhu maksimum 4 = 125ôC

- Jumlah Pemanasan 1 = 25 kali - Jumlah Pemanasan 2 = 50 kali - Jumlah Pemanasan 3 = 100 kali - Jumlah Pemanasan 4 = 125 kali

Tabel 3.3. Jumlah spesimen uji bending variasi pemanasan suhu maksimum.

Variasi Suhu (^OC) Jumlah Spesimen Jenis Pengujian

50 6 buah Bending

75 6 buah Bending

100 6 buah Bending

(41)

commit to user

Tabel. 3.4 Jumlah spesimen uji bending variasi jumlah pemanasan suhu maksimum.

Variasi Jumlah Siklis (kali)

Jumlah Spesimen Jenis Pengujian

25 6 buah Bending

75 6 buah Bending

3.3.6 Proses perlakuan pemanasan suhu maksimum

Perlakuan pemanasan dilakukan sesuai dengan variasi suhu maksimum dan jumlah pemanasan suhu maksimum ditentukan.

Gambar 3.8. Proses perlakuan suhu maksimum di dalam oven.

(42)

commit to user

Gambar 3.9. Grafik proses variasi perlakuan pemanasan suhu maksimum.

Metode perlakuan untuk satu kali periode pemanasan suhu maksimum membutuhkan waktu 35 menit yaitu dengan menaikkan suhu spesimen pada temperatur 50ÔC selama 5 menit, kemudian suhu ditahan pada 50ÔC selama 15 menit, setelah itu suhu spesimen diturunkan selama 15 menit sehingga mencapai suhu 31ÔC.

Metode yang sama dilakukan pada suhu pemanasan maksimum 75ÔC, 100ÔC, 125ÔC, dengan masing-masing suhu penurunannya sebesar 43ÔC, 72ÔC, 94ÔC selama 15 menit. Jumlah pemanasan sebanyak 50 kali periode pemanasan disetiap variasi suhu.

(43)

commit to user

Gambar 3.10. Grafik proses variasi jumlam pemanasan suhu maksimum.

Suhu maksimum yang digunakan adalah konstan 50^OC, dengan satu kali periode pemanasan suhu maksimum selama 35 menit. Jumlah variasi yang dilakukan sebanyak 25, 50, 100, 125 kali periode pemanasan.

3.3.7 Pengujian Bending

Dengan uji bending dapat diketahui kekuatan suatu material.

Kekuatan bending komposit sangat tergantung pada ikatan antar penyusun material komposit tersebut. Semakin kuat ikatan tersebut maka semakin kuat pula kekuatan bendingnya. Untuk mengetahui ketahanan benda terhadap keadaan patah, maka digunakan metode pengujian Four Point Bending. Langkah-langkah pengujian bending dalam penelitian ini:

- Mempersiapkan spesimen yang telah dikenai perlakuan variasi pemanasan suhu maksimum sesuai dengan jumlah yang akan diuji.

- Melakukan pemotongan spesimen sesuai dengan ketentuan ASTM.

(44)

commit to user

- Melakukan pengukuran dimensi spesimen meliputi panjang, lebar, dan tebal di setiap spesimen uji.

- Menentukan panjang span sesuai ketentuan.

- Menyalakan dan kemudian menyeting mesin uji bending (UTM) dan mengamati proses pengujian serta mencatat hasil pengujian.

- Melakukan pengolahan, analisa data dan kesimpulan.

Keterangan:

L = Panjang span

b = lebar komposit sandwich c = tebal core

d = tebal komposit sándwich

Gambar 3.11. Dimensi dan ukuran panjang span spesimen uji bending

Gambar 3.12. spesimen uji bending

(45)

commit to user 3.3.8 Diagram Alir Penelitian

Tahapan pelaksanaan penelitian dari awal sampai akhir dapat dilihat pada gambar 3.13.

Melapisi core dengan resin dengan metode

spray-up Perlakuan NaOH 5%

(perendaman selama 4 jam) Mulai

Persiapan alat dan bahan

Pembuatan core dengan bahan serbuk gergaji

(SG)-Urea Formaldehide (UF)

dengan komposisi SG:UF, 60%:40%

dengan tebal 10 mm Resin Unsaturated

Polyester (UPRs) Yukalac type 157^@

BQTN EX dan

Katalis methyl Ethil

Pembersian Serat dengan air

Pembuatan Komposit Sandwich dengan cetak

tekan

Pengeringan serat aren di dalam suhu ruangan

Post Cure 60^OC selama 4 jam

Pemotongan Komposit Sandwich

Spesimen uji dengan acuan ASTM C-393

A

(46)

commit to user

Gambar 3.13. Diagram Alir Penelitian

A

Perlakuan pemanasan suhu maksimum dengan variasi 50^OC,

75ÔC, 100ÔC, 125ÔC dengan jumlah pemanasan 50 kali Perlakuan Jumlah pemanasan suhu

maksimum dengan variasi 25kali, 50 kali, 75 kali, 100 kali, dan 125 kali dengan suhu maksimal 50^OC

Uji Bending (ASTM-C 393) didapatkan kurva pengaruh pemanasan suhu maksimum dan jumlah pemanasan terhadap kekuatan bending

Analisa dan pembahasan Data hasil diperoleh

Kesimpulan

selesai

(47)

commit to user 39 BAB IV

DATA HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengaruh Variasi Pemanasan Suhu Maksimum Terhadap Kekuatan Bending Komposit Sandwich dengan Skin Aren Core Serbuk Gergaji Kayu Sengon Laut (SG-KSL).

Data hasil pengujian bending sandwich core SG-KSL skin komposit serat aren dengan variasi temperatur pemanasan masing-masing 29ôC, 50ôC, 75ôC, 100ôC, 125ôC dengan kekuatan bending ditunjukkan pada tabel 4.1. Secara umum, tegangan bending komposit sandwich mengalami penurunan seiring dengan peningkatan temperatur pemanasan suhu maksimum, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Tabel 4.1. Kekuatan bending komposit sandwich variasi suhu siklis Temperatur

Pemanasan (^oC)

Kekuatan Bending (Mpa) Min Max Rata-rata

30 5,42 5,75 5,59

50 4,87 5,81 5,25

75 4,35 4,91 4,63

100 4,06 4,53 4,47

125 2.39 4,3 3,53

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara kekuatan bending dengan variasi pemanasan suhu maksimum.

(48)

commit to user

Rata-rata kekuatan bending menurun seiring dengan meningkatnya suhu perlakuan yang diberikan, yaitu sebesar 6,08 %, 11,8%, 3,45%, dan 21,02%. Hal ini disebabkan karena pengaruh pemanasan suhu maksimum menyebabkan sifat penguat serat aren semakin menurun.

Indikasi semakin menurunnya kekuatan serat seiring dengan bertambah besarnya temperatur pemanasan didukung oleh adanya beberapa fakta, yaitu (1) penurunan kekuatan bending komposit sandwich disetiap peningkatan suhu siklis panas (2) penurunan defleksi komposit sandwich disetiap peningkatan suhu siklis panas (3) pada temperatur pemanasan sebesar 100^OC dan 125^OC tidak ditemukan kegagalan fiber pull out, ini membuktikan bahwa serat bersifat getas.

Penurunan kekuatan bending komposit juga disebabkan karena penurunan sifat mekanis unsaturated polyester yang digunakan sebagai bahan matrik skin komposit akibat dari pemanasan suhu maksimum, selain itu pemanasan suhu maksimum juga menyebabkan penurunan sifat mekanis core serbuk gergaji dengan perekat urea formaldehyde. Hal ini sesuai dengan pernyataan Surdia (2000) yang mengungkapkan bahwa salah satu kelemahan bahan polimer adalah tidak tahan panas, perubahan temperatur menyebabkan pergerakan molekul pada polimer sehingga mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur molekul tersebu

Semakin meningkatnya temperatur pemanasan juga mengakibatkan penurunan rata-rata nilai defleksi komposit sandwich yang dipaparkan pada Gambar 4.2 hal ini menunjukkan bahwa komposit sandwich memiliki sifat lebih getas seiring dengan peningkatan temperatur pemanasan. Kesimpulan ini selaras dengan semakin menurunnya tegangan bending pada komposit sandwich pada setiap peningkatan temperatur pemanasan yang diberikan.

(49)

commit to user

Gambar 4.2. Grafik hubungan defleksi dengan variasi Pemanasan Suhu Maksimum

4.2. Pengaruh Variasi Suhu Pemanasan Terhadap Kekuatan Bending Komposit Sandwich

Data hasil pengujian bending sandwich core SG-KSL skin komposit serat aren dengan variasi jumlah pemanasan suhu maksimum masing-masing (25, 50, 75, 100, 125) kali ditunjukkan dalam tabel 4.2 dan Gambar 4.3 dibawah.

Dipaparkan nilai kekuatan bending, dan perbandingan antara kekuatan bending dengan variasi jumlah pemanasan suhu maksimum. Rata-rata kekuatan bending menurun seiring dengan meningkatnya jumlah pemanasan suhu maksimum yang diberikan, namun pada siklis 50 kali terjadi peningkatan 1,89 % kemudian mengalami penurunan sebesar 18,66 %, 2.81%, 8,91%.

Tabel 4.2. Kekuatan bending komposit sandwich variasi jumlah pemanasan Jumlah pemanasan Kekuatan Bending (Mpa)

Min Mak Rata-rata

25 5,13 5,4 5,13

50 5,25 5,81 5,25

75 4,27 4,74 4,40

100 2,71 5,09 4,36

125 3,78 3,98 3,78

(50)

commit to user

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara kekuatan bending dengan variasi jumlah pemanasan maksimum

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara defleksi dengan variasi jumlah pemanasan maksimum

Penurunan kekuatan bending dan nilai defleksi kompsosit sandwich terjadi secara signifikan pada perlakuan jumlah pemanasan 75 kali, hal ini disebabkan terjadi penurunan sifat serat aren sebagai penguat komposit seiring dengan peningkatan jumlah pemanasan suhu maksimum. Perlakuan pemanasan menyebabkan terjadinya penguapan air terikat di dalam sel serat melalui bidang kontak antar serat hingga ke permukaan komposit, oleh sebab itu serat menjadi lebih rapuh dan tidak berfungsi dengan baik.

(51)

commit to user

Pengupan air terikat menjadi lebih besar karena hilangnya lapisan lignin pada serat aren saat dikenai perlakuan alkali (NaOH) , karena menurut Ray dkk (2001) menyatakan bahwa perlakuan alkali (NaOH) dapat mengubah topografi penampang serat dan dapat membuat komponen serat hemiselulosa dan lignin menjadi hilang atau terkikis.

Diharjo (2008) penurunan tegangan bending komposit serat alam disebabkan oleh menurunnya kekuatan matrik dan serat, karena semakin banyaknya jumlah siklis pemanasan berulang maka semakin besar pula degradasi tegangan dan modulus bending komposit. Lamanya waktu berada pada temperatur tinggi juga dapat menjadi satu penyebab menurunnya kekuatan polimer, dalam waktu yang singkat pada temperatur tinggi tidak memberikan pengaruh yang signifikan, tetapi dalam waktu yang lama walaupun temperatur lebih rendah dapat mengakibatkan kerusakan (Surdia 2000).

(52)

commit to user 4.3. Analisa Foto Makro

4.3.1 Penampang patahan akibat pengaruh pemanasan suhu maksimum

Gambar 4.5. Suhu 50^OC

(a)

(b)

10 mm

Gagal Core

Delaminasi

Fiber Pull Out

10 mm

Patah Getas

10 mm

Patah Getas pada core

(53)

commit to user (a)

(b)

(a)

10 mm

Delaminasi Patah getas

Delaminasi setelah perlakuan

pemanasan

10 mm

Patah Getas

10 mm