DAFTAR ISI
Kata Pengantar ii
Sambutan Dekan Fakultas Teknik iii
Ucapan Terima Kasih iv
Daftar Isi v
Susunan Panitia x
Susunan Acara xi
1. Technopreneur and Social-Entrepreneurship: “…based on product…”, Raldi
Artono Koestoer 1
2. Supply Chain Management: Tantangan dan Strategi, Nyoman Pujawan 7 Bidang Teknik Mesin
1. Metode Pemilihan Pompa Sebagai Turbin Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro, Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda, I Nengah Suweden 1 2. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Kekuatan Tekan Komposit Fiberglass,
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana 7 3. Pengaruh Variasi Diameter dan Sudut Kemiringan Pipa Inlet Terhadap Unjuk
Kerja Pompa Hidram, Sehat Abdi Saragih 14
4. Analisa Kerusakan pada Rotating Element Pompa Injeksi Air David Brown
DB34-D DI PT CPI Minas, Abrar Ridwan, Ridwan Chandra 21
5. Pengaruh Temperatur Pembakaran pada Komposit Lempung/Silika RHA terhadap Sifat Mekanik (Aplikasi pada Bata Merah), Ade Indra, Nurzal, Hendri Nofrianto 34 6. Rancang Bangun Mesin Pemisah Dan Pencacah Sampah Organik (Daun-daunan)
dan Anorganik (Plastik, Kresek) untuk Menghasilkan Serpihan Sampah Organik Lebih Kecil sebagai Bahan Kompos, I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P.
Kusuma Kencanawati, I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan 42 7. Peningkatan Nilai Kalor Biobriket Campuran Sekam Padi dan Dominansi Kulit
Kacang Mete dengan Metode Pirolisa, Arijanto 49
8. Perilaku Stress Tanki Toroidal Penampang Oval dengan Beban Internal Pressure,
Asnawi Lubis, Shirley Savetlana, and Ahmad Su’udi 60
9. Kekerasan Baja AISI 4118 setelah Proses Pack Karburising dengan Media Karburasi Arang Tulang Bebek dan Arang Pelepah Kelapa, Dewa Ngakan Ketut
Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, AAIA Sri Komala Dewi 67
10. Quantum States At Juergen Model for Nuclear Reactor Control Rod Blade Based
On Thx Duo2 Nano-Material, Moh. Hardiyanto 73
11. Pengerasan Induksi pada Material AISI 4340 sebagai Material Bahan Baku Industri HANKAM Nasional, Muhammad Dzulfikar, Rifky Ismail, Dian Indra
Prasetyo, dan Jamari 83
12. Studi Pengaruh Kemiringan Kolektor Surya Tipe Satu Laluan Udara Panas Terhadap Proses Pengeringan Kerupuk Ubi, Eddy Elfiano, Muhd. Noor Izani 90 13. Pemanfaatan Limbah Tempurung Kelapa Sawit (Elacis Guinesis) sebagai Energi
Biomassa yang Terbarukan, Eko Yohanes, Sibut 96
14. Pengaruh Variasi Volume Serat Resam terhadap Kekuatan Tarik dan Impact Komposit pada Matriks Polyester sebagai Bahan Pembuatan Dashboard Mobil,
Herwandi, Sugianto, Somawardi, Muhammad Subhan 102
15. Pemanfaatan Arang Kayu Bakar sebagai Media Karburasi pada Proses Pack
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013
TM-02 | 7
PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT TERHADAP KEKUATAN
TEKAN KOMPOSIT FIBERGLASS
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali 80362
e-mail: komaladewijegeg@yahoo.co.id
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidik i pengaruh frak si volume serat terhadap k ek uatan tek an k omposit polyester yang diperk uat dengan serat gelas atau Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). Dalam aplik asinya seperti untuk body k endaraan, k ompo sit ini banyak mengalami pembebanan tek an, mak a perlu diperhatik an k ek uatan dari material tersebut agar nantinya dalam pengoperasiannya tidak terjadi k egagalan material yang menyebabk an k ecelak aan yang fatal. Proses pembuatan spesimen menggunak an metode press hand lay – up, dengan resin unsaturated polyester (UPRs) jenis Yuk alac 157 BQTN. Serat yang digunak an adalah serat gelas jenis E–class WR 600 dan pengerasnya menggunakan hardener jenis metal etil k eton peroxide (MEKPO). Variasi frak si volume serat adalah 44,8, 34,7 dan 24,4%. Spesimen pengujian tek an sesuai dengan ASTM D 695. Hasil penelitian menunjuk k an bahwa bertambahnya frak si volume serat dalam k omposit menyebabk an naik nya k ekuatan tek an k omposit GFRP. Nilai tertinggi sebesar 47578,33 N pada k omposit dengan 57 lapis serat.
Kata kunci: k omposit, woven roving/ polyester, frak si volume, k ek uatan tek an. 1. Pendahuluan
Perkembangan ilmu dan teknologi yang semakin pesat dewasa ini banyak memberikan terobosan baru dalam kehidupan manusia. Perkembangan ini juga merambah pada teknologi bahan teknik dan material rekayasa, karena tuntutan perkembangan jaman para ahli dipaksa untuk mendapatkan bahan yang kuat, ringan namun relatif murah. Guna menanggapi permasalahan tersebut maka teknologi polimer dan komposit mulai dikembangkan untuk mendapatkan berbagai bahan dengan sifat mekanis yang diinginkan untuk berbagai keperluan. Salah satu material komposit yang saat ini banyak digunakan adalah polymer yang diperkuat serat gelas atau Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). GFRP yang lebih umum disebut fiberglass, banyak digunakan sebagai body kendaraan khususnya untuk bagian yang membutuhkan material ringan dengan kekuatan dan ketahanan korosi yang tinggi.
Berdasarkan penelitian sebelumnya bahwa pengujian lelah semakin tinggi fraksi serat pada bahan komposit, umur lelahnya semakin tinggi pula (I Made Astika 2007).
Penambahan Lapisan serat pada komposit GFRP akan mengakibatkan peningkatan pada fraksi berat serat dan fraksi volume serat, yang berakibat pada peningkatan kekuatan dan juga modulus lentur komposit GFRP (NPG Suardana, I W Surata 2007).
Serat gelas yang umum digunakan sebagai komposit adalah yang berbentuk lembaran serat pendek dengan orientasi acak yang disebut chopped random mat dan anyaman seperti kain yang disebut woven. Untuk mendapatkan bentuk dan karakteristik komposit yang diinginkan, lembaran serat dapat disusun berlapis – lapis dalam polymer sebagai matrik pengisi, dengan fraksi volume serat yang bervariasi.
Penggunaan GFRP baik sebagai peralatan medis, pesawat udara, kapal laut, otomotif. dalam pengoperasiannya banyak mengalami tekanan, dan pembebanan, terutama pada tingkat desain yang rumit dengan tingkat orientasi pembebanan yang cukup tinggi, yang sering mengakibatkan material mengalami kegagalan. Maka untuk itu karakteristik dan sifat mekanis yang perlu diperhatikan salah satunya adalah kekuatan tekan dari
material yang digunakan, agar dalam pengaplikasiannya tidak terjadi kegagalan material yang dapat mengakibatkan kecelakaan yang fatal.
2. Komposit Berpenguat Serat Gelas
Komposit berpenguat serat gelas atau yang dalam teknologi komposit disebut
GFRP, digolongkan sebagai komposit yang menggunakan polymer sebagai matrik dan serat sebagai penguat (PMC – FRC).Umumnya GFRP terdiri dari resin unsaturated
polyester (UPRs) sebagai matrik,pengeras atau hardener, dan serat gelas sebagai penguat. 2.1. Serat Gelas
Serat gelas dalam teknologi komposit didefinisikan sebagai suatu material yang memiliki perbandingan panjang lebih dari 100 kali dari diameternya dengan panjang minimum 25 mm dan diameter 5 – 20 μm.serat dapat berupa serat panjang (filamen) atau serabut pendek (staple) juga dapat berupa serat organik yang diperoleh dari alam dan serat sintetik yang sengaja dibuat dari senyawa kimia (Jacobs, 1994). Serat gelas yang digunakan dalam komposit GFRP merupakan serat sintetik yang dibuat dari bahan dasar silikon (Si). Berdasarkan karakteristik dan fungsinya serat gelas dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu:
1. E – class, merupakan serat gelas yang didesain untuk peralatan - peralatan elektronik dan peralatan umum lainnya yang membutuhkan sifat isolator dan konduktifitas thermal yang rendah, dengan komposisi 55,2% SiO2, 8% AL2O3,18,7% CaO, 4,6%
MgO , O,3% Na2O, 0,2% K2O, 7,3% B2O3. Serat E – class memiliki kekuatan tarik
1750 MPa dan modulus elastis 70 GPa (Chawla, 1987). Serat jenis ini paling banyak digunakan karena harganya relatif lebih murah.
2. S – class, merupakan serat gelas yang didesain kusus untuk peralatan yang membutuhkan kekuatan dan ketahanan terhadap panas yang tinggi, dengan komposisi 65% SiO2, , 25% AL2O3, 10% MgO.
3. C – class, merupakan serat gelas yang didesain khusus untuk peralatan yang membutuhkan ketahanan terhadap korosi yang tinggi,dengan komposisi 65% SiO2, 4% AL2O3, 14% CaO, 3% MgO, 8,5% Na2O, 5% B2O3.
Serat gelas umumnya dibentuk berupa serat panjang kontinu (yarn), kumpulan serat panjang kontinu (roving), kumpulan serat pendek dengan orientasi acak (chopped strand
mat), dan serat panjang kontinu yang disusun seperti anyaman/kain (woven). 3. Proses Produksi Komposit Berpenguat Serat
Beberapa teknik yang umum digunakan dalam proses pembentukan komposit khususnya komposit berpenguat serat (FRC) adalah:
1. Pultrusion, merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat dimana dalam prosesnya serat dicelupkan kedalam wadah berisi resin kemudian melalui beberapa die. Teknik ini khusus digunakan untuk memproduksi benda berbentuk datar (flat) dan batang dengan penampang “L” “T” ( L dan T - beam)
2. Filament winding, merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat yang dalam prosesnya serat yang telah dilapisi resin dialirkan ke mandreal Teknik ini khusus digunakan untuk memproduksi benda berdiameter sperti pipa.
3. Lay-up merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat yang dalam prosesnya serat ditumpuk kemudian dilapisi dengan resin yang dapat dikerjakan dengan menggunakan mesin atau tangan (hand lay- up). Proses ini memiliki kemudahan dan keunggulan yang lebih dibanding dengan teknik yang lain. Dengan proses lay-up dapat dihasilkan produk komposit yang beraneka bentuk dengan desain yang rumit sekalipun.
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013
TM-02 | 9 4. Teknik semprot, merupakan proses pembentukan komposit dimana pada teknik ini
serat dipotong pendek-pendek dicampur resin kemudian disemprotkan dibentuk lapisan demi lapisan.
5. Transfer molding, merupakan proses pembentukan komposit, dengan mengalirkan campuran resin dan serat pendek ke beberapa cetakan sekaligus. Teknik ini digunakan untuk memproduksi komposit dalam jumlah besar.
4. Kuat Tekan
Tegangan tekan berlawan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah kedua gaya menjauhi ujung benda (kedua gaya saling berlawanan), sedangkan pada tegangan tekan arah kedua gaya saling mendekati. Kekuatan tekan material adalah adalah nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian. Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika dalam pengujian nantinya, spesimen (berbentuk balok) akan mengalami perubahan panjang dan terjadi perubahan dimensi kearah lateral. (Ismoyo, 1999). Perubahan benda karena tegangan tekan dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Perubahan benda Akibat penekanan Keterangan:
A = Luas Penampang
P = Gaya yang Bekerja sebagai penekanan L0 = Panjang awal
L = Perubahan Panjang, Dimana L = L0 - L1 4.1. Pengujian Tekan
Akibat beban tekan yang diberikan yang merupakan fungsi dari luas penampang yang mana material akan cenderung mengalami perubahan kearah lateral. Pada uji tekan gaya yang diberikan ditunjukkan seperti gambar 2.
Gambar 2. Skematik Uji tekan
P P P P
Sebuah batang komposit yang dikenai beban tekan akan mengalami perubahan panjang. Adapun kurva tegangan regangan akibat beban tekan ditunjukkan pada gambar 3
Gambar 3. Kurva Tegangan Regangan
Pada material yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan maka material ini tidak akan berubah kebentuk semula. Perubahan panjang disebut regangan teknik (((( t) yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi ( L)
terhadap panjang mula – mula (L0). Tegangan yang dihasilkan yang pada proses ini
dinamakan tegangan teknik t dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi
(P) pada suatu luas penampang (A0). Adapun rumusan akibat beban tekan dapat ditentukan
dengan persamaan sebagai berikut:
A P =
s
(1) Dimana: = s Tegangan = P Gaya Penekanan (N) = A Luas Penampang (m2 )Regangan akibat beban tekan statis dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut: L L D =
e
(2) Dimana: = e Regangan =DL Panjang akhir – Panjang awal (m) =
L Panjang awal (m)
Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tekan maupun tarik merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi lebih besar.
Robert Hook (1689) telah mengamati sebuah fenomena hubungan antara tegangan dan regangan pada daerah elastis suatu bahan tertentu dan menyimpulkan bahwa dalam batas batas tertentu tegangan pada suatu material ialah proporsional terhadap regangan yang dihasilkan. Teori ini kemudian disebut dengan istilah hukum hook. Namun teori ini hanya berlaku pada batas elastis material, dimana besarnya tegangan akan berbanding lurus terhadap pertambahan regangan yang terjadi. Dan bila beban dihilangkan, maka sifat ini akan menyebabkan material kembali kedalam bentuk semula. Berdasarkan yang dialami oleh material maka karakteristik material tersebut dapat diketahui, seperti modulus elastisitas. Berdasarkan hokum hook modulus elastisitas dapat ditentukan berdasarkan persamaan sebagai berikut:
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013 TM-02 | 11
e
s
= E (3) Dimana: = E Modulus Elastisitas Atau L Ax PxL E o D =Parameter lain yang digunakan untuk dapat mengetahui karakteristik dari material komposit adalah fraksi serat dalam komposit, adalah perbandingan matrik dan penguat/ serat yang dapat ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume serat (Vf) atau fraksi berat serat
(Wf). Fraksi berat serat lebih mudah untuk diukur ketika membuat komposit (Jamasri,
2005). Fraksi berat serat dan fraksi volume serat dapat dihitung dengan persamaan: Wf = c f w w × 100 % (4) Vf = ´ c f v v 100 % (5) vf = f f w r (6) Keterangan:
Wf = Fraksi berat serat (%)
wf = Berat serat (g)
wc = Berat komposit (g)
Vf = Fraksi volume serat (%)
vf = Volume serat (cm3)
vc = Volume komposit (cm3) f
r = Massa jenis serat (gram/cm3)
4.2. Spesimen Uji Tekan
Spesimen uji tekan yang dibuat dari komposit yang berbentuk balok yang memiliki dimensi panjang, lebar maupun tinggi yaitu 12,7 mm x 12,7 mm x 25,4 mm.Pengujian ini sesuai dengan America Society for Testing and Materials (ASTM) D695 dengan spesifikasi gambar sebagai berikut:
5. Data Hasil Pengujian dan Pembahasan
Dari tabel pengambilan data dilakukan analisa data sehingga mendapatkan data hasil pengujian. Adapun hasil pengujiannya adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Tabel Hasil Uji Tekan
Fraksi Volume Serat ( 2) mm N A F = s L L D = e ( 2) mm N E e s = 44,8 : 55,2 294,99 0,101 2920,69 34,7 : 65,3 241,26 0,089 2710,79 24,4 : 75,6 182,47 0,066 2764,70
Dari hasil pengujian dan pengolahan data dapat dibuat grafik dan diagram batang tegangan-regangan seperti gambar sebagai berikut:
Gambar 5. Grafik Tegangan – Regangan
Gambar 6. Diagram Hasil Pengujian Tekan
Pembahasan
Berdasarkan grafik tegangan-regangan komposit GFRP diatas (gbr 5) dan juga sifat mekanis komposit GFRP, dapat dianalisis bahwa untuk masing-masing jenis komposit GFRP dengan ketebalan yang sama (25,4mm) untuk tiap penambahan lapisan serat terjadi peningkatan kekuatan tekan (σ) yaitu masing-masing 94,83% untuk komposit dengan 44 lapis serat dan sebesar 86,65% untuk komposit dengan 57 lapis serat dan terjadi penurunan sebesar 181,48% untuk 31 lapis serat. Dari grafik tegangan regangan modulus elastisitas
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013
TM-02 | 13 yang merupakan rasio dalam batasan elastis dari nilai pembebanan dan regangan, menunjukkan dan dapat membuktikan bahwa fraksi-fraksi serat yang lebih banyak ( 44 dan 57 lapis serat) dapat memberikan nilai yang lebih tinggi.
Pengaruh matrik dalam mendistribusikan beban sangat mempengaruhi kekuatan komposit. Nilai kuat tekan komposit dengan fraksi volume serat 44,8% memiliki kekuatan yang paling tinggi yang mana memiliki kekuatan tekan sebesar 47578,33N. Sedangkan untuk fraksi volume serat 34,7% didapat nilai tekan sebesar 38913N dan untuk fraksi volume serat 24,4% didapat nilai tekan sebesar 29430N. Hal ini berarti bahwa memang terjadi peningkatan kekuatan tekan seiring dengan peningkatan fraksi berat serat dengan ketebalan tetap.
Dari proses pecetakan komposit yang berpenguat serat gelas acak yang diproduksi dengan teknik press hand lay-up diperoleh bahwa untuk membuat komposit GFRP dengan ketebalan 25,4 mm jumlah lapisan serat maksimum yang digunakan adalah 57 lapis serat dengan fraksi volume serat 44,8% ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan nilai kekuatan tekan yang maksimal dengan cara memperbesar fraksi volume serat.
6. Kesimpulan
Dari hasil pengujiandan analisa data yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
- Semakin tinggi fraksi volume serat dalam komposit menyebabkan naiknya kekuatan tekan. Hal ini ditunjukkan dalam grafik tegangan regangan dimana fraksi volume 44,8 : 55,2 menghasilkan nilai tekan tertinggi sedangkan nilai tekan terendah adalah fraksi volume 24,4 : 75,6.
- Kenaikan jumlah lapisan serat pada komposit GFRP dengan ketebalan tetap bererti peningkatan pada fraksi volume serat sehingga mengakibatkan peningkatan pada kekuatan tekan komposit GFRP.
Daftar Pustaka
1. Astika, I Made. (2007)” Pengaruh Fraksi volume serat terhadap umur Lelah Woven roving/Polyester komposit” Vol 2 no 1, Jurnal Teknik Mesin Mesin Universitas Udayana.
2. Suardana, Surata, I Wayan (2007). “Pengaruh Jumlah lapisan serat Terhadap sikap Mekanisnya”, Vol 2 no 1, Jurnal Teknik Mesin Universitas Udayana.
3. Kusmawanto Ade M. (2004)”Pengaruh Jumlah Lapisan serat terhadap ketangguhan Kompisit Polymer Serat gelas Acak yang diproduksi Dengan Teknik Press Hand Lay Up” Tugas Akhir..
