ANALISA KEKUATAN TARIK DAN BENDING KOMPOSIT SERAT BENANG KAPAS DENGAN MENGGUNAKAN PEREKAT RESIN POLYESTER

(1)

POLITEKNOSAINS VOL. X NO. 2 September 2011

Analisa Kekuatan Tarik… 100

ANALISA KEKUATAN TARIK DAN BENDING KOMPOSIT SERAT BENANG KAPAS DENGAN MENGGUNAKAN

PEREKAT RESIN POLYESTER Salim

Teknika Akademi Maritim Yogyakarta

Abtract.

Composite represent a number of systems of multi phase is nature of alliance that is alliance matrix material or fastener with lasing. Of the merger will yield composite material which have the natural of mechanical and different characteristic ot its material, so that can be planned a composite material which wanted. The cotton is found abundanly special in Indonesia, but it’s exploiting which still less, bisides their machanical properties of this fibre still hanging in doubt Pursuant to consideration of matter above ,hence research about cmposite with material the cotton yard and matrix by BQTN 157-EX with MEKPO hardenner.

The Composition of weight fraction of 10%, 15%, 20% and 25%, Cotton yard. Base tensile test ASTM D 3039 and ASTM D 790 bending test. Results from the testing that for a tensile test at highest to 25% at 22.22 MPa and

the lowest to10% at 14:12 MPa and strain each-respectively 3.90 and 3.25 for 25% and 10%. As for the bending stress to the fraction of 25% to produce at 1.44 MPa and for 10% to produce of 0.94 MPa. Key words: Composite long fiber, Cotton yarn, Tensile Test and BendingTest

Pendahuluan

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam bidang rekayasa material serta berkembangnya isu lingkungan hidup menuntut terobosan baru dalam penyediaan material yang berkualitas tinggi

dan ramah lingkungan . Selama ini keberadaan logam mendominasi dalam bidang industri. Namun masih belum terpenuhi material yang mempunyai sifat tertentu dalam aplikasi di industri, maka dikembangkan material bukan

(2)

logam khususnya komposit berpenguat serat alam yang bersifat lebih ringan, mudah dibentuk, tahan korosi, harga murah, mudah diperoleh, mempunyai massa jenis yang lebih rendah dibanding serat mineral dan memiliki kekuatan yang minimal sama dengan material logam. Sehingga sudah menjadi kenyataan jika bahan komposit digunakan secara luas dibidang industri, otomotif, penerbangan, perkapalan dan arsitektur. Di lain sisi para peneliti dari berbagai belahan dunia pada saat ini telah memfokuskan perhatiannya pada pemanfaatan serat alam dan material komposit berpenguat serat alam yang merupakan material komposit yang ramah lingkungan ( Brouwer, 2000 ).

Berdasarkan uraian diatas, maka dapat dijelaskan bagaimana pengaruh serat benang kapas dengan matrik BQTN 157- EX terhadap kekuatan tarik dan bendingnya. Menurut Matthews dkk. (1993) komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran homogen, dimana sifat mekanik dari masing – masing dari material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat

mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya . Material komposit mempunyai sifat material dari material konvensional pada umumnya dan proses pembuatanya melalui pencampuran yang tidak homogen, sehingga kita dapat leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengaatur komposisi dari material pembentuknya. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan , yaitu gabungan antara matrik sebagaai apengikat dan penguat.

Komposit berbeda dengan paduan maka oleh Van Vlack (1994) dijelaskan sebagai berikut :

-. Paduan adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih dimana bahan –

bahan tersebut terjadi peleburan

-. Komposit adalah

kombinasi terekayasa dari dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat –sifat seperti yang diinginkan dengan cara kombinasi yang sistematik pada kandungan yang berbeda tersebut.

Definisi yang lain yaitu, komposit merupakan rangkaian dua atau lebih bahan yang digabung

(3)

menjadi satu bahan secara mikroskopis dimana bahan pembentuknya masih terlihat seperti aslinya dan memiliki hubungan kerja diantaranya sehingga mampu menampilkan sifat – sifat yang diinginkan (Mikell, 1996).

Di benua Eropa dan Amerika, serat alam yang dibudidayakan seperti jute, flax, hemp, kapas, kenaf, merupakan bahan alam yang cukup intensif digunakan oleh industri otomotif dan bahan bangunan ( Gayer dan Schuh, 1996, Rana dan Jayachandran, 2000 dan Brouwer, 2000, Mohanty, et al., 2000 ).

Di sisi lain produksi kapas Indonesia masih sangat kecil dibandingkan dengan kebutuhan. Ini baru dalam kebutuhan untuk sandang dan yang lain belum termasuk nantinya untuk bahan dasar material (komposit)

http://www.jaist.ac.jp

Kekuatan spesifik dari beberapa jenis serat alam mempunyai nilai yang dapat menyamai nilai kekuatan serat gelas, ( Biswas, Srikanth dan Nangia, 2001 ). Pendorong lainnya yang secara intensif memacu pengembangan komposit serat alam adalah arahan dan peraturan lingkungan. Bagi negara Uni Eropa dan sebagian kecil di Asia , telah mensyaratkan bahan habis pakai penggunaan

serat alam bagi industri otomotif,

(End-of-Life of Vehicles /ELV ).

Legislation menyatakan bahwa pada tahun 2015 semua kendaraan harus menggunakan bahan yang 95 % dapat didaur ulang – sehingga solusi total yang ramah lingkungan diperlukan. Dari kecenderungan ini dapat

diperkirakan bahwa

pengembangan bahan komposit ‘hijau’ ramah lingkungan yang berbasis serat dan resin yang dibuat dari tumbuhan dapat merupakan solusi dalam permasalahan tersebut ( Karus dan Kaup, 2002 ). Oleh karena itu potensi serat kapas(benang) menjadi informasi utama dalam gagasan penelitian ini.

Matrik pengikat yang biasa digunakan dalam rekayasa panel komposit adalah bahan polimer termoplast maupun termoset. Namun, kajian pemilihan jenis matrik yang penting adalah jenis polimer yang memiliki interaksi ikatan yang kuat dengan serat alam/benang dan harganya murah. Bahkan matriks yang dipilih untuk digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester.

Metodologi Penelitian

Bahan utama penelitian adalah serat benang kapas yang disusun secara merata (asumsi), pembuatan spesimen skin

(4)

komposit menggunakan fraksi berat yaitu perbandingan berat antara serat dan matrik sebesar 10% serat dan 90% matrik. 15% serat dan 85 matrik ,20% serat dan 80 % matrik serta 25% serat dan 75 % matrik .Katalis yang digunakan sebesar 1 % dari berat resin. Dilakukan secara hand lay up, dimana serat benang kapas ditaruh pada dasar cetakan, yang sebelumnya telah dituang campuran resin termosetting

BQTN-EX dan katalis MEKPO. Kemudian di atas serat benang kapas tadi dituang campuran resin

termosetting BQTN-EX dan katalis MEKPO sampai semua serat benang kapas terendam. Cetakan penutup dipasang di atas spesimen dan ditekan dengan

press berkekuatan 8 ton serta dibiarkan mengeras pada temperatur ruang. Proses selanjutnya spesimen dibekukan pada temperatur ruang selama 2 jam. Pengujian dilakukan dengan uji tarik serta dengan (ASTM D 3039) serta uji bending three point bending ASTM D790-02.

Hasil dan Pembahasan

Pengujian tarik komposit serat benang kapas dengan matriks polyester dilakukan dengan menggunakan mesin uji tarik SHIMADZU servo pulser capacity ± 20 tons untuk menguji sebanyak 4 spesimen tarik komposit untuk tiap-tiap fraksi massa sesuai dengan standar ASTM D 3039

Data Hasil Pengujian Tarik Tabel. 1 Hasil Pengujian Tarik Fraksi Berat Serat (%) No. spesi -men Ukuran Pmaks (Newton) σ_c Tegangan tarik maks. rata-rata (MPa) ε Regangan rata-rata (%) T (mm) L (mm) AO (mm2) 10 1 4.0 24.8 99.2 1462 14.12 3,25 2 3.9 24.7 96.33 1062 3 3.8 24.9 94.62 1480 4 4.1 25,0 102.5 1547 15 1 4.1 25.0 102.5 1724 13.75 3,45 2 3.8 24.7 93.86 971 3 4.0 24.9 99.6 1500 4 3.9 24.8 96.72 1219 20 1 4.0 25.0 100 1975 17.73 3,80 2 3.9 24.8 96.72 1663

(5)

POLITEKNOSAINS VOL. X NO. 2

Analisa Kekuatan Tarik…

3 3.8 24.6 4 3.9 24.7 25 1 3.9 24.9 2 3.8 24.8 3 3.7 24.7 4 4.0 25.0

Gambar 1. Kurva Tegangan Tarik Dengan Fraksi Berat Pembahasan Pengujian Tarik

Berdasarkan data hasil pengujian tarik diketahui bahwa dengan bertambahnya prosentase fraksi berat akan selalu berpengaruh terhadap kekuatan tariknya. Komposit yang memiliki kekuatan tarik tertinggi pada fraksi berat benang diatas adalah komposisi 25% berat serat benang dan 75 % berat resin

104 93.48 1384 96.33 1850 97.11 2308 22.22 3.90 94.24 2003 91.39 1860 100 2352

Gambar 1. Kurva Tegangan Tarik Dengan Fraksi Berat Sera

Berdasarkan data hasil pengujian tarik diketahui bahwa prosentase selalu berpengaruh terhadap kekuatan tariknya. Komposit yang memiliki kekuatan tarik tertinggi pada diatas adalah % berat serat % berat resin

dikarenakan perbandingan tersebut terlihat perbandingan antara serat dan resin dapat mengikat dengan baik terlihat dari pengujian tarik yang dilakukan bahwa komposisi tersebut rata – rata tegangan tariknya sebesar 22,22 MPa, diikuti fraksi massa 20 % serat 80% resin tegangan tariknya sebesar 17,73 MPa dan yang terendah pada fraksi berat

(6)

serat benang 10% dan 90% berat resin sebesar 14,12 MPa. Regangan yang dimiliki komposit ini sama dengan kekuatan tariknya, yang mempunyai regangan tertinggi pada fraksi 25% berat serat dan 75 % berat resin sebesar 3,90%, diikuti fraksi massa 20 % serat 80% resin sebesar 3,80% dan yang terendah pada fraksi berat 10% serat dan 90% berat resin 3,25%. Sehingga dalam hal ini berat serat benang terhadap resin hanya yang komposisi yang sesuai dalam

ikatannya resin terhadap serat yang berpengaruh pada kekuatan tarik dan regangan yang dimilikinya. Semakin besar kandungan serat komposit benang selalu berpengaruh terhadap kekuatan tariknya. Demikian pula regangan yang dimiliki juga meningkat. Hal ini disebabkan pengaruh serat benang dan resin yang sesuai dalam membentuk ikatannya yang mampu menahan gaya tarik yang diterimanya dengan meneruskan gaya ke arah matriks.

Data Hasil Pengujian Bending Untuk mendapatkan data , pengujian bending komposit serat benang dengan matrik polyster menggunakan mesin uji tarik

SHIMADZU servo pulser capacity ± 20 tons. Dengan jumlah 4 buah spesimen tiap – tiap fraksi massa dilakukan ujin

bending yang sesuai standar ASTM D 790-02.

Tabel 3.2. Data hasil pengujian Bending Tabel 2. Hasil Pengujian Bending

Fraksi Berat Serat (%) No. spesi-men Ukuran Pmaks (Newton) σ Tegangan bending maks. rata-rata (MPa) T (mm) L (mm) AO (mm2) 10 1 3.9 24 93.60 84.8 0.94 2 4.0 23.9 95.60 98.1 3 3.9 23.8 92.82 81.0 4 4.1 24.1 98.81 94.7 15 1 3.8 23.7 90.06 81.0

(7)

2 4.0 23.9 95.6 91.4 0,95 3 4.0 23.8 95.2 91.4 4 4.1 24.1 98.81 108.5 20 1 4.1 23.9 97.99 91.4 0.94 2 3.9 23.8 92.43 81.0 3 3.8 23.7 90.06 80.0 4 4.0 24.1 96.4 101.4 25 1 3.8 23.8 90.44 118.0 1.44 2 4.0 24.0 96.0 142.1 3 4.1 24.0 98.40 149.2 4 3.9 23.9 93.21 142.1

Gambar 2. Kurva Tegangan Bending Dengan Fraksi Berat

3.2.2 Pembahasan Pengujian Bending

Hasil pengujian bending data hasil pengujian bending diketahui

bahwa dengan

bertambahnya prosentase

fraksi berat serat benang selalu berpengaruh terhadap kekuatan bendingnya. Komposit yang memiliki kekuatan bending tertinggi pada prosentase berat serat benang diatas adalah 25% 0 0,5 1 1,5 2 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% T e g a n g a n B e n d in g Fraksi Berat

(8)

berat serat benang dan 75 % berat resin dikarenakan perbandingan tersebut yang dapat bercampur secara sempurna terlihat dari pengujian bending yang dilakukan bahwa komposisi tersebut rata –rata tegangan bending sebesar 1.44 MPa, diikuti fraksi massa 15 % serat 85% resin tegangan tariknya sebesar 0,95 MPa dan yang terendah pada fraksi berat serat 10% dan 90% berat resin sebesar 0,94 MPa. Sehingga dalam hal ini banyaknya serat benang terhadap resin hanya yang sesuai komposisinya supaya dapat membentuk ikatan antara resin terhadap serat sehingga berpengaruh pada kekuatan bending yang dimilikinya. Hal ini disebabkan pengaruh serat benang kapas dan resin yang sesuai dalam membentuk ikatannya yang mampu menahan gaya bending yang diterimanya dengan meneruskan gaya ke arah matriks.

. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian dan analisis dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: Bertambahnya prosentase fraksi berat serat benang kapas

selalu berpengaruh terhadap kekuatan. Dalam hal ini berat serat benang kapas akan menyatu terhadap resin yang berkomposisi sesuai dalam ikatannya yang berpengaruh pada kekuatan yang dimilikinya.

Semakin besar kandungan serat benang kapas pada komposit selalu berpengaruh terhadap kekuatan tarik maupun bending. Demikian pula regangan yang dimiliki juga meningkat. Hal ini disebabkan pengaruh serat benang kapas dan resin yang sesuai dalam membentuk ikatannya yang mampu menahan gaya tarik yang diterimanya dengan meneruskan gaya ke arah matriks.

DAFTAR PUSTAKA ---, 2002, Annual books of ASTM Standards, Section 7 : Textile, D 638-02

---, 2002, Annual books of ASTM Standards, Section 7: Textile, D 790-02

ASTM, 1998. “Annual Book of ASTM Standar”, Section 4, Vol. 04.06, ASTM, West Conshohocken.

Callister, W.D, 2000. Materials Science and Engineering: An Introduction, edisi ke 5. John Willey, New York.

(9)

George J., Janardhan R., Anand J.S., Bhagawan S.S dan Thomas S., 1996. “Melt Rheological behavior os short Pineapple Fibre Reinforced Low density Polythylene Composites”, Journal of Polymer, Volume 37, No.24, Gret britain. Gibson O.F., 1994, “Principles of

Composite Material Mechanics”, McGraw-Hill International Editional Editions, USA. Jones R.M., 1975, “Mechanics of Composite Materials”, McGraw-Hill Kogakusha Ltd, tokyo, Japan.

Karnani R., Krishnan M., dan Narayan R., 1987. “Biofiber Reinforced Polypropylene Composites”, Reprinted from Polymer Engineering and science, Vol.37. No.2. Kaw A.K., 1997. “Mechanics of

Composite Materials”, CRC Press, New York.

Matthews, F.L, Rawling,RD, 1993, Composite Material Engineering And Science, Imperial College Of Science, Technology and Medicine, London, UK

Mikkel PG., 1996, Composite Material Fondamental of Modern Manufacturing Material, Processes And System , Prentice Hall. Ray D., Sarkar B.K., Rana A.K.,

dan Bose N.R., 2001.

“Effect of Alkali Treated Jute Fibres on Composites Properties”, Bulletin of Materials Science, Vol.24, No.2, pp. 129-135, Indian Academy of science.

Roe P.J. dan Ansel M.P., 1985.

“Jute-reinfirced polyester Composites” Journal of Materials Science 20, pp. 4015-4020, UK. Schawardz M.M., 1984, Composite Material Handbook Mc Graw-will, Singapura. Shackeltord, 1992, “Introduction to Materials Science for Engineer,” Third Edition, Macmillan Publishing Company, New York. Van Vlack,LH, 1994, terjemahan

Japrie,S, Ilmu dan Teknologi Bahan , E-Edisi kelima, Erlangga, Jakarta

(10)