i
ABSTRACT
The research discusses about tensile strength characteristic of fiber composite with a type of random arrangement in the variation of the number of layer fibers. Fibers that is used is a random arrangement of glass fiber which commercially available in sheet form. The purpose of this research to determine the tensile strength and strain in glass fiber composite with a number of different layers.
The first step is to make molds made of glass 20 x 30 x 0.5 cm. The first specimen was printed are the matrix without the fiber with a size 20 x 30 x 0.5 cm and 5 pieces for each specimen, then tensile tested. Second, make a composite test specimen with the number of layers 2 layers, 3 layers, 4 layers, and 5 layers. Making a composite test specimen refers to testing ASTM D 3039-76 standard. Before the test, composites must be cut to a length of 200 mm and width of 20 mm. Composite testing performed 5 times for 5 pieces of fibers specimen that have been made. The whole testing processes take on Laboratorium Ilmu Logam Mechanical Engineering Sanata Dharma University.
Based on the result of this research, it can be concluded as follows: first, the addition of fiber increase the tensile strength of composite compared to matrix. Tensile strength of matrix without fiber 44.56 MPa, while the greatest strength of the composite occurred in 4 layers fiber with the tensile strength 56.46 MPa. Second, the more layers of fiber the less of value of strain can be obtained, the strain of matrix without fiber is 2.15%, the strain of 2 layers of fiber is 1.02%, the strain of 3 layers of fiber is 0.89%, the strain of 4 layers of fiber is 1.4%, the strain of 5 layers of fiber is 1.21%. The smallest value of strain is on 3 layers of fiber. Third, the damage of composite can catagorized in the brittle fracture.
INTISARI
Penelitian ini membahas tentang karakteristik kekuatan tarik komposit serat acak dalam variasi jumlah lapisan serat. Serat yang dipakai adalah serat glass dengan susunan acak yang dijual di pasaran dalam bentuk lembaran. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan pada komposit serat glass dengan jumlah lapisan yang berbeda.
Langkah pertama membuat cetakan yang terbuat dari kaca dengan ukuran cetakan 20 x 30 x 0,5 cm. Benda uji yang dicetak pertama adalah matrik saja tanpa serat dengan ukuran 20 x 30 x 0,5 cm sejumlah 5 buah, kemudian diuji tarik. Kedua, membuat benda uji komposit dengan jumlah lapisan 2 lapis, 3 lapis, 4 lapis, dan 5 lapis. Pembuatan benda uji komposit, mengacu standar pengujian ASTM D 3039-76. Sebelum dilakukan pengujian komposit dipotong dengan panjang 200 mm dan lebar 20 mm. Pengujian komposit dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap lapisan serat yang telah dibuat. Seluruh proses pengujian dikerjakan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin Uiversitas Sanata Dharma.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut: pertama, penambahan serat dapat meningkatkan kekuatan tarik pada komposit dibandingkan kekuatan tarik matrik saja. Kekuatan tarik matrik tanpa serat 44,56 MPa, kekuatan komposit paling besar terjadi pada serat 4 lapis dengan kekuatan tarik sebesar 56,42 MPa. Kedua, semakin banyak lapisan serat semakin kecil regangan yang didapat, regangan pada matrik tanpa serat 2,15%, regangan serat 2 lapis 1,02%, regangan serat 3 lapis 0,89%, serat 4 lapis 1,4%, dan serat 5 lapis 1,21%. Regangan yang paling rendah pada serat 3 lapis. Ketiga, kerusakan yang terjadi pada komposit termasuk dalam kerusakan patah getas.
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT GLASS DENGAN
VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT
SKRIPSI
Untuk memenuhi persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik Strata 1
program studi Teknik Mesin
Diajukan oleh:
YOSEP DWI NUGROHO NIM: 115214019
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
CHARACTERISTICS OF GLASS FIBER COMPOSITE WITH
VARIATION LAYER OF FIBER
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
YOSEP DWI NUGROHO Student Number: 115214019
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak dapat 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, 15 April 2016
vi
INTISARI
Penelitian ini membahas tentang karakteristik kekuatan tarik komposit serat acak dalam variasi jumlah lapisan serat. Serat yang dipakai adalah serat glass dengan susunan acak yang dijual di pasaran dalam bentuk lembaran. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan pada komposit serat glass dengan jumlah lapisan yang berbeda.
Langkah pertama membuat cetakan yang terbuat dari kaca dengan ukuran cetakan 20 x 30 x 0,5 cm. Benda uji yang dicetak pertama adalah matrik saja tanpa serat dengan ukuran 20 x 30 x 0,5 cm sejumlah 5 buah, kemudian diuji tarik. Kedua, membuat benda uji komposit dengan jumlah lapisan 2 lapis, 3 lapis, 4 lapis, dan 5 lapis. Pembuatan benda uji komposit, mengacu standar pengujian ASTM D 3039-76. Sebelum dilakukan pengujian komposit dipotong dengan panjang 200 mm dan lebar 20 mm. Pengujian komposit dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap lapisan serat yang telah dibuat. Seluruh proses pengujian dikerjakan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin Uiversitas Sanata Dharma.
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut: pertama, penambahan serat dapat meningkatkan kekuatan tarik pada komposit dibandingkan kekuatan tarik matrik saja. Kekuatan tarik matrik tanpa serat 44,56 MPa, kekuatan komposit paling besar terjadi pada serat 4 lapis dengan kekuatan tarik sebesar 56,42 MPa. Kedua, semakin banyak lapisan serat semakin kecil regangan yang didapat, regangan pada matrik tanpa serat 2,15%, regangan serat 2 lapis 1,02%, regangan serat 3 lapis 0,89%, serat 4 lapis 1,4%, dan serat 5 lapis 1,21%. Regangan yang paling rendah pada serat 3 lapis. Ketiga, kerusakan yang terjadi pada komposit termasuk dalam kerusakan patah getas.
vii
ABSTRACT
The research discusses about tensile strength characteristic of fiber composite with a type of random arrangement in the variation of the number of layer fibers. Fibers that is used is a random arrangement of glass fiber which commercially available in sheet form. The purpose of this research to determine the tensile strength and strain in glass fiber composite with a number of different layers.
The first step is to make molds made of glass 20 x 30 x 0.5 cm. The first specimen was printed are the matrix without the fiber with a size 20 x 30 x 0.5 cm and 5 pieces for each specimen, then tensile tested. Second, make a composite test specimen with the number of layers 2 layers, 3 layers, 4 layers, and 5 layers. Making a composite test specimen refers to testing ASTM D 3039-76 standard. Before the test, composites must be cut to a length of 200 mm and width of 20 mm. Composite testing performed 5 times for 5 pieces of fibers specimen that have been made. The whole testing processes take on Laboratorium Ilmu Logam Mechanical Engineering Sanata Dharma University.
Based on the result of this research, it can be concluded as follows: first, the addition of fiber increase the tensile strength of composite compared to matrix. Tensile strength of matrix without fiber 44.56 MPa, while the greatest strength of the composite occurred in 4 layers fiber with the tensile strength 56.46 MPa. Second, the more layers of fiber the less of value of strain can be obtained, the strain of matrix without fiber is 2.15%, the strain of 2 layers of fiber is 1.02%, the strain of 3 layers of fiber is 0.89%, the strain of 4 layers of fiber is 1.4%, the strain of 5 layers of fiber is 1.21%. The smallest value of strain is on 3 layers of fiber. Third, the damage of composite can catagorized in the brittle fracture.
viii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta:
Nama : Yosep Dwi Nugroho
NIM : 115214019
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul:
KARAKTERISTIK KOMPOSIT SERAT GLASS DENGAN VARIASI JUMLAH LAPISAN SERAT
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media 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.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal: 15 April 2016
Yang menyatakan,
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala
rahmat dan anugerah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik
di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta. Skripsi ini membahas mengenai karakteristik susunan serat
komposit sebagai bahan pembuat blade kincir angin. Informasi terkait serat komposit ini
diharapkan dapat digunakan sebagai salah satu alat yang dapat digunakan untuk
membuat kincir angin dengan harga terjangkau baik dari segi fungsi, harga maupun
perawatan.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skrispi ini melibatkan banyak pihak.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi Ph.D, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T. Dosen Pembimbing Akademik, sekaligus sebagai
Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Joko Sungkono dan Suminarti selaku orang tua yang memberika, motivasi dan
semangat paling kuat serta membiayai penulis dalam menyelesaikan kuliah dan
skripsi ini.
5. Vinna Marcelia Tamaela sebagai teman seperjuangan penulis.
x
7. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta angkatan
2011.
8. Seluruh staff pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada
penulis.
9. Serta semua pihak yang telah terlibat dan ikut membantu dalam menyelesaikan
skripsi ini yang tidak mungkin disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu
diperbaiki dalam skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik, serta
saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat
bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.
Yogyakarta, 15 April 2016
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PERNYATAAN ... v
INTISARI ... vi
ABSTRACT ……… vii
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
xii
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit ……….
2.2 Bahan Penyusun Komposit ……….
2.2.1 Resin Epoxy ……….
2.2.2 Fiber (serat) ………..
2.3 Phase Pertama (Matrik) ………...
2.4 Phase Kedua (Reinforcing Agent) ………...
2.5 Macam Serat ………...
2.6 Partikel ………
2.7 Flake ………
2.8 Bahan Tambahan ………
2.9 Komposit Matrik Polimer ………...
2.10 Faktor Yang Mempengaruhi FRP ……….
2.10.1 Faktor Matrik ……….
2.10.2 Fase Ikatan (Bounding Fase) ……….
2.10.3 Orientasi Serat ………
2.10.4 Jenis Serat ………...
2.11 Pencampuran Komposit ………
2.11.1 Fraksi Volume Minimum Reinforcing ………...
xiii
2.13 Modulus Kegagalan Lamina ……….
2.13.1 Modus Kegagalan Akibat Beban Tarik Longitudinal ……
2.13.2 Modulus Kegagalan Akibat Beban Tarik Transversal …...
2.14 Tinjauan Pustaka ………...
METODE PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian ………...
3.2 Persiapan Benda Uji ………
3.2.1 Alat ………...
3.2.2 Bahan ………
3.3 Perhitungan Komposisi Komposit ………..
3.4 Pembuatan Benda Uji tarik ……….
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian ………...
4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik ………...
4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Komposit ………..
xiv
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ……….
5.2 Saran ………...
DAFTAR PUSTAKA ………...
LAMPIRAN ………..
51
51
53
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Klasifikasi Serat ……….
Gambar 2.2 Orientasi Serat ………...
Gambar 2.3 Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi
Volume dan Susunan Serat ………..
Gambar 2.4 Interphase dan interfase Dalam Komposit ………...
Gambar 2.5 (a) Model Komposit Berpenguat Serat, (b) Kurva
Tegangan Vs Regangan ……….
Gambar 2.6 Fraksi Volume Serat ……….
Gambar 2.7 Komposit Dengan Kondisi Regangan sama ……… 19
21
Gambar 2.8 Komposit Dengan Kondisi Tegangan Sama ……….
Gambar 2.9 Modus Kerusakan Pada Bahan Komposit Akibat
Beban Tarik Longitudinal ………...
Gambar 2.10 Kegagalan Pada Komposit Akibat Beban Tarik
Transversal ………...
Gambar 3.1 Skema Penelitian ………...
Gambar 3.2 Gambar Cetakan Kaca ……….
Gambar 3.3 Gunting ……….
xvi
Gambar 3.5 Spatula ………...
Gambar 3.6 Resin Epoxy ………..
Gambar 3.7 Serat Acak ……….
Gambar 3.8 Resin (Polyaminoamide) ………...
Gambar 3.9 Acetone ………..
Gambar 3.10 Timbangan Digital ………..
Gambar 4.1 Diagram Kekuatan Tarik Matrik ………...
Gambar 4.2 Diagram Regangan Matrik ………
Gambar 4.3 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 2 Lapis …
Gambar 4.4 Diagram Regangan Komposit Serat 2 Lapis ……….
Gambar 4.5 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 3 Lapis …
Gambar 4.6 Diagram Regangan Komposit Serat 3 Lapis ……….
Gambar 4.7 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 4 Lapis …
Gambar 4.8 Diagram Regangan Komposit Serat 4 Lapis ……….
Gambar 4.9 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 5 Lapis …
Gambar 4.10 Diagram Regangan Komposit Serat 5 Lapis ……...
Gambar 4.11 Diagram Rerata Kekuatan TarikKomposit ……….
Gambar 4.12 Diagram Rerata Regangan Komposit ……….
Gambar 4.13 Patahan Pada Komposit 2 Lapis ……….
Gambar 4.14 Patahan Pada Komposit 3 Lapis ……….
xvii
Gambar 4.16 Patahan Pada Komposit 5 Lapis ……….
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Dimensi Matrik ……….
Tabel 4.2 Sifat Mekanik Matrik ………
Tabel 4.3 Sifat-Sifat Bahan Fiber ………
Tabel 4.4 Sifat Mekanik Komposit Serat 2 Lapis ……….
Tabel 4.5 Sifat Mekanik Komposit Serat 3 Lapis ……….
Tabel 4.6 Sifat Mekanik Komposit Serat 4 Lapis ……….
Tabel 4.7 Sifat Mekanik Komposit Serat 5 Lapis ……….
Tabel 4.8 Rerata Kekuatan Tarik dan Regangan ………..
50
37
37
39
39
41
42
44
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 Alat Dan Bahan Membuat Komposit LAMPIRAN 2 Gambar Patahan Komposit
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Pada perkembangan zaman yang modern pada saat ini, perkembangan teknologi
semakin berkembang pesat. Salah satu yang sedang dikembangkan adalah bahan
material. Di kehidupan sehari-hari kita sudah mengenal bahan material logam dan non
logam. Komponen material yang digunakan sangat berpengaruh terhadap
pengembangan dan kemajuan teknologi saat ini. Dengan didukung dengan alat-alat
yang modern manusia berusaha mengembangan material-material yang baru.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini saya akan mencoba membahas tentang
komposit. Komposit yang akan saya gunakan adalah komposit dengan penguat serat
fiber dengan susunan serat acak, dimana bahan komposit ini sering mengalami banyak
perkembangan. Komposit merupakan material yang terbuat dari proses penggabungan
dua atau lebih komponen. Tujuan membuat komposit adalah untuk mendapatkan bahan
yang lebih baik dari bahan lain. Kita telah mengetahui komposit merupakan sifat
gabungan yaitu antara bahan pengikat dan bahan pengisi. Dalam berberapa
pengaplikasian bahan komposit lebih efektif sebagai bahan teknik. Keunggulan bahan
komposit dibandingkan dengan bahan logam antara lain (Schwartz,1997)
1. Memiliki bobot yang lebih ringan.
2. Mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih baik.
2
Bahan komposit, selain memiliki kelebihan juga memiliki kelemahan.
Kelemahan pada material berbahan komposit antara lain :
1. Banyak bahan komposit yang tidak aman terhadap zat-zat atau larutan
tertentu.
2. Harga bahan komposit yang masih relatif mahal.
3. Proses pembentukan komposit memerlukan waktu relatif lama dan
memerlukan biaya lebih.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Komposit merupakan material yang sangat dipengaruhi oleh sifat dan jenis dari
bahan yang menjadi penyusun. Agar mendapat sifat dan karakteristik yang baik dari
komposit, maka perlu memperhatikan faktor :
a) Bagaimana mengetahui pengaruh jumlah lapisan komposit agar
bahan komposit tersebut memiliki kekuatan tarik maksimum.
b) Bagaimana faktor kerusakan pada bahan komposit terhadap
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui pengaruh jumlah lapisan serat terhadap kekuatan
tarik dan regangan pada bahan komposit.
2. Mengetahui kerusakan yang terjadi pada komposit serat 2 lapis
sampai 5 lapis.
1.4 BATASAN MASALAH
Komposit serat adalah suatu material yang sangat dipengaruhi sifat dan jenis bahan
dari bahan penyusun yang dipakai. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Pengujian yang dilakukan pada komposit merupakan uji tarik.
2. Yang dipakai sebagai bahan pengikat serat adalah epoxy.
3. Pengeras yang digunakan adalah katalis epoxy hardener
(polyaminoamide).
4. Pada penelitian ini serat yang digunakan adalah serat glass.
4
1.5 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat penelitian tentang komposit ini adalah :
a) Bagi penulis, dapat pengetahuan tentang material, terutama komposit.
b) Hasil penelitian ini dapat dijadikan referensi bagi pembuat dan
penelitiaan pembuatan kincir angin tentang bahan yang dapat digunakan
sebagai blade kincir angin.
c) Hasil penelitian ini dapat dipergunakan untuk menambah ilmu
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1Komposit
Bahan material yang dicampur bisanya memiliki sifat yang lebih baik dari sifat asal
pembentuknya. Tetapi pada bahan komposit yang menggabungkan 2 material atau lebih
memiliki fase yang berbeda. Sifat asli dari bahan pembentuk masih terlihat nyata. Fase
pertama adalah matrik yang memiliki fungsi sebagai pengikat, sedangkan fase kedua
disebut reinforcement yang memiliki fungsi sebagai bahan yang memiliki fungsi untuk
memperkuat bahan komposit.
Matrik pada bahan komposit berbentuk : Logam
Keramik Polimer
Reinforcement pada bahan komposit berbentuk :
Fiber (serat) Partikel Flake
Pengelompokan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik
atau yang menjadi matrik pengikatnya. Sifat-sifat yang dapat dilihat dalam bahan
komposit antara lain :
1. Tahan terhadap korosi
Bahan ini mempunyai sifat tahan terhadap korosi yang tidak dimiliki oleh
bahan yang terbuat dari logam. Sifat ini sangat diperlukan sebagai bahan
pembuat blade, karena blade bersinggungan langsung dengan udara bahkan
dengan air laut.
2. Sifat fatik
Bahan dari komposit memiliki sifat fatik yang lebih baik dari logam.
3. Sifat yang lain, bahan yang terbuat dari komposit memiliki umur pakai yang
lama atau bisa dikatakan awet dalam penggunaan. Tidak hanya itu bahan
6
Selain mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan,bahan komposit ini juga
memiliki sifat-sifat yang merugikan antara lain :
1. Pada umumnya bahan komposit tidak tahan terhadap zat kimia
atau larutan-larutan tertentu.
2. Saat ini harga dari bahan komposit masih relatif mahal.
2.2Bahan penyusun komposit
Bahan komposit serat merupakan bahan komposit yang umum dikenal di
masyarakat. Bahan komposit serat dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis
tergantung jenis serat nya. Hal ini disebabkan karena serat adalah unsur penting dalam
bahan komposit. Klasifikasi bahan komposit dapat dilihat pada gambar 2.1, secara garis
besar bahan komposit serat dibagi menjadi dua yaitu serat kontinu dan serat tidak
kontinu
Gambar 2.1 Diagram klasifikasi serat
Ukuran penguat berpengaruh terhadap kemampuan bahan komposit dapat
menahan gaya dari luar. Jika semakin panjang ukuran serat yang dipakai, maka
efisiensi menahan gaya dalam serat juga semakin bagus. Penggunaan serat yang
panjang juga dapat mengurangi terjadinya retak sepanjang batas antara serat dan
matrik. Komposit dengan bahan serat kontinu lebih kuat dibandingkan dengan
7
merupakan bahan yang sering digunakan. Polimer merupakan bahan matrik yang
tidak dapat menahan panas yang terlalu tinggi. Bahan yang sudah lama dipakai
sebagai bahan matrik adalah polyester, vinilester, dan epoxy. Bahan komposit
merupakan penggabungan antara keunggulan kekuatan serat dan masa jenis matrik
yang rendah, sehingga menghasilkan bahan yang ringan dan kaku.
2.2.1 Resin Epoxy
Resin merupakan bahan yang sering dan biasa digunakan sebagai matrik
pengikat dalam pembuatan suatu komposit, karena harga resin ini relatif lebih murah.
Dalam melakukan pengerjaan dengan menggunakan resin ini cukup mudah, karena
tidak mengalami perubahan yang signifikan saat melakukan proses pengeringan. Proses
pengeringan dapat dilakukan pada suhu kamar atau bisa dengan melakukan dengan
sinar ultra violet. Selain sebagai matrik pengikat serat yang bagus juga memiliki
karakteristik sebagai berikut :
a) Tahan terhadap panas
Resin ini memiliki berbagai variasi tergantung pada pengaplikasiannya.
Bahan resin dapat mengalami sifat gel (gel time) pada suhu 25oC, dan dapat
bereaksi pada suhu 800C. Bentuk bahan bisa dipertahankan hingga suhu
700C.
b) Ketahanan terhadap bahan kimia
Bahan resin ini mempunyai sifat tahan terhadap pengaruh korosi
bahan-bahan kimia. Jika dibandingkan dengan bahan-bahan yang terbuat dari logam
seperti besi cair dan baja, epoxy memiliki keunggulan terhadap korosi air
laut, hydrochloric acid.
c) Kemampuan bahan komposit terhadap beban kejut dan tidak mudah
8
Resin epoxy bisa mengalami proses pengeringan dengan bantuan peroksida
organik (katalis) pada suhu kamar.
2.2.2 Fiber (serat)
Serat memiliki beberapa bentuk penampang berbentuk bulat, segitiga, atau
heksagonal. Ada beberapa bahan fiber yang digunakan :
a) Serat Glass
Serat glass biasa digunakan sebagai fiber pada matrik polimer. Istilah
fiber glass ini dimaksudkan sebagai glass-fiber-reinforced plastik
(GRFP).
b) Karbon
Karbon bisa menjadi fiber dengan modulus elastis yang tinggi. Selain itu
karbon juga memiliki kerapatan dan koefisien dilatasi rendah. Fiber-C
(C-fiber) adalah kombinasi antara grafit dan karbon amorphous.
c) Boron
Boron memiliki elastisitas yang tinggi, tetapi bahan boron ini mahal
sehingga penggunaan boron dibatasi.
d) Kevlar 49
Bahan Kevlar 49 ini digunakan sebagai fiber untuk polimer. Memiliki
kerapatan rendah dan member kekuatan spesifik paling besar untuk
semua fiber.
e) Keramik
Karbide silicone (SiC) dan oksida alumunium (Al2O3) merupakan salah
satu fiber yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan tersebut
memiliki modulus elastisitas yang tinggi dan dapat digunakan
menguatkan logam dengan kerapatan dan modulus elastis yang rendah
9 2.3 Phase pertama (matrik)
Matrik merupakan salah satu bahan utama penyusun komposit yang memiliki
fungsi sebagai bahan pengikat, tidak hanya itu matrik juga memiliki fungsi sebagai
pelindung serat dari kerusakan eksternal. Selain berfungsi sebagai bahan pengikat dan
bahan pelindung serat, matrik juga memiliki fungsi sebagai penerus gaya dari serat
menuju serat yang lain, dengan cara jika dalam perbedaan aksial terdapat serat yang
putus, maka beban yang melewati serat yang putus akan diteruskan oleh matrik menuju
serat berikutnya.
Dalam proses ini tidak ada reaksi kimia yang signifikan, reaksi yang terjadi antara
kedua bahan tidak akan menimbulkan efek negatif terhadap sifat komposit yang dibuat.
Matrik bahan komposit yang digunakan bisa berupa logam, keramik, dan polimer.
Logam yang biasa digunakan sebagai bahan pengikat adalah Nikel dan Cobalt. Matrik
bahan keramik yang biasa dipakai adalah Alumina (Al2O3), Karbida Boron (B4C),
Nitride Boron (BN), Karbida Silikon (SiC). Polimer yang biasa digunakan adalah
matrik berupa plastik thermosetting yang tidak dapat didaur ulang, seperti polyester atau
epoxy dan polimer thermoplastic.
2.4 Phase kedua (reinforcing agent)
Phase kedua ini sangat penting yaitu reinforc agent, pada phase kedua ini dapat
berupa: fiber, partikel, dan flake.
2.5 Macam serat
Dalam dunia industri banyak mengenal berbagai macam serat yang dapat
dipergunakan sebagai bahan penguat dalam pembuatan komposit. Berikut ini adalah
bahan serat yang sering dipakai :
Serat glass
Serat glass adalah bahan yang sangat banyak dipakai dalam pembuatan komposit
polimer. Serat glass memiliki sifat-sifat sebagai berikut : Harga murah
10
Memiliki sifat antikorosi yang baik Memiliki kekuatan tarik yang tinggi Memiliki regangan yang rendah
Serat glass mempunyai beberapa jenis antara lain : Serat glass A
Serat glass ini memiliki kandungan alkali yang tinggi. Material ini
tidak banyak dipakai dalam proses produksi sebagai reinforcement
agent. Komposisi yang terkandung didalam serat glass A yaitu :
-
SiO2-
CaO-
Na2O-
Al2O3+Fe2O3 Serat glass E
Serat glass E memiliki komposisi berupa kalsium, alumunium
hidroksida, borosilikat, pasir silika, serta memiliki kandungan
alkali yang rendah. Selain itu serat E glass juga sering digunakan
karena harga serat E glass cukup murah. Serat E glass merupakan
isolator yang baik, akan tetapi material dengan menggunakan E
glass merupakan material yang cukup getas. Serat glas ini juga
mempunyai kekuatan tarik sekitar 3,44 GPa dan mempunyai
modulus elastisitas 72,3 GPa. Serat glass D
Serat glass D ini mempunyai karakteristik dielektrik yang baik,
maka serat glass D ini sering dipakai dalam produksi pembuatan
peralatan elektronik.
Serat glass R dan serat glass S
Kedua serat ini memiliki komposisi bahan kimia yang berbeda,
akan tetapi kedua serat ini dapat digunakan sebagai bahan penguat
dan memiliki kemampuan tinggi, serta serat ini dapat diaplikasikan
sebagai reinforcement agent dalam proses pembuatan pesawat
11
modulus elastisitas 85,4 GPa, karena itu serat jenis ini memiliki
harga yang lebih mahal.
Serat gelas adalah bahan yang yang paling banyak digunakan pada
komposit polimer, karena serat glass ini memiliki harga yang relatif murah. Serat
glass juga memiliki sifat-sifat sebagai berikut :
a. Mempunyai kekuatan spesifik yang relatif tinggi.
b. Tahan terhadap suhu panas dan korosi.
c. Proses pembuatan relatif mudah.
Karbon
Karbon bisa menjadi fiber dengan modulus elastis yang tinggi. Selain itu
karbon juga memiliki kerapatan dan koefisien dilatasi rendah. Fiber-C (C-fiber)
adalah kombinasi antara grafit dan karbon amorphous.
Boron
Boron memiliki elastisitas yang tinggi, tetapi bahan boron ini mahal
sehingga pemakaiannya dibatasi.
Kevlar 49
Bahan Kevlar ini digunakan sebagai fiber untuk bahan polimer. Bahan ini
memiliki kerapatan yang rendah dan memiliki kekuatan spesifik atau strengh to
weight yang besar untuk semua jenis fiber yang ada.
Keramik
Karbide silikon (SiC) dan oksida alumunium (Al2O3) merupakan salah
satu fiber yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan tersebut memiliki
modulus elastisitas yang tinggi dan dapat digunakan menguatkan logam dengan
12
Logam
Filament baja (kontinu atau tak kontinu) bahan ini sering digunakan
sebagai fiber dalam plastik.
2.6 Partikel
ukuran partikel yang ada bervariasi, dari yang berskala mikroskopik hingga skala
makroskopik. Partikel ini sering digunakan sebagai fase reinforc pada logam dan
keramik. Mekanisme penguatan oleh partikel tersebut dipengaruhi oleh ukuran partikel
itu sendiri. Pada skala mikroskopik, dihgunakan partikel yang berupa serbuk halus
(ukuran kurang dari µm) yang dapat terdistribusi dalam matrik dengan konsentrasi 15%.
Dengan adanya serbuk matrik dapat menjadi keras dan menghambat gerakan dislokasi
yang dapat timbul. Dalam hal ini besar beban luar sebagian ada pada matrik.
2.7 Flake
Flake pada umum nya berupa partikel dua dimensi, seperti contoh mika mineral
(silica K dan Al) dan tale [Mg3Si4O10(OH)2], yang bisa digunakan sebagai fase reinforc
pada plastik. Bahan jenis ini relatif murah dan memiliki ukuran yang bervariasi dengan
panjang 0,001-1,0 mm dan lebar 0,001-0,005 mm.
2.8Bahan tambahan
Bahan tambahan yang mempunyai fungsi untuk mempersingkat reaksi waktu
pengeringan pada temperature ruangan yaitu katalis. Katalis yang terlalu banyak akan
menimbulkan panas pada proses pengeringan. Hal ini dapat merusak bahan yang dibuat.
Katalis yang dipergunakan sebagai proses pada pembuatan FRP berasal dari bahan
organic peroxide seperti methyl ethyl ketone peroxide dan Acetly acetone peroxide.
2.9 Komposit matrik polimer
Komposit jenis ini menggunakan polimer sebagai matrik dan reinforc agent bisa
berupa fiber, flake, dan partikel. Dalam masyarakat luas mengenal tiga kategori
komposit sintetik, yaitu :
1. Plastic Moulding Compound
13
3. Fiber reinforced polymer (FRP)
FRP merupakan komposit dengan matrik yang berupa plastik thermosetting dan
plastik thermoplastik, dapat menggunakan penguat berupa serat gelas, serat karbon.
Komposit jenis ini mempunyai kandungan fiber yang cukup besar serta memiliki
tegangan dan modulus yang cukup tinggi. Keuntungan dari fiber reinforced plastic
diantaranya :
1. Memiliki tegangan fatik yang baik
2. Ketahanan korosi yang baik
3.Mempunyai stabilistas yang baik
Penggabungan suatu bahan untuk membentuk komposit terdiri atas dua fase, fase
yang pertama berupa matrik yang berupa :
1.Logam
2.Keramik
3.Polimer
2.10 Faktor yang mempengaruhi FRP
FRP merupakan salah satu bahan komposit yang diperkuat oleh serat, dimana
bahan serat ini diikat dengan bahan tambahan yang disebut matrik. Ada beberapa faktor
yang dapat mempengaruhi sifat bahan komposit antara lain orientasi, panjang,
komposisi serat, dan sifat mekanik dari matrik serat dan ikatan dalam campuran antara
serat dan matrik.
2.10.1 Faktor matrik
Matrik pada proses pembuatan komposit tergantung karakteristik dan sifat yag
diinginkan. Ada beberapa fungsi matrik antara lain :
a) Sebagai pengikat fase pada serat
Pada proses pembuatan komposit yang diperkuat dengan menggunakan
serat dan di ikat oleh matrik, maka matrik harus mempunyai serat adesi
yang baik terhadap serat, agar menghasilkan struktur komposityang baik,
karena hal ini berhubungan dengan beban. Apabila matrik memiliki sifat
adhesi yang kurang bagus maka perpindahan beban tidak berjalan
14
matrik serat. Dalam hal ini kualitas matrik ditentukan oleh beberapa
faktor antara lain, kemampuan untuk membasahi serat, banyak nya
rongga yang ada pada bahan, dan penekanan.
b) Perlindungan permukaan serat dari gesekan antar serat.
c) Sebagai transfer beban, antara lain mendistribusikan beban ke serat,
sebagai bahan yang mempunyai modulus kekuatan yang cukup tinggi.
2.10.2 Fase Ikatan (Bonding Fase)
Komposit fiber memiliki kemampuan untuk menahan tegangan yang tinggi
dibandingan dengan unsur yang berdiri sendiri, karena serat dan matrik menjadi satu
sehingga terjadi pendistribusian tegangan. Kemampuan ini dipengarui oleh efektifitas
bonding antara kedua unsur tersebut. Ikatan ini terjadi secara langsung, pada, umumnya
serat yang baik dapat menyerap matrik.
2.10.3 Orientasi serat
Orientasi serat dapat menentukan suatu bahan komposit, secara umum penyusun
serat pada komposit dapat dibedakan sebagai berikut :
a. Undirectional :
Serat disusun secara paralel satu sama lain. Kekuatan tarik yang paling
tinggi terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat, sedangkan
kekuatan yang paling rendah pada bahan yang tegak lurus.
b. Pseudoisotropic :
Serat disusun secara acak, pada susunan serat ini kekuatan yang terjadi
pada satu titik pengujian mempunyai nilai yang sama
c. Bidirectional :
Serat disusun secara tegak lurus satu dengan yang lain. Pada susunan
serat ini kekuatan tarik yang paling tinggi terdapat pada arah 00 dan 900,
15
Gambar 2.2 Orientasi serat
Sifat mekanik dari pemasangan serat satu arah ini adalah yang paling
proporsional, karena pemasangan serat satu arah ini dapat memberikan kontribusi
pemakaian serat yang paling banyak. Hal ini disebabkan karena pemasangan serat acak
kontribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume sedikit), hal ini
mengakibatkan kekuatan pada kompositakan menurun, seperti pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Diagram hubungan antara kekuatan,fraksi volume dan susunan serat
Jumlah serat pada bahan komposit serat sering dinyatakan dalam fraksi volume
serat (Vf), yaitu perbandingan volume serat terhadap volume bahan (Vc). Semakin
besar kandungan volume serat pada komposit akan mengakibatkan meningkatnya
16 2.10.4 Jenis serat
Berdasarkan ukuran dan panjang serat, jenis serat ada dua yaitu serat kontinu
(continou) dan serat tidak kontinu (discontinu). Secara teori serat yang panjang akan
lebih efektif dalam mentransmisikan beban dibandingkan dengan serat yang pendek.
Tetapi hal ini sulit untuk diwujudkan dalam penerapannya, karena selain serat ketebalan
resin juga berpengaruh.
2.11 Pencampuran komposit
Dalam memilih suatu bahan kopmposit, kombinasi yang tepat dari sifat
masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran bahan yang optimum akan menghasilkan
suatu komposit dengan kualitas yang baik. Sifat komposit ditentukan oleh phase matrik
dan phase reinforce sebagai bahan penyusun. Rongga udara (void) terjadi karena, tidak
merekatnya phase reinforce pada phase matrik. Hal ini akan menyebabkan rusak atau
retak (crack) pada bahan komposit. Adanya rongga antara phase reinforce dan phase
matrik harus dihindari. Seperti pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Interphase dan Interfase dalam komposit
Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan penyusunnya.
Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi regangan matrik.
Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan meningkatkan regangan serat.
17
matrik yang memiliki kekuatan tarik yang rendah dan kekuatan regangan yang besar,
akan menjadi suatu bahan yang memiliki sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat inilah
yang membuat bahan dari komposit banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan
dalam bidang teknik dan industri.
Beberapa perhitungan bahan komposit antara lain :
a) Massa komposit (mc)
mc = mm+mr……… (2.1)
dengan : mm = massa matrik
mr = massa renforce
b) Volume komposit (Vc)
Vc = Vm+Vr+Vv………. (2.2)
Dengan : Vm = volume matrik
Vr = volume reinforce
Vv = volume voids (rongga,cacat)
c) Kerapatan komposit (ρc)
ρc= ρc = (fmx ρm)+(frx ρr) ………... (2.3) dengan : ρm = kerapatan matrik
18 2.11.1 Fraksi Volume Minimum Reinforcing
Gambar 2.5 (a) Model komposit berpenguat serat, (b) Kurva tegangan Vs
regangan
Modulus elastis komposit kearah longitudinal Ec
Ec = fmEm + frEr………. (2.4)
Dengan : Em = modulus elastis matrik
Er = modulus elastis reinforced
Jika suatu bahan komposit mendapat beban tarik maka, dalamkondisi ini phase
reinforcing dan matriknya mempunyai perpanjangan yang sama sehingga dapat ditulis :
Ɛr = Ɛm = Ɛc……… (2.5)
Kekuatan tarik bahan komposit (σu)c
(σu)c = Vr(σu)r+(1-Vr)σm………... (2.6)
19 Pada saat tegangan σm dan matrik yang digunakan getas (ɛc = ɛm) maka berlaku :
σm = �u �
�r x Em = ArEm………... (2.7)
dengan Ar = perpanjangan saat reinforcing putus.
Maka untuk bahan komposit berlaku :
Ec = VrEr + (1-Vr) ��
u
�ԑm ……… (2.8)
dengan ��u
�ԑm = tangent dari kurfa tarik.
Apabila pembebanan berada dalam daerah elastis bahan sama dengan modulus
elastis dari matriknya, maka daerah pembebanan yang elastic maka berlaku :
Ec = VrEr + VmEm………. (2.9)
Agar suatu bahan komposit memiliki sifat mekanis yang baik, fraksi volume Vr
lebih besar dari harga kritis. Tetapi pada kenyataanya, apabila fraksi volume relatif kecil
tidak akan efektif. Ini disebabkan karena tegangan yang terjadi akan ditahan oleh bahan
matrik tersebut. Dalam kondisi ini (σu)c sama dengan tegangan tarik matriknya (σu)m.
maka akan dipakai rumus :
(σu)c = (1-Vt)(σu)m……….. (2.10)
Fraksi volume minimum rainforcing adalah
(Vr)min = �
u m−�u
20
Gambar 2.6 fraksi volume serat
2.11.2 Susunan serat
Berdasarkan susunan seratnya dapat dibedakan menjadi dua jenis serat yaitu
serat kontinu dan serat tidak kontinu. Berdasarkan teori serat yang panjang akan lebih
efektif dalam menyalurkan beban jika dibandingkan dengan serat yang pendek. Tetapi
teori tersebut sulit untuk diwujudkan dalam praktek pembuatannya. Hal ini disebabkan
karena pada serat yang panjang akan terjadi ketimpangan pada saat menerima beban
antar serat, dimana sebagian serat akan mengalami tegangan dan serat yang lain bebas
dari tegangan. Jika komposit tersebut dibebani hingga mendekati kekuatan patahnya,
sebagian serat akan patah sebelum serat yang lain menjadi patah. Komposit dengan
bahan serat pendek dapat menghasilkan kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan
serat yang panjang, yaitu dengan cara memasang orientasi serat pada arah optimum
yang dapat ditahan oleh serat.
Jenis komposit serat antara lain :
a) Serat kontinu
Serat satu arah Serat dua arah b) Serat tidak kontinu
21
c) Serat multilapis Laminat Hybrid
2.12 Mekanika komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan yang lainnya. Tidak
seperti bahan teknik yang lain yang memiliki sifat homogen dan isontropik, bahan
komposit memiliki sifat heterogen dan anisontropik. Sifat heterogen bahan komposit
terjadi karena bahan komposit tersusun dari dua atau lebih bahan yang memiliki sifat
mekanik yang berbeda, sehingga analisis mekanik pada komposit berbeda dengan bahan
konvensional yang lain. Sifat mekanikpada bahan komposit merupakan fungsi dari :
a. Sifat mekanik komponen penyusunnya
b. Geometri susunan masing-masingkomponen
c. Interface antara komponen
Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang, yaitu dengan
analisis mikromekanik dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya.
Analisis makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa
memperlihatkan sifat ataupun hubungan antara komponen penyusunnya.
2.12.1 Kondisi isostrain
Kondisi isostrain merupakan komposit dengan kondisi regangan yang sama.
Dalam hal ini tegangan pada material mengakibatkan regangan yang sama pada semua
lapisan komposit. Kita asumsikan bahwa ikatan antar lapisan tetap utuh selama dikenai
tegangan. Pada contoh komposit ini disebut dengan kondisi regangan yang sama.
Kita mendapatkan penjumlahan rata-rata modulus elastisitas dari komposit
dengan hubungan antara modulus elastis dari serat, matrik, dan presentase dari volume
22
Gambar 2.7 Komposit dengan kondisi regangan sama
2.12.2 Isostres
Maksud dari isostres condision adalah komposit dengan kondisi tegangan yang
sama. Misalnya struktur komposit berlapis yang ideal dan terdiri dari lapisan serat dan
matrik dengan masing-masing susunan lapisan tegak lurus terhadap tegangan yang
ditarik. Dalam kasus ini tegangan pada struktur komposit menghasilkan kondisi
tegangan yang sama, seperti pada gambar 2.8
23 2.13 Modus kegagalan lamina
Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan suatu bahan
komposit menjadi rusak, antara lain pembebanan tarik, tekan dalam arah longitudinal
maupun transversal dan geser.
2.13.1 Modus kegagalan akibat beban tarik longitudinal
Pada bahan komposit lamina yang diberi beban searah dengan serat. Kegagalan
berawal dari serat-serat yang patah pada penampang yang paling lemah. Apabila beban
yang diberikan semakin besar, maka semakin banyak serat yang akan patah.
Kebanyakan komposit serat tidak sekaligus patah pada waktu yang bersamaan. Variasi
kerusakan serat yang patah relatif kecil kurang dari 50% beban maksimum.
Apabila serat yang patah semakin banyak, ada tiga kemungkinan :
a. Bila matrik mampu menahan gaya geser dan meneruskan serat disekitarnya,
maka serat yang patah akan semakin banyak sehingga akan menimbulkan retak.
Bahan komposit akan patah getas seperti gambar 2.9 (a)
b. Apabila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul
diujung serat dapat terlepas dari matrik dan komposit rusak searah dengan serat
seperti pada gambar 2.9 (b)
c. Kombinasi darikedua tipe patahan pada kasus ini adalah patah serat yang terjadi
di sebarang tempat bersamaan dengan rusaknya matrik. Modus kerusakan
24
Gambar 2.9 Modus kerusakan pada bahan komposit akibat beban tarik
longitudinal
2.13.2 Modus kegagalan akibat beban tarik transversal
Bahan yang memiliki susunan serat tegak lurus dengan arah pembebanan,
menyebabkan konsentrasi tegangan pada interface antara serat dan matrik itu sendiri.
Karena bahan komposit yang mendapat beban transversal akan gagal pada intervase
antar serat dan matrik, meskipun terjadi juga kegagalan tarnsversal pada serat bila arah
serat acak dan lemah dalam arah transversal.
Dengan demikian modus kegagalan akibat beban tarik transversal terjadi karena: Kegagalan matrik
Debonding pada interface antara serat dan matrik
25 2.14 Tinjauan Pustaka
Aris Suprianto (2005), peneliti membahas tentang ketebalan komposit
serat terhadap kekutan tarik, cetakan yang dipergunakan 26 x 15 x 2,5. Benda uji
yang dibuat dengan komposisi serat dengan komposisi berat serat 1%, 2%, 3%,
4%, 5% dari berat matrik. Benda uji komposit fraksi berat 2% dibuat dengan
tebal 3mm, 5mm, 7mm, 9mm. benda uji dibuat dengan ukuran panjang 180mm
dengan diameter 3mnm. Komposit diuji dengan standar ASTM. Dari hasil
pengujian dan analisis dari pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa, fraksi
berat serat menaikan kekuatan tarik bahan komposit. Ketebalan komposit
mempengaruhi turunnya kekuatan tarik komposit. Kekuatan tarik tertinggi ada
pada komposit dengan ketebalan 3mm, sekitar 7,5kg/mm2. Kerusakan yang
terjadi pada komposit tergolong patah getas.
Franswell Saragih (2005), penelitian ini membahas tentang pengaruh
fraksi beratserat terhadap komposit yang berpengaruh terhadap kekuatan tarik
setelah dilakukan pengujian tarik. Cetakan utama terbuatdari kaca dengan
ukuran 26 x 15 x 0,5cm. Pembuatan benda uji serat dengan panjang 12cm dan
diameter 3mm, kemudian dilakukan uji tarik sebanyak dua kali. Membuat benda
uji komposit dengan fraksi berat 1%, 2%, 3%, 4%, 5%. Bahan komposit
kemudian dipotong dan diuji tarik dengan mengacu pada standar pengujian
ASTM D 3039-76. Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali pada setiap fraksi masa
serat. Setelah proses pengujian dilakukan didapatkan nilai uji tarik kemudian
didapatkan nilai kekuatan tarik pada komposit. Berdasarkan hasil penelitian
maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut: pertama, fraksi berat serat
menaikan kekuatan tarik bahan komposit dibandingkan dengan kekuatan tarik
matrik pengikat, kekuatan yang paling besar sekitar 6,9kg/mm2. Kedua, semakin
besar presentase serat maka regangan akan semakin kecil. Ketiga, kerusakan
yang terjadi pada komposit tergolong kerusakan getas.
Kesimpulan dari kedua tinjauan pustaka diatas adalah komposisi antara
serat, resin, dan katalis sangat berpengaruh terhadap kekuatan tarik, selain itu
jumlah lapisan serat yang digunakan juga mempengaruhi hasil uji tarik yang
26
dengan teliti, karena semua bahan saling melengkapi dan sangat mempengaruhi
27
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian
Skema yang dilakukan pada penelitian ini dapat dilihat dalam gambar 3.1
Gambar 3.1 Skema penelitian
Pembelian
Analisis Serat sintetis (serat eglass)
Hasil penelitian
Resin Epoxy
Kesimpulan Pembuatan Benda Uji :
1. Resin tanpa serat
2. Komposit dengan variasi
lapisan serat ( 2 lapis, 3
lapis, 4 lapis, dan 5 lapis)
Pengujian :
28 3.2 Persiapan Benda Uji
3.2.1 Alat
Dalam proses pembuatan komposit dengan serat glass dibutuhkan alat berikut :
1. Cetakan
Dalam proses ini cetakan yang digunakan adalah cetakan yang terbuat
dari kaca dengan ukuran 20x30x0,5cm. seperti pada gambar 3.2
Gambar 3.2 gambar cetakan kaca
2. Alat pemotong
Alat potong untuk memotong serat sesuai dengan ukuran cetakan, seperti
dalam gambar 3.3
29
3. Gelas ukur 1000cc
Gelas ukur digunakan untuk memudahkan mengukur jumlah resin yang
digunakan dan memudahkan saat proses pencampuran. Seperti dalam
gambar 3.4
Gambar 3.4 Gelas ukur 1000cc
4. Spatula kecil
Spatula ini dipergunakan untuk memudahkan saat meratakan campuran
30
Gambar 3.5 Spatula Kecil
3.2.2 BAHAN
Selain itu baha-bahan yang dipergunakan dalam pembuatan komposit dengan
serat glass sebagai berikut :
1. Resin
Resin yang dipergunakan dalam pembuatan komposit ini adalah resin
epoxy bispenol-A. Ciri-ciri resin epoxy ini adalah resin ini memiliki
warna yang bening dan agak kental. Seperti dalam gambar 3.6
Gambar 3.6 Gambar resin epoxy
2. Serat
Pada penelitian pembuatan komposit ini serat yang dipakai adalah serat
glass yang mudah di dapatkan di pasaran. Arah serat yang dipakai
31
Gambar 3.7 Gambar Serat Acak
3. Katalis
Katalis yang dipergunakan adalah katalis epoxy hardener general
purpose (polyaminoamide). Katalis ini memiliki fungsi untuk
mempercepat proses pengerasan dalam pembuatan komposit. Dapat
dilihat pada gambar 3.8
32 4. Acetone
Acetone ini dapat dipergunakan untuk membersihkan sisa resin yang
menempel pada alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan
komposit. Pemakaian acetone hanya dapat digunakan jika resin belum
mengering, jika resin tersebut sudah mengering maka akan sulit untuk
dibersihkan. Bahan acetone ini tidak dapat dipergunakan sebagai bahan
pengencer dalam proses pembuatan, meskipun bahan acetone memiliki
sifat untuk mengencerkan resin. Dapat dilihat pada gambar 3.9
Gambar 3.9 Acetone
5. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk menimbang serat yang akan
33
Gambar 3.10 Timbangan digital
3.3 Perhitungan komposisi komposit
Komposisi dalam pembuatan komposit yang dibuat adalah 30% serat, 69,7%
resin, dan 0,3% katalis. Perhitungan komposit ini berdasarkan perhitungan volume total
pada cetakan. Ukuran cetakan yang dipergunakan adalah 20x30x0,5cm.
Berikut ini merupakan perhitungan yang dilakukan :
a) Menghitung volume cetakan
Dengan asumsi yang dipakai volume cetakan = volume komposit,
sehingga perhitungannya adalah :
Volume cetakan = volume komposit
Vcet = Vkomp
Sehingga volume komposit :
Vkomposit = 20x30x0,5cm
= 300 cm3
b) Menghitung volume serat
Volume serat (Vserat) = 30% x Vkomposit
= % x 300 cm3
34
c) Masa serat dapat dihitung dengan menggunakan perhitungan volume
serat :
ρ = M
V , dengan masa jenis serat = 2,54 gr⁄cm3 Sehingga masa seratnya :
Mserat = ρserat x Vserat
= 2,54 gr⁄cm3 x 90 cm3
Mserat = 228,6 gr
d) Untuk menghitung jumlah resin dapat dihitumng sebagai berikut:
Volume resin = 69,7% x Vkomposit
= , % x 300 cm3
= 209,1 cm3
= 209,1 ml
e) Menghitung jumlah katalis yang dipakai :
Volume katalis = 0,3% x Vkomposit
= , % x 300 cm3
= 0,9 cm3
35 3.4 Pembuatan benda uji tarik
Pada proses ini dibutuhkan tiga spesimen benda uji untuk tiap lapisan. Ada
empat macam lapisan serat acak yang dipergunakan. sehingga total spesimen yang
dibutuhkan ada 12 spesimen. Orientasi serat yang dipergunakan sama, yaitu serat acak
dengan jumlah resin dan katalis sama pada tiap jumlah lapisan. Hal ini bertujuan semua
lapisan serat memiliki perbandingan resin dan katalis yang sama.
Berikut ini merupakan langkah pembuatan benda uji tarik :
a. Cetakan disiapkan dan dilapisi dengan minyak atau faselin terlebih
dahulu agar resin tidak menempel pada cetakan.
b. Serat dipotong dengan ukuran 20 x 30 cm sebanyak 14 lembar. Karena
dalam pembuatan benda uji terdiri dari dua sampai lima lapisan serat.
c. Campuran resin dan katalis dituang dalam cetakan, dengan urutan resin,
kemudian serat, setelah serat dilapisi lagi dengan resin. Proses ini
dilakukan dari pembuatan serat dua lapis sampai lima lapis.
d. Setelah resin diratakan pada dasar cetakan, serat pertama diletakkan di
atas resin yang sudah merata pada dasar cetakan. Kemudian dituang
kembali dengan resin dan diratakan menggunakan spatula kecil agar
resin dapat meresap dalam serat yang telah disusun. Hal ini dilakukan
sampai serat lapis kedua tertutup oleh resin. Hal yang sama juga
dilakukan untuk 3 sampai 5 lapis, hanya saja pembagian resin yang
berbeda sesuai lapisan serat yang digunakan.
e. Urutan dalam proses pembuatan dalam menuang resin dan meletakkan
serat adalah resin, serat, resin, serat.
f. Proses berikutnya komposit ditunggu hingga benar-benar kering.
g. Setelah kering komposit dapat dikeluarkan dari cetakan.
h. Setelah kering komposit dapat dipotong dan dibentuk sesuai ukuran yang
36
Berikut ini merupakan gambar dari spesimen untuk uji tarik mengacu pada
standar pengujian ASTM D 3039-76 seperti dalam gambar 3.11
Gambar 3.11 Dimensi benda uji tarik
37 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian
Setelah semua data didapat, dilakukan pengolahan data dan perhitungan. Hasil
yang didapat ditampilkan dalam bentuk grafik maupun tabel.
4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik
Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan sifat-sifat mekanik yaitu kekuatan
tarik dan regangan. Sebelum pengujian dilakukan benda uji diukur tebal dan lebar
terlebih dahulu. Langkah-langkah pengujian dan perhitungan sebagai berikut :
A = Luas penampang matrik
= Lebar x Tebal
a. Dari pertambahan panjang yang sudah diperoleh, regangan dapat dicari sebagai
berikut :
∆L = pertambahan panjang = 1,51 mm
L0 = panjang mula-mula = 70 mm
38
Dengan cara yang sama dilakukan perhitungan, dan hasil perhitungan dapat
dilihat pada table 4.1 dan 4.2
Table 4.1 Dimensi Matrik
No Lebar
Table 4.2 Sifat Mekanik Matrik
39
Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan diagram kekuatan tarik dan
regangan matrik, dapat dilihat pada gambar 4.1 dan 4.2
Gambar 4.1 Diagram Kekuatan Tarik Matrik
Gambar 4.2 Diagram Regangan Matrik
40 4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Komposit
Pengujan tarik komposit dilakukan dengan menggunakan mesin uji tarik. Sifat
mekanik serat fiber dapat dilihat pada table 4.3.
Tabel 4.3 Sifat-sifat Bahan Fiber
Fiber Diameter Tegangan Tarik Modulus Elastisitas (mm) (MPa) (Gpa)
pertambahan panjang. Hasil dari analisis grafik pengujian tarik tersebut, diketahui
beberapa sifat mekanis komposit seperti ditunjukan pada tabel 4.4
Tabel 4.4 Sifat Mekanik Komposit Serat 2 Lapis
41
Gambar 4.3 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 2 Lapis
Gambar 4.4 Diagram Regangan Matrik Komposit Serat 2 Lapis
42
Tabel 4.5 Sifat Mekanik Komposit Serat 3 Lapis
Gambar 4.5 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 3 Lapis
43
Gambar 4.6 Diagram Regangan Komposit Serat 3 Lapis
Tabel 4.6 Sifat Mekanik Komposit Serat 4 Lapis
44
Gambar 4.7 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 4 Lapis
Gambar 4.8 Diagram Regangan Komposit Serat 4 Lapis
45
Tabel 4.7 Sifat Mekanik Komposit Serat 5 Lapis
No Lebar
Gambar 4.9 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat 5 Lapis
46 Gambar 4.10 Diagram Regangan Komposit Serat 5 Lapis
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dengan ketebalan spesimen yang
berbeda, didapatkan hasil kekuatan tarik yang paling tinggi ada pada komposit dengan
serat 4 lapis yaitu sebesar 56,42 MPa. Dari masing-masing lapisan serat komposit
diambil nilai rata-rata dari kekuatan tarik dan regangan. Nilai rata-rata yang diperoleh
dapat dilihat pada tabel 4.8.
Tabel 4.8 Rerata Kekuatan Tarik dan Regangan
47
Gambar 4.11 Diagram Rerata Kekuatan Tarik Komposit
Gambar 4.12 Diagram Rerata Regangan Komposit
0
2 lapis 3 lapis 4 lapis Matrik
2 lapis 3 lapis 4 lapis 5 lapis Matrik
48 4.2 Pembahasan
Untuk pembuatan komposit perbandingan yang dipakai yaitu 20% serat, 69,7%
matrik, dan 0,3% katalis. Pada pembuatan komposit ini pembagian resin pada tiap
lapisan berbeda. Jumlah resin yang dipakai untuk serat 2 sampai 5 lapis sama yaitu
209,1 ml. Jadi jumlah pembagian resin untuk melapisi serat berbeda, tergantung jumlah
lapisan serat yang disusun. Untuk serat 2 lapis jumlah resin yang dipakai untuk tiap
lapisan berbeda dengan serat 3 lapis, jika untuk serat 2 lapis jumlah resin dibagi menjadi
3 bagian, yaitu cetakan diberi oleh resin kemudian diberiserat, kemudian ditutup dengan
resin, setelah itu dilapis lagi dengan serat lapis kedua, dan ditutup dengan resin kembali.
Jadi untuk serat 2 lapis resin yang dibutuhan untuk setiap pelapisan yaitu 69,7 ml.
Untuk serat 3 lapis resin dibagi menjadi 4 bagian, serat 4 lapis resin dibagi menjadi 5
bagian, dan untuk serat 5 lapis resin dibagi menjadi 6 bagian, sehngga jumlah resin
untuk 2 sampai 5 lapis tetap yaitu 209,1 ml.
Pengujian matrik yang telah dilakukan menunjukan bahwa, matrik yang telah
diuji memiliki kekuatan tarik rata-rata yaitu 44,56 MPa. Sedangkan regangan pada
matrik yaitu 2,15 %. Kekuatan ini lebih rendah dibandingkan dengan matrik yang
sudah ditambah serat, ini dikarenakan pada matrik beban yang diterima langsung
disalurkan kepada matrik itu sendiri, sedangkan matrik yang ditambah serat beban
yang diterima akan diteruskan dari resin ke serat yang sudah dilapisi resin.
Penambahan serat berpengaruh, karena penambahan serat akan mengakibatkan
regangan berkurang dan akan meningkatkan kekuatan tarik. Kerusakan yang terjadi
pada pengujian matrik adalah patah getas karena tegak lurus dengan arah pembebanan.
Dari hasil pengujian tarik yang telah dilakukan, lapisan serat 2 lapis, 3 lapis, 4
lapis, dan 5 lapis memiliki kekuatan tarik dan regangan yang berbeda. Kekuatan tarik
komposit rata-rata setiap lapisan, untuk serat 2 lapis 31,79 MPa, serat 3 lapis 40,18
MPa, serat 4 lapis 56,42 MPa, dan untuk 5 lapis 51,34 MPa. Untuk kekuatan tarik
paling rendah ada pada komposit serat 2 lapis, untuk lapisan serat 3 dan 4 lapis
meningkat. Komposit serat 2 lapis memiliki kekuatan tarik yang paling rendah, ini
dikarenakan ketebalan lapisan resin yang kurang rata pada setiap sisinya. Untuk serat 5
lapis kekuatan tarik yang dihasilkan menurun. Hal ini dapat disebabkan beberapa faktor
49
hanya lapisan serat 5 lapis, tetapi serat 2 lapis sampai 5 lapis juga ada gelembung udara
yang tejebak didalam. Gelembung udara dapat terjadi karena terjadi saat melakukan
penyusunan serat, dari serat 2 lapis sampai 5 lapis dan penutupan dengan resin. Semakin
banyak lapisan yang disusun semakin banyak kemungkinan udara yang terperangkap
dalam komposit. Selain adanya gelembung udara, bisa juga karena resin yang dituang
pada tiap lapisan tidak merata. Jadi pada tiap lapisan ada yang terlapisi dengan resin
seluruhnya dan ada yang hanya terlapisi tipis. Hal ini sangat berpengaruh pada saat
dilakukan uji tarik. Untuk regangan rata-rata pada komposit serat 2 lapis 1,02%, 3 lapis
0,89%, 4 lapis 1,4%, 5 lapis 1,21%. Pada serat 2 lapis dan 4 lapis meningkat, sedangkan
serat 3 lapis dan 5 lapis menurun, hal ini bisa disebabkan karena serat tidak terlapisi
resin seluruhnya. Jadi saat dilakukan pengujian tarik ada sebagian beban yang hanya
diterima oleh matrik atau serat saja dan ada juga yang diterima oleh matrik dan serat
secara bersamaan, sehingga beban yang diterima tidak merata pada seluruh permukaan
spesimen yang diuji.
Hasil pengujian juga dipengaruhi patahan pada komposit. Hasil yang
maksimal terjadi saat patahan yang terjadi antara serat dan matrik patah secara
bersamaan. Hasil yang kurang maksimal terjadi saat patahan yang terjadi antara serat
dan matrik tidak bersamaan, masih ada bagian serat yang tersisa pada patahan. Hal
seperti ini mengakibatkan hasil pengujian tidak maksimal, karena pada bagian komposit
masih terdapat celah yang mengakibatkan matrik dan serat tidak menempel. Celah yang
terdapat pada komposit berpengaruh saat dilakukan pengujian tarik, karena beban yang
50
Gambar patahan komposit dari masing-masing lapisan disajikan dalam gambar
4.13 – 4.16
Gambar 4.13 Patahan Pada Komposit 2 Lapis
51
Gambar 4.15 Patahan Pada Komposit 4 Lapis
52 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan penulis dapat mengambil kesimpulan :
1. Jumlah lapisan serat mempengaruhi kekuatan tarik yang dihasilkan.
Matrik tanpa serat memiliki kekuatan tarik 44,56 MPa, komposit serat 2
lapis kekuatan tarik 31,79 MPa, serat 3 lapis 40,18 MPa, serat 4 lapis
56,42 MPa, sedangkan komposit dengan serat 5 lapis memiliki kekuatan
tarik sebesar 51,34 MPa. Semakin banyak lapisan serat yang disusun
kekuatan tariknya akan semakin tinggi.
2. Penambahan serat juga berpengaruh kepada regangan komposit. Pada
pengujian resin tanpa serat regangan yang didapat yaitu 2,15%, dan pada
komposit dengan serat 5 lapis regangan yang diperoleh yaitu 1,21%.
3. Kerusakan yang terjadi pada komposit setelah dilakukan uji tarik
merupakan patah getas, karena patah yang terjadi pada komposit
cenderung tegak lurus dengan arah pembebanan.
5.2Saran
Dalam penelitian yang sudah dilakukan masih terdapat kesalahan dan
kekurangan. Untuk menyempurnakan penelitian selanjutnya perlu diperhatikan hal-hal
sebagai berikut :
1. Pada proses pembuatan benda uji adalah dengan cara hand lay-out, untuk
mendapatkan tebal yang merata sebaiknya pembuatan benda uji
dilakukan dengan sangat teliti dan memperhatikan tempat untuk
meletakkan cetakan. Tempat meletakkan cetakan harus rata, jika tidak
maka resin tidak rata pada permukaan serat.
2. Dalam uji tarik agar data yang diperoleh akurat dan tidak terjadi
kesalahan, harus diperhatikan benda yang dijepit oleh griper harus rata.
53
tidak meleset. Jika griper menjepit tidak sempurna atau miring data yang
didapat tidak akurat.
3. Dalam proses pencetakan sebaiknya komposit diberi beban agar resin
dapat mengikat serat dengan sempurna dan meratapada setiap lapisan
54
DAFTAR PUSTAKA
Jones, R, M., 1975. Mechanics Of Composite Materials. Mc Graw Hill, New York.
Surdia, Saito, S. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. Pradnya Pramita. Jakarta.
Robert, J. M. 1975. Mechanics Of Material. Mc Graw Hill.
Schwats, M. M. 1984. Composite Materials Hand Book. Mc Graw Hill.
Budinsk, K. G. Enginering Materials, Properties And Selwction. Prentice Hall
International, Inc.
Crawford, R. J. 1993. Plastic Enginer.
Gibson, R. F. 1994. Principles Of Composite Material Mechanic. Singapore: Mc Graw
