NASKAH PUBLIKASI
Rekayasa Dan Manufaktur Komposit Core
Berpenguat Serat Sabut Kelapa
Bermatrik Serbuk Gypsum Dengan
Fraksi Volume Serat 20%, 30%, 40%, 50%
Tugas akhir ini disusun guna menenuhi sebagian syarat memperoleh derajat Sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun:
DWI SULISTIYO
NIM: D.200.06.0119
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
HALAMAN PENGESAHAN
Naskah Publikasi berjudul : ”Rekayasa Dan Manufaktur komposit Core Berpenguat Serat Sabut Kelapa Bermatrik Serbuk Gypsum Dengan Fraksi Volume Serat 20%, 30%, 40%, 50%”, telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji dan telah dinyatakan sah untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh derajat sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Dipersiapkan oleh :
Nama : DWI SULISTIYO
NIM : D200 06 0119
Disahkan pada :
Hari : ... Tanggal : …...
Tim Penguji :
Ketua : Ir. Agus Hariyanto, MT.
Anggota 1 : Agus Yulianto, ST., MT. ...
Anggota 2 : Muh. Alfatih Hendrawan. ST., MT.
Dekan,
“Rekayasa Dan Manufaktur Komposit Core Berpenguat Serat Sabut Kelapa Bermatrik Serbuk Gypsum Dengan
Fraksi Volume Serat 20%, 30%, 40%, 50%”
Dwi Sulistiyo., Agus Hariyanto., Agus Yulianto.
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta JL. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartosura
Email : DwiSulistiyo_Icon@yahoo.com
ABSTRAKSI
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan bending, tarik, dan impak yang optimal dari komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa bermatrik gypsum pada fraksi volume 20%, 30%, 40%, 50% dengan variasi ketebalan 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm serta mengetahui kestabilan dimensi dan jenis patahan dengan pengamatan makro pada specimen yang memiliki harga optimal dari pengujian bending,tarik dan impak.
Pada penelitian ini bahan yang dipergunakan adalah komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa dengan matrik gypsum yang disusun secara acak dengan fraksi volume 20%, 30%, 40%, 50%, dengan variasi tebal 5mm, 10mm, 15mm, dan. Pembuatan komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa bermatrik dengan cara press mold menggunakan cetakan dari plat besi dengan ukuran 30cm x 200cm x 25cm dan sebagai alat penekan digunakan dongkrak. Metode pengujian bending dilakukan dengan mengacu standart ASTM D 790-02, pengujian tarik dengan mengacu standart ASTM 638-02, pengujian Impak jenis izod dengan mengacu standart ASTM D 5941, dan kestabilan dimensi dengan acuan standart SAE j1717.
Hasil pengujian komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa dengan matrik gypsum pada fraksi volume 20%, 30%, 40%, 50%, dengan variasi tebal 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm. Pada pengujian bending optimal rata-rata
pada Vf 40% dengan ketebalan 5mm yaitu sebesar 53,918 Mpa, Pada uji tarik
optimal rata-rata pada Vf 50% ketebalan 5mm yaitu sebesar 15,667 MPa, dan
Pada uji Impak optimal rata-rata pada 5mm Vf 50% yaitu sebesar 0,073 J/mm2.
Pada pengujian kestabilan dimensi optimal rata-rata pada Vf 30% dengan
ketebalan 5 dan 10mm yaitu sebesar 0,067 mm. Dari pengamatan struktur makro, komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa bermatrik gypsum mempunyai mekanisme kegagalan fiber full out, maka kekuatannya pun menjadi rendah karena memiliki ikatan antara serat dan matrik yang lemah.
Kata kunci : Serat Kelapa, Serbuk Gypsum, Kekuatan tarik, Kekuatan Impak, Kekuatan Bending.
PENDAHULUAN Latar Belakang
sebagai bahan industri karpet, pengisi sandaran kursi, kasur, plafon atau bahan panel dinding. Penggunaan sabut kelapa banyak dimanfaatkan karena sabut kelapa memiliki sifat tahan lama, sangat ulet, kuat terhadap gesekan, tidak mudah patah, tahan terhadap air, tidak mudah membusuk, tahan terhadap jamur dan hama serta tidak dihuni oleh rayap dan tikus. Sabut kelapa terdiri dari serat dan gabus yang menghubungkan satu serat dengan serat lainnya yang merupakan bagian berharga dari sabut. Setiap butir kelapa rata-rata mengandung serat 525 gram (75% dari sabut), dan gabus 175 gram (25% dari sabut). (Isroful, 2009).
Tujuan Penelitian
1. Mengetahui kekuatan tarik yang paling optimal dari komposit core berpenguat serat sabut kelapa dengan matrik serbuk gypsum pada fraksi volume serat 20%, 30%, 40%, dan 50% dengan variasi tebal komposit 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm.
2. Mengetahui kekuatan bending yang paling optimal dari komposit core berpenguat serat sabut kelapa dengan matrik serbuk gypsum pada fraksi volume serat 20%, 30%, 40%, dan 50% dengan variasi tebal komposit 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm.
3. Mengetahui kekuatan impak yang paling optimal dari komposit core berpenguat serat sabut kelapa dengan matrik gypsum pada fraksi volume serat 20%, 30%, 40%, dan 50% dengan variasi tebal komposit 5 mm, 10 mm ,15 mm, dan 20 mm.
4. Mengetahui densitas serabut kelapa dan komposit core berpenguat serat sabut kelapa dengan matrik serbuk gypsum.
5. Mengetahui jenis patahan pada pengujian bending, impact dan tarik dengan foto makro pada komposit core berpenguat serat sabut kelapa dengan matrik serbuk gypsum.
6. Mengetahui kestabilan dimensi dari komposit core berpenguat serat sabut kelapa dengan matrik serbuk gypsum pada fraksi volume serat 20%, 30%, 40%, 50% dengan variasi tebal komposit 5 mm, 10 mm, 15 mm, dan 20 mm.
LANDASAN TEORI Tinjauan Pustaka
Dari seluruh pengujian spesimen, komposisi 30:20:15 yang mempunyai sifat mekanik dan sifat fisisnya terbaik dengan suhu endotermiknya 75 0C, sehingga komposisi 30:20:15 dapat digunakan sebagai plafon.
METODE PENELITIAN (Mat Fiber Composit) dengan metode pres mold Serat Kelapa Dengan Vf
20%, 30%, 40%, 50%
Pengujian komposit serat kelapa bermatrik gipsum sesuai standar:
Pembuatan Spesimen dengan fraksi volume 20%, 30%, 40%, dan 50% dan ketebalan 5mm, 10mm, 15mm, 20mm
ANALISA DAN PEMBAHASAN 1. Data Hasil Pengujian Tarik.
Tabel 4.1. Data hasil pengujian tarik rata-rata.
Jenis
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Tegangan Tarik Rata-rata Dengan Fraksi Volume Terhadap Tebal Komposit.
Pembahasan Pengujian Tarik
Pada grafik tegangan tarik diatas menunjukkan bahwa, penambahan fraksi volume sangat berperan dalam peningkatan kekuatan tarik yang terjadi pada komposit serat kelapa acak. Hal ini dikarenakan penambahan serat, membuat komposit core semakin padat yang mengakibatkan komposit core menjadi lebih kuat sehingga cenderung meningkatkan kekuatan tarik pada komposit serat kelapa acak, dalam hal ini kekuatan tarik meningkat terjadi pada penambahan fraksi volume hingga sebesar 50%.
tarik optimum rata-rata masing-masing secara berurutan sebesar 15,667 MPa, 13,328 MPa, 12,494 MPa dan 13,773 MPa. Pada komposit dengan tebal 5mm mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi dibanding dengan komposit dengan tebal 10mm, 15mm dan 20mm dan pada fraksi volume 20%, 30%, 40% dan 50%, fraksi volume 50% ialah nilai tertinggi kekuatan tarik sebesar 15,667 MPa. Jadi pada pengujian tarik harga yang paling optimal terdapat pada tebal 5mm Vf
50% sebesar 15,6672 MPa.
2. Data Hasil Pengujian Tarik.
Table 4.2. Data hasil pengujian bending rata-rata.
Jenis
Pembahasan Pengujian Bending.
Dari data-data yang telah diperoleh dapat disimpulkan bahwa harga kekuatan bending komposit serat kelapa acak pada spesimen tebal 5mm sebesar 53,918 MPa, lebih besar dari tebal 10mm, 15mm dan 20mm yaitu 34,455 MPa, 31,407 MPa dan 19,707 MPa. Jadi pada pengujian bending harga yang paling optimal pada tebal 5mm Vf 40% dengan harga 53,918 MPa. Untuk
hasil pengujian bending, perbedaan antara harga tegangan bending rata-rata dari komposit disebabkan oleh beberapa hal. Antara lain karena perbedaan jumlah fraksi volume serat serta juga disebabkan kekuatan komposit yang kurang merata karena distribusi serat pada saat proses manufaktur yang kurang merata sehingga energi yang diserap pada komposit terjadi perbedaan yang signifikan.
3. Data Hasil Pengujian Tarik.
Tabel 4.3. Data hasil pengujian Impak rata-rata.
Jenis Komposit
Harga Impak Rata-Rata (J)
Energi terserap Rata-rata (J/mm2)
T5-Vf 20% 0,030 1,776
T5-Vf 30% 0,041 2,311
T5-Vf 40% 0,058 3,225
T5-Vf 50% 0,073 4,120
T10-Vf 20% 0,039 4,872
T10-Vf 30% 0,056 6,911
T10-Vf 40% 0,055 6,902
T10-Vf 50% 0,063 7,256
T15-Vf 20% 0,048 8,604
T15-Vf 30% 0,041 8,033
T15-Vf 40% 0,054 9,041
T15-Vf 50% 0,058 10,096
T20-Vf 20% 0,048 10,995
T20-Vf 30% 0,056 12,852
T20-Vf 40% 0,057 13,076
T20-Vf 50% 0,064 14,111
Pembahasan Pengujian Impact.
Perbedaan harga impak selain disebabkan terjadinya penambahan serat juga disebabkan terjadinya kegagalan atau patahan bermula dari komposit yang terdapat void. Jika dalam proses pembuatan spesimen dalam penuangan matrik tidak dilakukan dengan cepat dan kurang merata maka dapat mengakibatkan banyaknya void pada celah-celah diantara serat yang dapat mengurangi kekuatan komposit. Serta dipengaruhi oleh luasan daerah impak semakin luas daerah Impak semakin kecil pula harga impak komposit tersebut.
Dari data yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa komposit serat kelapa acak dengan tebal 5mm, 10mm, 15mm dan 20mm mempunyai harga impak rata-rata tertinggi masing-masing secara berurutan sebesar 0,073 J/mm2, 0,063 J/mm2, 0,058 J/mm2 dan 0,064 J/mm2MPa. Pada komposit dengan tebal 5mm mempunyai harga impak yang lebih tinggi dibanding dengan komposit dengan tebal 10mm, 15mm, dan 20mm dan pada fraksi volume 20%, 30%, 40% dan 50%. Fraksi volume 50% sebesar 0,073J/mm2 yang mempunyai harga kekuatan tertinggi jika dibandingkan dengan fraksi 20%, 30%, dan 40%. Jadi pada pengujian tarik harga kekuatan tarik yang paling optimal terdapat pada komposit tebal 5mm Vf 50% sebesar 0,073 J/mm2.
4. Pengujian Densitas
Tabel 4.5. Data hasil pengujian densitas rata-rata pada tebal 5mm, 10mm, 15mm, dan 20mm.
Jenis Komposit Harga Densitas rata-rata (gr/cm3)
T5-Vf 20% 1,790
T5-Vf 30% 1,877
T5-Vf 40% 1,863
T5-Vf 50% 2,092
T10-Vf 20% 1,719
T10-Vf 30% 1,719
T10-Vf 40% 1,936
T10-Vf 50% 1,930
T15-Vf 20% 1,795
T15-Vf 30% 1,852
T15-Vf 40% 1,923
T15-Vf 50% 2,061
T20-Vf 20% 1,874
T20-Vf 30% 1,842
T20-Vf 40% 1.,942
Gambar 4.12. Grafik Hubungan Harga Densitas Rata-rata Dengan Fraksi Volume Terhadap Tebal Komposit
Pembahasan Pengujian Densitas Core
Dari data yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa densitas komposit core serat kelapa acak dengan tebal 5mm, 10mm, 15mm dan 20mm mempunyai densitas rata-rata tertinggi masing-masing sebesar 2,092 gr/cm3, 1,937 gr/cm3, 2,062 gr/cm3 dan 2,057 gr/cm3. Pada komposit dengan tebal 5mm mempunyai densitas yang lebih tinggi dibanding dengan komposit dengan tebal 10mm, 15mm dan 20mm. Dan pada fraksi volume 20%, 30%, 40% dan 50%, fraksi volume 50% sebesar 2,092 gr/cm3 yang mempunyai harga kekuatan tertinggi. Jadi pada pengujian densitas harga yang paling optimal terdapat pada tebal 5mm Vf 50% sebesar 2,092 gr/cm3. Hal ini dipengaruhi oleh
tebal dan volume fraksi, semakin tebal dan besar volume fraksi semakin besar harga densitasnya.
5. Pengamatan Stuktur Makro
Foto Makro Pengujian Tarik Foto Makro Pengujian Tarik
Gambar 4.13. Patahan spesimen pada Uji Tarik 5mm Vf 50%
Gambar 4.14. Patahan Spesimen pada Uji Bending 10mm Vf 50%
Serat Kelapa
Matrik
Patah Akibat Gaya Tarik
Serat Kelapa Matrik Patah Akibat Gaya Tekan
Foto Makro Pengujian Tarik
Gambar 4.15. Patahan spesimen pada Uji Impak 5mm Vf 50%
Pembahasan Foto Makro
Dari hasil pengamatan foto patahan struktur makro, komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa bermatrik gypsum mempunyai mekanisme kegagalan
fiber full out.
Kegagalan fiber pull out merupakan salah satu mekanisme kegagalan bahan komposit yang diperkuat serat. Yang menjadi penyebab terjadinya kegagalan fiber pull out adalah delaminasi, maka kekuatan komposit ini pun
Dimensi Awal Dimensi Akhir Pertambahan Luas
Gambar 4.16. Grafik Hubungan Pertambahan Luas Rata-rata Dengan Fraksi Volume Terhadap Tebal Komposit
Pembahasan Kestabilan Dimensi
Dari data yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa pertambahan luas core serat kelapa acak dengan tebal 5mm, 10mm, 15mm dan 20mm mempunyai pertambahan luas rata-rata 0,067mm2, 0,067mm2, 0,058mm2, dan 0,057mm2. Pada komposit dengan tebal 5mm dan 10mm mempunyai pertambahan luas yang lebih tinggi dibanding dengan komposit dengan tebal 15mm dan 20mm pada fraksi volume 20%, 30%, 40% dan 50%. Fraksi volume 20% sebesar 0,067mm2 yang mempunyai harga luasan tertinggi. Jadi pada pengujian kestabilan dimensi harga yang paling optimal terdapat pada tebal 5 dan 10mm Vf 30% sebesar 0,067mm.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan analisa pengujian serta pembahasan data yang diperoleh, dapat disimpulkan:
1. Pengujian Tarik
Komposit serat kelapa acak dengan tebal 5mm Vf 50% mempunyai
kekuatan tarik optimum rata-rata 15,667 MPa. Pada komposit serat kelapa acak dengan tebal 5mm Vf 30% mempunyai kekuatan tarik paling redah
rata-rata 6,011 MPa. 2. Pengujian Bending
Harga tegangan bending yang paling optimal pada tebal 5mm Vf 40%
dengan harga 53,918 MPa. Pada tebal 20mm Vf 20% harga tegangan
bendingnya 11,808 MPa menjadi nilai yang terendah. 3. Pengujian Impak
4. Pengujian Densitas
Densitas serat kelapa rata-rata yaitu sebesar 1,276 gr/cm3. Komposit serat kelapa acak dengan tebal 5mm Vf 20% mempunyai density optimum
rata-rata 2,092 gr/cm3. Pada komposit serat kelapa acak dengan tebal 10mm Vf 40% mempunyai density paling rendah rata-rata 1,719 gr/cm3.
5. Pengamatan Foto Makro
Dari hasil pengamatan foto patahan struktur makro, komposit berpenguat jenis serat sabut kelapa bermatrik gypsum mempunyai mekanisme kegagalan fiber full out.
Kegagalan fiber pull out disebabkan karena terjadinya delaminasi, maka kekuatan komposit ini pun menjadi rendah karena memiliki ikatan antara serat dan matrik yang lemah.
6. Pengujian Kestabilan Dimensi
Pada pengujian kestabilan dimensi harga yang paling optimal terdapat pada tebal 5mm dan 10mm pada fraksi volume yang sama yaitu Vf 30% sebesar 0,067%.
Saran
Dari hasil proses percetakan ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, diantaranya:
1 Pada proses pembuatan serat acak hendaknya serat disusun merata agar memudahkan pencetakan, dan menghasilkan cetakan komposit yang tebalnya sama dalam satu bidang.
2 Meminimalkan keberadaan rongga udara (void) pada komposit yang akan dibuat sehingga akan menaikkan kekuatan komposit dengan menggunakan alat tekan yang lebih baik.
3 Dalam melakukan pembuatan benda uji hendaknya memakai alat pengaman, karena bahan benda uji merupakan bahan kimia.
4 Pada proses penuangan matrik kedalam serat harus merata dan cepat agar serat benar-benar terbungkus oleh matrik, sehingga dapat meminimalkan terjadinya void.
5 Dalam melakukan pengujian hendaknya dilakukan sendiri agar kita mengetahui proses pengujian tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Annual Book of Standards, ASTM D 5941, “Standard Test Method for
Determining Charpy Impact Strength of Plastic”, ASTM, 1996.
Annual Book of Standards, ASTM C 271-99, “Standard Test Method for Density of Sandwich Core Materials”, ASTM, 1999.
Annual Book of Standards, SAE J-1717,”Interior Automotive Plastic Part Testing”, SAE J-1717, 1994.
Annual Book of Standards, ASTM 790-02, “Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials”, ASTM, 2002.
Arancon,R.2009,http://www.google.com/url?q=ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/011/i0
709e/i0709e09.pdf&sa=U&ei=kNGPUb22Ds2XrAfA_4HwCQ&ved=0CBg QFjAA&sig2=KKJ8KrUituwDKnnGvbarHg&usg=AFQjCNH0dfV3lUfAgM HALcMzJEn7u8ftC, diakses tanggal 15 Mei 2013)
Bakri. 2010, Penentuan Sifat Mekanis Serat Sabut Kelapa. Universitas Tadulako Palu, Sulawesi Tengah
Barsoum, W. Michel., 1997, Fundamental of Ceramic, McGraw-Hill Inc, New York.
Barthelmy, D. 2012, (http://webmineral.com/data/Gypsum.shtml, diakses tanggal 10 September 2012)
Building Materials And Technology Promotion Council
(http://www.bmtpc.org/pubs/papers/paper1.html, diakses tanggal 5
September 2011)
Callister, W. D., 2007, Materials Science and Engineering an Introduction 7ed. Department Metallurgical Engineering the University of Utah, John Willey and Sons, Inc.
Gdoutos, E. E., 2007, Composte Sandwch Structures; Experimental Evaluation
and Finite Element Analysis of Mechancal Propertes, Springer,
Netherlands.
Gibson, Ronald F. 1994, Principles of Composite Material Mechanics. McGraw-Hill Inc, New York.
Indonesian Commercial Newsletter,
(http://www.datacon.co.id/Sawit-2011Kelapa.html, diakses tanggal 8 September 2012)
Isroful. 2009. Pengolahan Sabut Kelapa Menjadi Papan Partikel Dengan Batang Pisang Sebagai Pelapisnya Pada Interior Bangunan. Universitas Sumatera Utara
Jones, M. R., 1975, Mechanics of Composite Materials and Structures, McGraw Hill Kogakusha, Ltd, Tokyo.
Kulkarni A.G., Satyanaraya K.G., Sukumaran K. 1981, “Mechanical
behaviour of coir under tensile load”, Journal of Matererials Science,
Vol 16, pp. 905-914.
Lukkassen, D., Meidel, A., 2003, Advanced Materials and Structures and their
Matthews, F.L, Rawling,RD, 1993, Composite Material Engineering And
Science, Imperial College Of Science, Technology and Medicine,
London, UK
Mueler, Dieter H. October 2003. New Discovery in the Properties of Composites
Reinforced with Natural Fibers. JOURNAL OF INDUSTRIAL TEXTILES,
Vol. 33, No. 2. Sage Publications.
Palungkun, R. 1992. Aneka Produk Tanaman Kelapa. Penebar Swadaya. Jakarta.
Saragih, J. 2011. Pemanfaatan Serbuk Sabut Kelapa Sebagai Pengisi Gipsum Pada Pembuatan Lembaran Plafon Dengan Bahan Pengikat Poliuretan. Universitas Sumatera Utara
Schwartz M.M., 1984, “Composite Material Handbook”, McGraw-Hill Inc, New York.
Shackelford, James, F., 1996, Introduction to Material Science for Engineering, London Prentice Hall International, Inc.
Silva F.A., Chawla N., de Toledo Filho R.D., 2008, “Tensile behaviour of
high performance natural (sisal) fibers”, Composites Science and
Technology, vol. 68, pp. 3438-3443.
Supriyanto, H. 2011, Penerapan Metode Dmai Dan Fmea Untuk Peningkatan Kualitas Cement Retarder (Gypsum Granulated) Di Unit Iii Pabrik
Cement Retarder Pt. Petrokimia Gresik. Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS) Surabaya
Surdia, T., Saito, S., 1995, Pengetahuan Bahan Teknik, FT, Pradnaya Paramita, Jakarta.
Tomczak F., Sydenstricker T.H.D., Satyanarayana K.G., 2007, “Studies on
lignocellulosic fibres of Brazil. Part II. Morphology and properties of Brazilian coconut fibres”, Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing, Vol. 38, pp. 1710-1721.
