DENGAN RESIN POLIESTER
SKRIPSI
WILLY ARTI 150801011
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2020
DENGAN RESIN POLIESTER
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai Sarjana Sains
WILLY ARTI 150801011
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2020
PENGARUH ORIENTASI SUDUT ARAH SERAT JUTE TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIK KOMPOSIT
DENGAN RESIN POLIESTER
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil keja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Juli 2020
Willy Arti
150801011
PENGARUH ORIENTASI SUDUT ARAH SERAT JUTE TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIK KOMPOSIT DENGAN RESIN POLIESTER
ABSTRAK
Pembuatan dan karakterisasi komposit pengaruh orientasi sudut arah serat jute terhadap sifat fisis dan mekanik papan komposit dengan matriks resin poliester telah dilakukan sebagai bahan alternative material komposit. Serat jute didapat pada bahan dasar tali goni yang telah diproduksi oleh pabrik tertentu, pembentukkan papan komposit dengan resin poliester serta serat jute sebagai penguat memiliki komposisi 85% pada resin poliester dan 15% pada serat jute. Dicari data sifat fisis dan mekanik dari papan komposit, serat jute sebagai filler akan divariasikan tata letak sudut serat yaitu sebesar 00, 300, 450, 600, 900. Sifat fisis terdiri atas densitas, penyerapan air, porositas dan berbagai tes mekanis dilakukan pada setiap sampel. Berdasarkan sifat kimianya serat jute memiliki panjang serat elementer berkisar antara 1-5 mm dan rata-rata 2 mm, sedangkan diameter serat berkisar antara 20μ - 25μ dan rata-rata 23μ.
Komposisi utama serat jute mentah yang kering adalah sebagai berikut: Susunan Persentase, selulosa 71%, lignin 13%, hemi selulosa 13%, pektin 0,2%, zat-zat yang larut dalam air 2,3%, lemak dan Lilin 0,5%. Hasil pengujian sifat fisis dan mekanik komposit serat jute dihasilkan nilai densitas 1,22 gr/cm3 - 1,2 gr/cm3, daya serap air 2,74% - 12,5%, porositas 3,33% - 15%, kuat lentur 91,65 MPa - 14,7 MPa, kuat impak 19,37 J/ mm2 - 9,05 J/ mm2, dan kuat tarik 19,126 MPa - 3,069 MPa. Hasil penelitian menunjukkan sifat fisis dan mekanik yang memenuhi Standart JIS A 5905 : 2003 yaitu kuat lentur >32 MPa, densitas 0,3 - 1,3 gr/ cm3 dan kadar air < 25%.
Komposit serat jute dengan resin poliester dapat diaplikasikan menjadi bumper mobil.
Kata Kunci : Komposit, Poliester, Serat Jute, Sifat Fisis, Sifat Mekanik
THE EFFECT OF JUTE FIBER ORIENTATION ON COMPOSITE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES WITH POLYESTER RESIN
ABSTRACT
Composite fabrication and characterization of the effect of jute fiber angular orientation on the physical and mechanical properties of composite boards with polyester resin matrices have been carried out as an alternative composite material.
Jute fiber is obtained from the basic material of gunny rope which has been produced by certain factories, composite board formation with polyester resin and jute fiber as reinforcement has a composition of 85% in polyester resin and 15% in jute fiber. To find data on physical and mechanical properties of composite boards, jute fibers as fillers will be varied by fiber angle layout which is equal to 00, 300, 450, 600, 900. Physical properties consist of density, water absorption, porosity and various mechanical tests performed at each sample.
Based on its chemical properties jute fibers have elementary fiber lengths ranging from 1-5 mm and an average of 2 mm, while fiber diameters range between 20μ - 25μ and an average of 23μ. The main composition of dry raw jute fibers is as follows:
Percentage arrangement, 71% cellulose, 13% lignin, 13% hemicellulose, 0.2%
pectin, 2.3% water-soluble substances, fat and Wax 0, 5%.
The results of testing the physical and mechanical properties of jute fiber produced the value from 1.22 gr/cm3 - 1.2 gr/ cm3, water absorption capacity from 2.74% - 12.5%, porosity from 3.33% - 15%, strong bending 91.65 MPa-14.7 MPa, impact strength 19.37 J/mm2 2-9.05 J/mm2, and tensile strength 19.126 Mpa - 3.069 MPa.
The results showed physical and mechanical properties that met the JIS A 5905: 2003 Standard, namely flexural strength> 32 MPa, density 0.3-1.3 gr/cm3 and moisture content <25%. Composite jute fiber with polyester resin can be applied to the car bumper.
Keywords: Composite, Polyester, Jute Fiber, Physical Properties, Mechanical Properties
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirabbil’alamiin, puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk mencapai gelar Sarjana serta dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul “Pengaruh Orientasi Sudut Arah Serat Jute Terhadap Sifat Fisis dan Mekanik Komposit Dengan Resin Poliester” guna melengkapi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik dalam bentuk materi, ide, dorongan semangat serta do’a yang tulus. Untuk itu saya mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara yang selalu mendukung untuk bisa berprestasi.
2. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS sebagai Dosen Pembimbing dan Ketua Program Studi Fisika S1 beserta selaku dosen wali yang telah banyak memberikan ilmu, meluangkan waktu, pikiran, tenaga, bantuan baik moril maupun materi, serta saran-saran sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Awan Maghfirah, S.Si, M.Si selaku komisi pembanding dan Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA USU yang selalu memberikan motivasi dan nasihat.
4. Bapak Prof. Dr. Eddy Marlianto, MSc. PhD selaku komisi pembanding dan Kepala Laboratorium Kristalografi yang senantiasa memberi motivasi, dan nasihat.
5. Seluruh Bapak/Ibu staf pengajar serta pegawai administrasi dilingkungan FMIPA Universitas Sumatera Utara.
6. Ucapan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada kedua orangtua tercinta Bapak Kamsidi dan Ibu Manna Nasution yang telah membesarkan saya dan tiada henti memberikan perhatian, didikkan, doa serta materi selama masa perkuliahan hingga penyelesaian skripsi yang takkan mampu terbalaskan.
Kakak saya, Mei Rani, abang saya Ricko Ahmadi serta yang selalu mendukung dan mendoakan hingga saya dapat menyelesaikan sarjana ini.
7. Abangda Gustaman Hasibuan, S.T yang telah banyak mendukung saya, memberi nasehat, untuk tetap semangat dalam menyelesaikan sarjana ini.
8. Sahabat seperdopingan saya Prisila Dinanti, yang selalu mengingatkan saya,dan saling membantu dalam menyalesaikan penelitian.
9. Keluarga besar Fisika stambuk 2015, Semoga kita sukses kedepannya.
10. Rekan-rekan Asisten Laboratorium Kristalografi terima kasih atas kerja samanya.
11. Dan untuk seluruh orang-orang terkasih yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan serta motivasi yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Semoga Allah mempertemukan kita di surga-Nya.
Skripsi ini sangat jauh dari kesempurnaan dan banyak kekurangan. Untuk itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi saya dan pihak yang membacanya.
Medan, Juli 2020
Willy Arti
DAFTAR ISI
PENGESAHAN SKRIPSI i
ABSTRAK ii
ABSTRACK iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI vi DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR LAMPIRAN x
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Komposit 4
2.2 Serat 5
2.3 Serat Jute 6
2.4 Polimer Sebagai Matriks 2.4.1 Resin Poliester 7
2.4.2 Katalis 8 2.5 Karakteristik Papan Komposit Polimer
2.5.1 Pengujian Sifat Fisis 8 2.5.2 Pengujian Sifat Mekanik 11 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian 14 3.2 Peralatan dan Bahan-bahan
3.2.1 Peralatan 14 3.2.2 Bahan 14
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Pembuatan Papan Komposit Serat Jute 16 3.4 Diagram Alir Penelitian
3.4.1 Diagram Pembuatan Komposit 18 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sifat Fisis
4.1.1 Pengujian Densitas (Density Test) 19 4.1.2 Pengujian Daya Serap Air (Water Absorption Test) 20 4.1.3 Pengujian Porositas (Porosity Test) 22 4.2 Pengujian Sifat Mekanik
4.2.1 Pengujian Kuat Lentur (Bending Strength Test) 24 4.2.2 Pengujian Kuat Impak (Impact Strength Test) 26 4.2.3 Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength Test) 28
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 30 5.2 Saran 31
DAFTAR PUSTAKA 32
DAFTAR TABEL
No. Tabel Judul Halaman
4.1 Hasil Pengujian Densitas Komposit Serat Jute-Poliester 19 4.2 Hasil Pengujian Daya Serap Air Komposit Serat Jute-Poliester 21 4.3 Hasil Penguan Porositas Komposit Serat Jute-Poliester 22 4.4 Hasil Pengujian Kuat Lentur Komposit Serat Jute-Poliester 24 4.5 Hasil Pengujian Kuat Impak Komposit Serat Jute-Poliester 26 4.6 Hasil Pengujian Kuat Tarik Komposit Serat Jute-Poliester 28
DAFTAR GAMBAR
No. Gambar Judul Halaman
3.1 Diagram Alir Penelitian 18
4.1 Grafik Hubungan Antara Densitas Terhadap Arah Sudut
Serat Jute-Poliester 20 4.2 Grafik Hubungan Antara Daya Serap Air Terhadap Arah
Sudut Serat Jute-Poliester 21
4.3 Grafik Hubungan Antara Porositas Terhadap Arah Sudut
Serat Jute-Poliester 23
4.4 Grafik Hubungan Antara Kuat Lentur Terhadap Arah Sudut
Serat Jute-Poliester 25
4.5 Grafik Hubungan Antara Kuat Impak Terhadap Arah Sudut
Serat Jute-Poliester 27
4.6 Grafik Hubungan Antara Kuat Tarik Terhadap Arah Sudut
Serat Jute-Poliester 29
DAFTAR LAMPIRAN
No. Lampiran Judul Halaman
1 Gambar Peralatan dan Bahan 34
2 Perhitungan Data Pengujian 37
3 Hasil Uji Impak 47
4 Grafik Hasil Pengujian Komposit Serat Jute 50
5 Standart JIS A 5905 : 2003 60
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dewasa ini cukup pesat, baik dibidang material logam dan bukan logam. Selama ini keberadaan material logam mendominasi dalam bidang industri. Namun masih belum terpenuhi material yang mempunyai sifat tertentu dalam aplikasi di industri maka dikembangkan material bukan logam khususnya dengan penguat serat alam yang bersifat lebih ringan, mudah dibentuk, tahan korosi, harga murah dan memiliki kekuatan yang sama dengan material logam. Sehingga memang selayaknya jika bahan komposit digunakan secara luas dibidang industri, otomotif, dan arsitektur. Komposit banyak dimanfaatkan dalam peralatan rumah tangga dan sector industri baik insutri kecil maupun industri besar. Hal ini disebabkan karena komposit memiliki beberapa keunggulan tersendiri dibandingkan bahan teknik spesimen lainnya seperti bahan komposit lebih kuat, tahan terhadap korosi, lebih ekonomis, dan sebagainya. Komposit merupakan merupakan material yang terbentuk dari kombinasi antara dua atau lebih material pembentuknya melalui pencampuran yang tidak permanen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Komposit terdiri dari matriks yang berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari kerusakan eksternal dan filler berfungsi sebagai penguat.
Komposit serat terdiri dari dua yaitu serat alam dan serat sintetis. Serat alam merupakan material ramah lingkungan yang merupakan tuntutan teknologi dewasa ini, sehingga penelitian tentang serat alam terus dikembangkan guna mengurangi pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh limbah-limbah industri. Dalam bidang industri, material komposit dengan penguat serat alam telah diaplikasikan oleh para produsen mobil sebagai bahan penguat panel mobil, tempat duduk belakang, dashboard, dan perangkat interior lainnya. Contoh dari serat alam adalah jute, kapas,
wol, sutra, dan rami (hemp), sedangkan serat sintetis adalah gelas, karbon, rayon, akril, dan nilon.
Selama ini, penelitian yang dilakukan banyak menggunakan serat sintesis. Hal ini dikarenakan serat sintesis mudah didapat, praktis, dan sifat mekaniknya telah tertentu. Namun limbah serat sintesis memberikan dampak lingkungan yang tidak baik sehingga beralih pada serat alam. Oleh karena itu, peneliti tertarik untuk mengetahui Orientasi Sudut Arah Serat Jute Terhadap Sifat Fisis dan Mekanik dengan Matriks Poliester. Variasi sudut komposit serat jute dengan resin poliester dirancang untuk mendapatkan komposit yang kuat, kokoh, lentur dan ringan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, diantaranya :
1. Apa pengaruh tata letak sudut dari filler serat jute terhadap kuat bending komposit yang akan dihasilkan?
2. Apakah variasi sudut pada serat dapat mempengaruhi kekuatan mekanik dan fisis papan komposit?
3. Bagaimanakah letak sudut yang sesuai untuk menghasilkan papan komposit yang baik?
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah penelitian ini adalah :
1. Komposisi serat jute dan matriks ialah 15% serat 85% matriks. Serta varian orientasi sudut serat dilakukan pada 0o; 30o; 45o; 60o; 90o.
2. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara jejar.
3. Pengujian yang dilakukan terhadap papan komposit dengan variasi letak sudut serat meliputi pengujian sifat fisis: densitas, daya serap air, porositas
dan Pengujian sifat mekanik : uji kuat lentur (Bending Strength), uji kuat impak (Impact Strength), uji kuata tarik (Tensile Strength).
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh orientasi sudut dari serat jute pada papan komposit dengan matriks resin poliester.
2. Untuk mengatehui sifat fisis dan sifat mekanik komposit yang diperkuat serat jute dengan variasi tata letak sudut serat.
3. Untuk mengetahui aplikasi dari komposit serat jute dengan variasi sudut yang berbeda yang memenuhi standart kualitas.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitan ini yaitu :
1. Untuk mengetahui aplikasi besar sudut yang dapat diterapkan untuk memenuhi standart penggunaan komposit.
2. Untuk mengetahui karakteristik sifat fisis dan mekanik dari komposit serat jute dengan variasi sudut yang berbeda-beda.
3. Untuk mengetahui pengaruh dari variasi sudut filler serat jute pada kualitas papan komposit yang dihasilkan.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mem-punyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatan-nya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga kita leluasa merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan mengatur komposisi dari material pembentuk-nya. Komposit merupakan sejumlah unit multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat (Widodo, 2008). Menurut Lokantara (2012), komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda-beda dimana satu material sebagai fasa pengisi (matriks), dan yang lainnya sebagai fase penguat (reinforcement).
Berdasarkan bentuk material pembentuknya, komposit dapat dibedakan menjadi lima macam yaitu komposit serat (fiber composite), komposit serpihan (flake composite), komposit butir (particulate composite), komposit isian (filled composite), dan komposit lapisan (laminated composite). Komposit dengan penguatan serat adalah jenis komposit yang paling sering dipakai dalam aplikasi. Hal ini karena komposit jenis ini memiliki sifat kekuatan tarik dan kekakuan yang bagus. Namun kelemahannya adalah struktur serat tersebut memiliki kekuatan tekan dan kekuatan tarik arah melintang serat yang kurang bagus.
Berdasarkan cara penguatannya komposit dibedakan menjadi tiga (Jones,1975) yaitu :
a) Fibrous Composite (komposit serat) merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serta atau fiber. Fiber yang digunakan berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide) dan sebagainya.
Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
b) Laminated Composite (komposit lapisan) merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
c) Particulate Composite (komposit partikel) merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
2.2 Serat
Serat alami telah menunjukkan keunggulan dalam beberapa tahun terakhir.
Keunggulan dari serat alami dibandingkan dengan serat sintetis adalah harganya murah, densitas rendah, mudah lepas, bahan terbarukan dan terbiodegradasi dan tidak berbahaya bagi kesehatan. Akibatnya, ada peningkatan upaya untuk mengeksplorasi serat alam baru dan penggunaan serat tanaman oleh sektor industri yang berbeda, seperti komposit untuk aplikasi otomotif dan untuk menggantikan serat sintetis.
Serat alami (natural fiber) adalah serat yang berasal dari tumbuhan atau hewan yang bersulur-sulur seperti benang. Untuk mendapatkan bentuk serat, diperlukan beberapa tahap pemrosesan tergantung pada karakter bahan dasarnya.
Serat dari tumbuhan antara lain kapas, pelepah pisang, enceng gondok, dan rami.
Sedangkan serat dari hewan misalnya wool, sutra, dan bulu burung.
2.2.1 Serat Jute
Serat jute merupakan salah satu material biodegradable sehingga ramah lingkungan. Serat Jute diperoleh dari dua tanaman tahunan herbaceous, yaitu chorchorus capsularis (jute putih) dan Chorchorus olitorius (Jute Tosia). Serat ini termasuk serat kulit dari pohon dengan ketinggian 3-4 meter. Benang Jute mengandung bagian dari kayu, oleh karena itu tenunan jute mudah diketahui. Sebagai salah satu serat alam yang telah lama dikenal, Jute telah terbukti keunggulannya. Jute merupakan serat alami (natural fibres) yang digunakan nomor dua terbanyak sesudah kapas (cotton) sebagai bahan keperluan hidup manusia.
Jute sendiri pada perkembangannya diolah menjadi berbagai jenis bahan tekstil.
Salah satu hasil dari pengolahan serat Jute adalah karung goni. Karung goni (gunny sack) biasanya dimanfaatkan untuk mengepak barang-barang berat maupun biji- bijian. (Rahmat, dkk. 2016).
Panjang serat elementer berkisar antara 1-5 mm dan rata-rata 2 mm, sedangkan diameter serat berkisar antara 20μ – 25μ dan rata-rata 23μ. Komposisi utama serat jute mentah yang kering adalah sebagai berikut: Susunan Persentase, selulosa 71%, lignin 13%, hemi selulosa 13%, 6pecim 0,2%, zat-zat yang larut dalam air 2,3%, lemak dan Lilin 0,5%. Perbedaan utama antara jute dengan serat-serat batang yang lain ialah kadar lignin yang sangat tinggi. Ada dua jenis lignin dalam serat jute yaitu tidak larut dalam larutan asam encer dan larut dalam larutan asam encer. Serat jute mempunyai kekuatan dan kilau sedang, tetapi mulur saat putus rendah 1,7% dan gelas. Seratnya kasar sehingga membatasi kehalusan benang yang dapat dihasilkan.
Sifat penting yang lainnya ialah sifat higroskopinya lebih tinggi dibanding dengan serat-serat selulosa yang lain.
Moisture regain serat 12,5%. Jute tahan terhadap perusakan oleh mikroorganisme, tetapi setelah pengerjaan asam dan basa dan juga setelah penyinaran yang lama, sifat ini berkurang dalam pengolahan ujung-ujung serat elementer dapat terlepas dari bundelnya sehingga benangnya berbulu dan menyebabkan pegangannya kasar.
2.3 Polimer sebagai Matriks
Matriks adalah bahan atau material yang dipergunakan sebagai bahan pengikat bahan pengisi namun tidak mengalami reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara umum, matriks berfungsi sebagai : (a). Pelindung komposit dari kerusakan, baik kerusakan-kerusakan secara mekanis maupun kimia. (b). Untuk mentransfer beban dari luar ke bahan pengisi. (c). Untuk mengikat bahan pengisi.
Secara umum, matriks dapat diklasifikasikan atas 4 jenis yaitu :
(a). Termoplastik yaitu suatu matriks dikatakan termoplastik apabila matriks tersebut dapat menjadi lunak kembali apabila dipanaskan dan mengeras apabila didinginkan.
Hal ini disebabkan karena molekul matriks tidak mengalami ikat silang sehingga bahan tersebut dapat didaur ulang kembali.
(b). Termoset, Suatu matriks dikatakan termoset apabila matriks tersebut tidak dapat didaur ulang kembali bila dipanaskan. Hal ini disebabakan molekul matrks mengalami ikat silang, sehingga bila matriks telah mengeras tidak dapat lagi dilunakan.
(c). Elastomer merupakan jenis polimer dengan elastisitas tinggi. Polimer Natural seperti selulosa dan protein dimana bahan dasar yang terbuat dari tumbuhan dan hewan.
2.3.1 Resin Poliester
Resin adalah polimer dalam komposit sebagai matrik, yang mempunyai fungsi sebagai pengikat, pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi. Resin thermoset adalah tipe system matrik yang paling umum dipakai sebagai material komposit. Mereka menjadi popular penggunaanya dalam komposit dengan sejumlah alasan, mempunyai kekuatan leleh yang cukup rendah, kemampuan interaksi dengan serat yang bagus dan membutuhkan suhu kerja relatif rendah. Selain itu juga mempunyai harga yang lebih rendah dari resin thermoplastis. (Herbi, Asrima.2011)
Poliester didefenisikan sebagai polimer yang mengandung sekurang- kurangnya satu kelompok penghubung ester per unit pengulang. Mereka dapat diperoleh dengan berbagai reaksi, yang terpenting adalah poliesterifikasi asam dibasa dan diol atau turunannya.
2.3.2 Katalis
Katalis adalah zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi sehingga kompleks teraktivasi lebih mudah terbentuk.
Adapun zat yang keberadaannya dapat memperlambat laju reaksi disebut inhibitor (katalis negatif).
Dalam suatu reaksi kimia, katalis tidak ikut bereaksi secara tetap sehingga dianggap tidak ikut bereaksi. Secara umum, katalis yang digunakan dalam reaksi kimia ada tiga jenis yaitu katalis homogen, katalis heterogen dan biokatalis.
Berdasarkan kesamaan wujud zat pereaksi dan katalis terdapat dua jenis katalis yaitu katalis homogen dan katalis heterogen. Katalis homogen memiliki fase yang sama dengan zat pereaksi. Contoh, gas NO yang digunakan untuk mengatalisis reaksi antara gas SO2 dan gas O2. Adapun katalis heterogen memiliki fase yang berbeda dengan zat pereaksi. Contoh, logam Ni (padatan) dipakai sebagai katalis reaksi gas C2H4 dan H2 membentuk C2H6.
2.4 Karakteristik Papan Komposit Polimer
Untuk mengetahui sifat-sifat dan kemampuan suatu material maka perlu dilakukan pengujian. Adapun karakteristik komposit yang akan diuji antara lain:
pengujian sifat fisis (densitas, penyerapan air, dan porositas) dan pengujian sifat mekanik (kuat lentur, kuat impak, dan kuat tarik).
2.4.1 Pengujian Sifat Fisis a. Densitas
Massa jenis (densitas) adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda.
Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap
volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa benda dibagi dengan total volume benda. Secara umum rumus untuk menentukan massa jenisnya adalah :
(2.1) Dengan:
: massa jenis benda (gr/cm3) m : massa benda (gr)
V : volume benda (cm3)
Rumus menentukan massa jenis komposit adalah :
c = f . Vf + m . Vm (2.2) Dengan :
c : massa jenis komposit (gr/cm3)
f : massa jenis fiber (gr/cm3)
m : massa jenis matriks (gr/cm3) Vf : fraksi volume fiber (%) Vm : fraksi volume matriks (%)
b. Penyerapan Air
Penyerapan Air (water absorbtion) merupakan salah satu parameter yang sangat penting untuk memprediksi dan mengetahui kekuatan dan kualitas beton polimer yang dihasilkan. Komposit polimer yang berkualitas baik memiliki penyerapan air yang kecil dimana jumlah pori-pori pada permukaan sedikit dan rapat.
Dan untuk mengetahui besarnya penyerapan air diukur dan dihitung menggunakan rumus, yaitu:
% Penyerapan Air = (2.3)
Dengan:
Mb : Massa sampel setelah direndam di dalam air (gr) Mk : Massa kering (gr)
c. Porositas
Porositas dapat di definisikan sebagai perbandingan antara volume pori-pori terhadap volume total benda. Besarnya persentase ruang-ruang kosong atau besarnya kadar pori yang terdapat pada benda dan merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi kekuatan benda. Pori-pori benda biasanya berisi udara atau berisi air yang saling berhubungan dan dinamakan dengan kapiler benda. Kapiler benda akan tetap ada walaupun air yang digunakan telah menguap, sehingga kapiler ini akan mengurangi kepadatan benda yang dihasilkan. Dengan bertambahnya volume pori maka nilai porositas juga akan semakin meningkat dan hal ini memberikan pengaruh buruk terhadap kekuatan benda.
Ada dua jenis porositas yaitu porositas tertutup dan porositas terbuka.
Porositas tertutup pada umumnya sulit untuk ditentukan pori tersebut merupakan rongga yang terjebak di dalam padatan dan serta tidak ada akses kepermukaan luar, sedangkan porositas terbuka masih ada akses kepermukaan luar walaupun rongga tersebut ada ditengah-tengah padatan. Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka dan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
% P =
(2.4)
Dengan:
P : Porositas (%)
Mb : Massa basah sampel setelah direndam (gr) Mk : Massa kering sampel setelah direndam (gr) Vt : Volume total sampel (cm3)
air : Massa jenis air (gr/cm3)
2.4.2 Pengujian Sifat Mekanik
a. Kuat Lentur
Kekuatan (strength), menyatakan kemampuan bahan untuk menerima tegangan tanpa menyebabkan bahan menjadi patah. Kekuatan ini ada beberapa macam , tergantung pada jenis beban yang bekerja atau mengenainya. Contoh kekuatan lengkung. Material yang lentur ( tidak kaku ) adalah material yang mengalami regangan bila di beri tegangan atau beban tertentu. Kelenturan atau (ductility) merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau patah. Untuk mengetahui kekuatan lentur suatu material dapat dilakukan pengujian lentur terhadap material tersebut. Kekuatan lentur atau kekuatan lengkung adalah tegang lentur terbesar yang dapat diterima akibat pembebanan luar tanpa mengalami deformasi yang besar atau kegagalan.
Besar kekuatan lentur tergantung pada jenis meter nya dan pembebanan.
=
(2.6)
Dengan:
Flt = Kuat Lentur (Nm-2) P = Gaya Penekan (N)
L = Jarak antara dua penumpu (m) b = Lebar Sampel (m)
d = Tebal Sampel (m)
b. Kuat Impak
Kuat impak adalah suatu kriteria penting untuk mengetahui kegetasan suatu bahan. Kekuatan material terhadap beban kejut yang dapat diketahui dengan cara melakukan uji impak. Dari hasil pengujian akan dapat diperoleh tingkat kegetasan material tersebut. Kekuatan impak komposit rata-rata masih di bawah kakuatan impak logam. Kekuatan impak komposit sangat tergantung pada ikatan antara
molekulnya semakin kuat ikatan molekulnya maka akan semakin tinggi pula kekuatan impaknya.
Secara umum metode pengujian impak ini dilakukan dengan dua metode yaitu metode charpy dan izord. Dimana metode charpy adalah pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi specimen uji pada tumpuan dengan posisi horizontal/mendatar, dan arah pembebanan berlawanan dengan arah takikan, sedangkan metode izord adalah pengujian tumbuk dengan meletakkan posisi specimen uji pada tumpuan dengan posisi, dan pembebanan searah dengan arah takikan. Sampel uji berbentuk persegi panjang 100 mm, lebar 20 mm, tebal 10 mm, yang mengacu pada standart ASTM D 256. Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami deformasi. Dengan mengetahui besarnya energi yang diserap oleh material maka kekuatan impak benda uji dapat dihitung sesuai dengan persamaan :
Kekuatan impak ( ) = (2.5) Dengan :
σ : Kekuatan Impak (J/m2) Eserap : Energi yang diserap (J)
A : Luas penampang lintang sampel (m2)
c. Kuat Tarik
Uji tarik merupakan pengujian yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan suatu bahan berdasarkan ketahanan suatu material terhadap beban tarik. Analisis kekuatan komposit biasanya dilakukan dengan mengasumsikan ikatan filler dan matriks sempurna. Pergeseran antara filler dan matriks dianggap tidak ada dan deformasi filler sama dengan deformasi matriks. Pengujian tarik (tensile test) adalah pengujian mekanik secara statis dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya dimana gaya tarik yang diberikan sebesar P (Newton). Tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik)
dari komposit yang diuji. Pertambahan panjang (Δl) yang terjadi akibat gaya tarikan yang diberikan pada sampel uji disebut deformasi. Regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula-mula. Regangan merupakan ukuran untuk kekenyalan suatu bahan yang harganya biasanya dinyatakan dalam persen (Zemansky, 2002). Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan. Hubungan tegangan-regangan pada tarikan memberikan nilai yang cukup berubah tergantung pada laju tegangan, spesimen, kelembaban, dan seterusnya. Kekuatan tarik diukur dengan menarik sekeping sampel dengan dimensi yang seragam. Tegangan tarik σ, adalah gaya yang diaplikasikan, F, dibagi dengan luas penampang A yaitu:
σ = ( 2. 7)
Keterangan :
F = Beban yang diberikan arah tegak lurus terhadap penampang gaya (N) A0 = Luas penampang mula-mula sebelum diberikan pembebanan (m2) σ = Enginering Stress (N/m2)
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Tempat pelaksanaan penelitian ini sebagai berikut :
a. Persiapan bahan serat jute di Laboratorium Kristalografi.
b. Pembuatan material komposit serat jute-resin poliester dengan variasi orientasi sudut di Laboratorium Kimia Polimer Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
c. Pengujian sifat mekanik komposit serat jute-resin poliester dengan variasi orienstasi sudut di Laboratorium Kimia Polimer Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian 3.2.1 Peralatan
1. Timbangan (Neraca Digital)
Berfungsi sebagai alat untuk menimbang massa sampel atau bahan.
2. Hot Press
Berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk menekan/mempress cetakan yang berdasarkan pada pemanasan.
1. Plat besi (2 buah)
Berfungsi sebagai alas dan penutup cetakan.
2. Cetakan sampel berukuran 0,5 cm
Berfungsi sebagai tempat untuk mencetak sampel.
3. Aluminium foil
Berfungsi untuk melapisi cetakan.
6. Spatula
Berfungsi untuk memindahkan resin saat menimbang dan meratakan resin saat pencampuran dengan serat jute.
7. GOTECH Universal Testing Machine tipe Al-7000M
Berfungsi sebagai alat pengujian kuat lentur dan kuat tarik.
8. Impaktor Wolpert
Berfungsi sebagai alat penguji kekuatan impak komposit yang dilengkapi dengan skala.
10. Alat lain-lain
Perlengkapan lain yang digunakan pada saat pembuatan komposit diperlukan juga alat-alat seperti : busur, gunting, pisau, kuas, serbet, sendok plastik, gelas plastik dan lain-lain.
3.2.2 Bahan 1. Serat Jute
2. Resin Poliester 157 BQTN-EX
3. Katalis Methyl Ethyl keton Perioksida (MEKPO)
3.3 Prosedur Penelitian 3.3.1 Perlakuan Pada Bahan
Dalam penelitian ini, dilakukan beberapa tahap kegiatan atau pengerjaan yaitu, penguraian serat dan pembuatan sampel, persiapan alat dan bahan uji mekanik untuk mendapatkan sifat-sifat uji yang diperlukan.
1. Serat, serat yang digunakan adalah serat jute yang telah dipilin menjadi yarn dengan diameter 0,5 mm. Variasi dari bahan serat jute yang dipilin dalam bentuk yarn ialah 0o; 30o; 45o; 60o; 90o.
2. Campuran resin dan MEKPO (Methyle Ethyl Ketone Peroxide). Proses curing dengan MEKPO membutuhkan waktu 8-12 jam.
3.3.2 Pembuatan Komposit
1. Dibersihkan cetakan agar kotoran tidak melekat pada cetakan.
2. Dilapisi kedua Plat besi dengan aluminium foil untuk bagian alas cetakan da penutup cetakan.
3. Diletakkan cetakan pada lempengan besi
4. Mencampurkan resin dan katalis sesuai perhitungan yang telah ditentukan kedalam gelas ukur. Aduk campuran tersebut hingga rata.
5. Tuangkan campuran resin dan katalis kedalam cetakan secukupnya, kemudian ratakan hingga semua daerah cetakan terisi.
6. Masukkan perlahan-lahan sebagian serat dengan orientaasi sudut . Kedalam cetakan kemudian siram serat dengan resin kembali.
7. Ratakan dan ditutup cetakan dengan menggunakan lempengan besi yang dilapisi aluminium foil dan diletakkan pada kempa panas (hot press) kemudian diletakkan dengan tekanan setara 5 ton untuk mendapatkan ketebalan komposit yang sesuai dengan cetakan.
8. Dilakukan perbuatan serupa pada sampel berikutnya dengan memvariasikan susunan dari sudut bahan serat yang telah dipilin menjadi yarn yaitu pada sudut 0o; 30o; 45o; 60o; 90o.
9. Kemudian hasil komposit yang telah terbentuk diuji sifat fisis dan sifat mekanisnya.
3.4 Diagram Penelitian 3.4.1 Pembuatan Komposit
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Serat Jute Resin Poliester dan
katalis
Cetakan
Sampel Uji
Sifat Fisis 1. Densitas 2. Daya Serap Air 3. Porositas
Sifat Mekanik 1. Uji Impak (ASTM D-256 2. Uji Kekuatan Lentur (ASTM
D-790)
3. Uji Kuat Tarik (ASTM D-638) Diatur pilinan serat jute
dalam bentuk yarn pada cetakan dengan variasi sudut masing-masing sudut 0o; 30o; 45o; 60o; 90o.
Dituangkan resin poliester yang telah diaduk dengan katalis.
Diletakkan pada kempa panas (hot press) dengan suhu 70o selama 20 menit.
Data Analisa Data
Kesimpulan
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 PENGUJIAN SIFAT FISIS
4.1.1 Pengujian Densitas ( Density Test )
Pengujian densitas komposit dilakukan pada komposit serat Jute-Poliester.
Pengujiannya dilakukan dengan terlebih dahulu menimbang massa komposit kemudian diukur volume sampel. Setelah didapatkan nilai massa dan volume, maka nilai massa jenis sampel uji dapat diketahui.
Hasil pengujian densitas komposit dengan orientasi sudut arah serat jute- poliester ditampilkan pada Tabel 4.1 berikut ini
Tabel 4.1 Hasil Pengujian densitas Komposit Serat Jute-Poliester
No.
Sudut Serat ( )
Panjang (cm)
Lebar (cm)
Tebal (cm)
Volume (cm3)
Massa (gr)
Densitas (gr/cm3)
1 0 10 2 0,3 6 6,9 1,15
2 30 10 2 0,3 6 6,8 1,13
3 45 10 2 0,3 6 6,75 1,12
4 60 10 2 0,3 6 6,7 1,11
5 90 10 2 0,3 6 6,6 1,10
Dari Tabel 4.1 dapat dibuat Gambar hubungan antara densitas komposit terhadap orientasi sudut arah serat jute-poliester yang ditampilkan pada Gambar 4.1 berikut ini:
Gambar 4.1 Hubungan antara Densitas vs Besar Arah Sudut Serat Jute
Dari Gambar 4.1 menunjukkan densitas komposit yang dihasilkan pada sudut arah serat 0o sebesar 1,15 gr/cm3, sudut arah serat 30o sebesar 1,13 gr/cm3, sudut arah serat 45o sebesar 1,12 gr/cm3, sudut arah serat 60o sebesar 1,11 gr/cm3 dan sudut arah serat 90o sebesar 1,10 gr/cm3 .
Hal ini menunjukkan bahwa besar densitas komposit serat jute-poliester memiliki densitas rata-rata 1,1 gr/cm3. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan sudut arah serat jute pada komposit tidak terlalu berpengaruh terhadap besar densitas komposit.
4.1.2 Pengujian Daya Serap Air (Water Absorption Test)
Pengujian daya serap air dilakukan untuk mengetahui besarnya persentase air yang terserap oleh sampel yang direndam selam 24 jam. Pengujian daya serap air telah dilakukan pada semua sampel dengan masing-masing orientasi sudut serat jute.
Besarnya daya serap air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.2.
Data hasil pengujian daya serap air Komposit dengan Orientasi Sudut Serat Jute- Poliester disajikan pada Tabel 4.2 berikut :
y = -0,0006x + 1,1475 R² = 0,9764
1,09 1,1 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16
0 20 40 60 80 100
Densitas (gr/cm3 )
Arah Sudut Serat (°)
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Daya serap air Komposit Serat Jute-Poliester
No.
Arah Sudut Serat ( )
Massa Kering (gr)
Massa Basah (gr) Penyerapan Air (%)
1 0 7,3 7,5 2,74
2 30 7,5 7,9 5,33
3 45 7,3 8,0 9.58
4 60 7,4 8,2 10,81
5 90 7,2 8,1 12,5
Dari Tabel 4.2 dapat ditunjukkan hubungan antara daya serap air komposit dengan orientasi sudut serat jute-poliester yang disajikan pada Grafik 4.2
Gambar 4.2 Hubungan antara Daya Serap Air vs Besar Arah Sudut Serat Jute Dari Gambar 4.2 menunjukkan daya serap air komposit yang dihasilkan pada sudut arah serat 0o sebesar 2,74%, sudut arah serat 30o sebesar 5,33%, sudut arah serat 45o sebesar 9,58%, sudut arah serat 60o sebesar 10,81% dan sudut arah serat 90o sebesar 12,5%
y = 0,1159x + 2,978 R² = 0,9258
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 20 40 60 80 100
Daya Serap Air (%)
Arah Sudut Serat (°)
Dapat dilihat bahwa hubungan antara daya serap air komposit dengan sudut arah serat jute-poliester cendrung mengalami kenaikan secara linier. Hal ini dikarenakan saat pemotongan komposit mengakibatkan bagian yang terpotong memiliki serat yang tidak terlapisi matrik.
4.1.3 Pengujian Porositas (Porosity Test)
Pengujian porositas dilakukan untuk mengetahui perbandingan antara volume pori- pori terhadap volume total komposit. Pengujian porositas telah dilakukan pada semua sampel dengan masing-masing orientasi sudut serat jute. Besarnya porositas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.3.
Data hasil pengujian Porositas Komposit dengan Oreintasi Sudut Serat Jute-Poliester disajikan pada Tabel 4.3 berikut :
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Porositas Komposit Jute-Poliester
No.
Arah Sudut Serat ( )
Massa Kering (gr)
Massa Basah (gr)
Volume (cm3)
Porositas (%)
1 0 7,3 7,5 6 3,33
2 30 7,5 7,9 6 6,66
3 45 7,3 8,0 6 11,66
4 60 7,4 8,2 6 13,33
5 90 7,2 8,1 6 15
Dari Tabel 4.3 dapat ditunjukkan hubungan antara porositas komposit dengan orientasi sudut arah serat jute-poliester yang disajikan pada Gambar 4.3 berikut:
Gambar 4.3 Hubungan antara Porositas vs Besar Arah Sudut Serat Jute Dari Gambar 4.3 menunjukkan porositas komposit yang dihasilkan pada sudut arah serat 0o sebesar 3,33%, sudut arah serat 30o sebesar 6,66%, sudut arah serat 45o sebesar 11,66%, sudut arah serat 60o sebesar 13,33% dan sudut arah serat 90o sebesar 15%.
Dapat dilihat bahwa hubungan antara besar daya serap air komposit dengan sudut arah serat jute-poliester cendrung mengalami peningkatan. Pertambahan besar sudut arah serat komposit mengakibatkan porositas komposit menaik. Hal ini dikarenakan semakin besar posisi sudut arah serat yang berada di tangah menyebabkan pembasahannya oleh matrik cair melambat, sehingga matrik cair mulai membentuk gel. Akibatnya udara yang terjebak diantara serat jute tidak dapat ditekan keluar sehingga rentan terjadinya porous.
y = 0,1389x + 3,744 R² = 0,9193
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 20 40 60 80 100
Porositas (%)
Arah Sudut Serat (°)
4.2 Pengujian Sifat Mekanik
4.2.1 Pengujian Kuat Lentur (Bending Strengh Test)
Sampel uji yang digunakan ialah berbentuk persegi yang sudah disesuaikan menurut standar ASTM D790-03. Pengujian kuat lentur menggunakan GOTECH Universal Testing Machine tipe Al-7000M. Pengujian kuat lentur dimaksudkan mengetahui ketahanan komposit terhadap pembebanan pada tiga titik lentur dan juga untuk mengetahui keelastisitasan suatu komposit.
Data hasil pengujian kekuatan lentur Komposit dengan Orientasi Sudut Serat Jute- Poliester disajikan pada Tabel 4.4 berikut :
Pada Tabel 4.4 dapat ditunjukkan hubungan antara kuat lentur Komposit dengan Orientasi sudut serat jute-poliester yang disampaikan pada Grafik 4.4 berikut:
No. Arah Sudut Serat ( )
Panjang (mm)
Lebar (mm)
Tebal (mm)
Beban Maks (kgf)
Gaya Maksimum
(N)
Kuat Lentur (MPa)
1 0 130 15 3 8,417 82,4866 91,65
2 30 130 15 3 7,040 68,992 76,657
3 45 130 15 3 3,955 38,759 43,064
4 60 130 15 3 3,564 34,9272 38,808
5 90 130 15 3 1,350 13,23 14,7
Dari Tabel 4.4 dapat dibuat hubungan antara kuat lentur Komposit terhadap Orientasi sudut arah serat jute-poliester yang ditampilkan pada Gambar 4.4 berikut:
Gambar 4.4 Hubungan antara Kuat Lentur vs Besar Arah Sudut Serat Jute Dari Gambar.4.4 menunjukkan kuat lentur komposit serat jute-poliester yang dihasilkan pada arah sudut 0o sebesar 91,65 MPa, arah sudut 30o sebesar 76,657 MPa, arah sudut 45o sebesar 43,064 MPa, arah sudut 60o sebesar 38,808 MPa dan arah sudut 90o sebesar 30,59 MPa. Besar kuat lentur minimum pada saat sudut arah serat 90o yaitu 14,7 MPa dan kuat lentur maksimum pada saat sudut arah serat 0o yaitu 91,65 MPa.
Dapat dilihat hubungan antara kuat lentur komposit dengan sudut arah serat cendrung mengalami penurunan secara linier. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar sudut arah serat maka semakin kecil kuat lentur komposit. Arah sudut serat 0o memiliki kuat lentur yang paling besar dibandingkan dengan sudut lainnya. Hal ini disebabkan potongan serat yang tersusun pada komposit 0o lebih panjang dibandingkan dengan serat yang tersusun pada sudut 30o, sudut 45o, sudut 60o, dan sudut 90o, maka beban dari matrik ke serat lebih kecil dan ikatan interfacial pun lebih kuat karena serat panjang pada 0o memberikan sifat panguatan terhadap komposit lebih baik.
y = -0,8957x + 93,281 R² = 0,9449
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 20 40 60 80 100
Kuat Lentur (MPa)
Arah Sudut Serat (°)
4.2.2 Pengujian Kuat Impak (Impact strength test)
Sampel uji yang digunakan berbentuk persegi panjang yang di sesuiakn meurut ASTM D256. Pengujian impak menggunakan GOTECH Impaktor. Pengujian kekuatan impak bertujuan untuk mengetahui ketangguhan suatu sampel terhadap pembebanan dinamis sehingga dapat diketahui suatu bahan yang diuji bersifat rapuh atau kuat. Pada pengujian impak ini kedua ujung sampel diletakkan pada penumpu, kemudian dilepaskan dengan beban dinamis secara tiba-tiba dan cepat menuju sampel. Besar kekuatan impak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.5.
Hasil pengujian kekuatan impak komposit dengan orientasi sudut serat jute- poliester disajikan pada tabel 4.5 berikut:
Tabel 4.5 Pengujian Kuat Impak Komposit dengan Orientasi Serat Jute-Poliester
No .
Sudut Serat ( ) Panjang (mm)
Lebar (mm)
Tebal (mm)
Luas (m2) Is (J/mm2)
1 0 65 20 5 100 19,37
2 30 65 20 5 100 19,29
3 45 65 20 5 100 11,53
4 60 65 20 5 100 10,80
5 90 65 20 5 100 9,05
Dari Tabel 4.5 dapat ditunjukkan hubungan antara kuat impak komposit serat jute- poliester dengan besar orientasi sudut arah serat jute sebagai reinceformen yang ditampilkan pada Gambar 4.5 berikut :
Gambar 4.5 Hubungan antara Kuat Impak vs Besar Arah Sudut Serat Jute Dari Gambar 4.5 menunjukkan kuat impak komposit yang dihasilkan yaitu 19,37 J/mm2 sampai 19,29 J/mm2. Besar kuat impak minimum pada saat sudut arah serat 90o yaitu 9,05 J/mm2 dan kuat impak maksimum pada saat sudut arah serat 0o yaitu 19,37 J/mm2.
Pada Gambar 4.5 menunjukkan bahwa kuat impak pada komposit serat jute cendrung mengalami penurunan secara linier seiring bertambah besar sudut arah serat jute. Hasil kuat impak yang didapat dari masing-masing sudut ialah arah sudut 0o sebesar 19,37 J/mm2, arah sudut 30o sebesar 19,29 J/mm2, arah sudut 45o sebesar 11,53 J/mm2, arah sudut 60o sebesar 10,80 J/mm2 dan arah sudut 90o sebesar 9,05 J/mm2.
Hal ini menunjukkan komposit serat jute dengan arah sudut 0o memiliki kuat impak yang paling besar dibandingkan dengan sudut lainnya. Dikarenakan serat pada komposit 0o tersusun memanjang sehingga serat memberikan penguatan yang lebih baik saat mendapatkan beban.
y = -0,1315x + 19,926 R² = 0,7968
0 5 10 15 20 25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Kuat Impak (J/mm2 )
Arah Sudut Serat (°)
4.2.3 Uji Kekuatan Tarik (Tensile strength test)
Sampel uji yang digunakan ialah berbentuk persegi yang di sesuaikan dengan standar ASTM D638-01. Pengujian kuat lentur menggunakan GOTECH Universal Testing Machine tipe Al-7000M. Pengujian kuat tarik adalah pengujian mekanis secara statis dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya.
Pengujian tarik berguna untuk mengetahui kekuatan tarik (tensile strength) masing- masing sampel dengan melihat beban tarik maksimal yang diterima. Besar kuat tarik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6.
Data hasil pengujian kekuatan Tarik Komposit dengan Orientasi Sudut Serat Jute- Poliester disajikan pada Tabel 4.6 berikut:
Tabel 4.6 Pengujian Kuat Tarik Komposit dengan Orientasi Serat Jute-Poliester No. Arah
Sudut Serat ( )
Panjang (mm)
Lebar (mm)
Tebal (mm)
Luas (m2)
Beban Maks
(kgf)
Gaya Maksimum
(N)
Kuat Tarik (MPa)
1 0 115 13 3 39 76,115 745,927 19,126
2 30 115 13 3 39 48,105 471,429 12,087
3 45 115 13 3 39 12,215 410,090 10,515
4 60 115 13 3 39 32,847 321,900 8,253
5 90 115 13 3 39 12,215 119,707 3,069
Dari Tabel 4.6 dapat ditunjukkan hubungan antara kuat impak komposit serat jute-poliester dengan besar orientasi sudut arah serat jute sebagai reinceformen yang ditampilkan pada Gambar 4.6 berikut :
Gambar 4.6 Hubungan antara Kuat Tarik vs Besar Arah Sudut Serat Jute Dari Tabel 4.6 menunjukkan kuat tarik komposit yang dihasilkan yaitu 19,126 MPa sampai 3,069 MPa. Besar arah sudut 0o sebesar 19,126 MPa, arah sudut 30o sebesar 12,087 MPa, arah sudut 45o sebesar 10,515 MPa, arah sudut 60o sebesar 8,253 MPa dan arah sudut 90o sebesar 3,069 MPa. Besar kuat lentur minimum pada saat sudut arah serat 90o yaitu 3,069 MPa dan kuat lentur maksimum pada saat sudut arah serat 0o yaitu 19,126 MPa.
Dapat dilihat besar nilai kuat lentur komposit cenderung mengalami penurunan seiring bertambah besar sudut arah serat jute. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan sudut arah serat memberikan pengaruh terhadap besar kuat tarik yang dihasilkan. Nilai kuat tarik terbesar terdapat pada sudut arah serat 0o yaitu sebesar 19,121 MPa. Dikarenakan serat yang tersusun pada 0o lebih panjang dibandingkan dengan serat yang tersusun pada sudut lainnya. Sehingga pendistribusian beban pada komposit lebih merata .
y = -0,1734x + 18,411 R² = 0,9861
0 5 10 15 20 25
0 20 40 60 80 100
Kuat Tarik (MPa)
Arah Sudut Serat (°)
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian pengaruh letak sudut arah serat jute dengan matriks poliester pada komposit dapat disimpulkan bahwa :
1. Pada pengujian sifat fisis berubahnya letak sudut arah serat jute dengan matriks poliester pada komposit tidak terlalu berpengaruh pada hasil uji densitas. Namun mengalami kenaikan nilai pada uji daya serap air dan uji porositas.
Hasil pengukuran sifat fisis komposit dengan sudut arah serat jute meliputi Densitas 1,22 gr/cm3– 1,2 gr/cm3, daya serap air 2,74% - 12,5%, dan porositas 3,33% - 15%.
2. Pada pengujian mekanik yaitu uji kuat lentur, uji impak, dan uji tarik berubahnya letak sudut arah serat jute dengan matriks poliester pada komposit mengalami penurunan dan masing-masing menunjukkan nilai uji terbesar terdapat pada sudut arah serat 0o. Hasil pengukuran sifat mekanik komposit dengan sudut arah serat jute meliputi kuat lentur 91,65 MPa – 14,7 MPa, kuat impak 19,37 J/mm2 – 9,05 J/mm2 dan kuat tarik 19,126 MPa - 3,069 MPa.
3. Aplikasi komposit pada sudut arah serat jute dengan matriks poliester pada susut 0o, sudut 30o, sudut 45o, dan sudut 60o, dapat digunakan sebagai bahan bumper mobil dengan syarat kelenturan lebih besar dari 32 MPa sedangkan pada sudut 90o belum memenuhi standart JIS A 5905 : 2003.
5.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya lebih hati-hati dalam peletakkan serat agar lebih sesuai dengan sudut yang diinginkan.
2. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya lebih teliti saat penambahan resin dan katalis.
3. Untuk penelitian selanjutnya, sebaiknya agar lebih divariasikan lagi tata letak seratnya.
DAFTAR PUSTAKA
Delni Sriwita, Astuti. 2014. Pembuatan dan Karakterisasi Sifat Mekanik Bahan Komposit Serat Daun Nenas-Polyester Ditinjau dari Fraksi Massa dan Orientasi Serat. Jurnal Fisika Unand. Universitas Andalas kampus Unand.
Herbi, Asrima. 2011. Sifat Kelenturan Hibrid Serat Gelas-Coremart Dengan Matriks Poliester 157 BQTN-Ex. [Skripsi]. Universitas Sumatera Utara, Medan.
Jones, R. M. 1999. Mechanics of Composite Materials. Second Edition. Taylor and Francis : United States of America
Lokantara, I.P. 2012. Analisis Kekuatan Impact Komposit Polyester Serat Tapis Kelapa dengan Variasi Panjang dan Fraksi Dengan Variasi Panjang Dan Fraksi Volume Serat Yang Diberi Perlakuan NaOH.Vol 2 No.1. Jurnal DinamikaTeknik Mesin.
Manurung, S.X., dkk. 2011. Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Serat palem Saray dengan Matriks Poliester. Jurnal. Universitas Sumatera Utara
Rahmat, dkk. 2016. Perbandingan Komposit Serat Alam dan Serat Sintesis Melalui Uji Tarik dengan Bahan Serat Jute Dan E-glass. Jurnal Untirta.
Universitas Sultan Agung Tirtayasa.
Schwartz, M.M. 1984. Composite Materials Handbook, Mc Graw Hill Inc. New York USA.
Suryanto, Heru. 2016. Riview Serat Alam : Komposisi, Struktur, Dan Sifat Mekanis. Artikel. State University Of Malang.
http://kursusjahityogya.blogspot.com/2015/03/ju.html (Diakses tanggal 19 Februari 2019)
Widodo, Basuki. 2008. Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi dengan
Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random). Jurnal Teknologi Technoscientia. ITN Malang.
Zemansky, Sears. 2002. Fisika Universitas Edisi 10. Jakarta: Erlangga.
LAMPIRAN 1
GAMBAR PERALATAN DAN BAHAN
1. Peralatan
Gambar 1 : Timbangan Digital Gambar 2 : Kempa panas (Hot Press)
Gambar 3 : Plat Besi Gambar 4 : Cetakan Sampel
Gambar 5 : Serbet Gambar 6 : Busur
Gambar 7 : Wadah Gambar 8 : Aluminium Foil
Gambar 9 : Spatula Gambar 10 : GOTECH Kuat Lentur
Gambar 11 : Impaktor Wolpert Gambar 12 : GOTECH Kuat Tarik
Gambar 13 : Gunting Gambar 14 : Pemotong sampel
2. Bahan
Gambar 15 : Serat Jute Gambar 16 : Resin Poliester dan MEKPO
Gambar 17 : Kuas dan Wax
LAMPIRAN 2
PERHITUNGAN DATA PENGUJIAN
1. Menghitung Densitas Komposit Sudut Serat Jute-Poliester Persamaan yang digunakan untuk menghitung densitas yaitu :
Dengan:
: massa jenis benda (gr/cm3) m : massa benda (gr)
V : volume benda (cm3)
1.1 Sudut 0 Serat Jute-Poliester
No.
Sudut Serat ( )
Panjang (cm)
Lebar (cm)
Tebal (cm)
Volume (cm3)
Massa (gr)
Densitas (gr/cm3)
1 0 10 2 0,3 6 7,3 1,22
2 30 10 2 0,3 6 7,5 1,25
3 45 10 2 0,3 6 7,3 1,22
4 60 10 2 0,3 6 7,4 1,23
5 90 10 2 0,3 6 7,2 1,2
1,22 gr/
1.2 Sudut 30 Serat Jute-Poliester
1,25 gr/
1.3 Sudut 45 Serat Jute-Poliester
1,22 gr/
1.4 Sudut 60 Serat Jute-Poliester
1,23 gr/
1.5 Sudut 90 Serat Jute-Poliester
1,2 gr/
2 Menghitung Daya Serap Air Komposit Sudut Serat Jute-Poliester Persamaan yang digunakan untuk menghitung daya serap air yaitu :
% Penyerapan Air =
Dengan:
Mb : Massa sampel setelah direndam di dalam air (gr) Mk : Massa kering (gr)
2.1 Sudut 0 Serat Jute-Poliester
No.
Sudut Serat ( ) Massa Kering (gr)
Massa Basah (gr)
Penyerapan Air (%)
1 0 7,3 7,5 2,74
2 30 7,5 7,9 5,33
3 45 7,3 8,0 9.58
4 60 7,4 8,2 10,81
5 90 7,2 8,1 12,5
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air = %
2.2 Sudut 30 Serat Jute-Poliester
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air = %
2.3 Sudut 45 Serat Jute-Poliester
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air = %
2.4 Sudut 60 Serat Jute-Poliester
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air = %
2.5 Sudut 90 Serat Jute-Poliester
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air =
% Penyerapan Air = %
3. Menghitung Porositas Komposit Serat Jute-Poliester Persamaan yang digunakan untuk menghitung porositas yaitu :
% P =
Dengan:
P : Porositas (%)
Mb : Massa basah sampel setelah direndam (gr) Mk : Massa kering sampel setelah direndam (gr) Vt : Volume total sampel (cm3)
air : Massa jenis air (gr/cm3)
3.1 Sudut 0 Serat Jute-Poliester
No.
Sudut Serat ( )
Massa Kering (gr)
Massa Basah (gr)
Volume (cm3)
Porositas (%)
1 0 7,3 7,5 6 3,33
2 30 7,5 7,9 6 6,66
3 45 7,3 8,0 6 11,66
4 60 7,4 8,2 6 13,33
5 90 7,2 8,1 6 15
% P =
% P =
% P = 3,33 %
3.2 Sudut 30 Serat Jute-Poliester
% P =
% P =
% P = 6,66 %
3.3 Sudut 45 Serat Jute-Poliester
% P =
% P =
% P = 11,66 %
3.4 Sudut 60 Serat Jute-Poliester
% P =
% P =
% P = 13,33 %
3.5 Sudut 90 Serat Jute-Poliester
% P =
% P =
% P = 15 %
4. Menghitung Kuat Lentur Komposit Serat Jute-Poliester
=
Dengan:
Flt = Kuat Lentur (Nm-2) P = Gaya Penekan (N)
L = Jarak antara dua penumpu (m) b = Lebar Sampel (m)
d = Tebal Sampel (m)
4.1 Sudut 0 Serat Jute-Poliester
No. Arah Sudut Serat ( )
Panjang (mm)
Lebar (mm)
Tebal (mm)
Beban Maks (kgf)
Gaya Maksimum
(N)
Kuat Lentur (MPa)
1 0 130 15 3 8,417 82,4866 91,65
2 30 130 15 3 7,040 68,992 76,657
3 45 130 15 3 3,955 38,759 43,064
4 60 130 15 3 3,564 34,9272 38,808
5 90 130 15 3 1,350 13,23 14,7
=
=
= 91,65 MPa 4.2 Sudut 30 Serat Jute-Poliester
=
=
= 76,657 MPa
4.3 Sudut 45 Serat Jute-Poliester
=
=
= 43,064 MPa 4.4 Sudut 60 Serat Jute-Poliester
=
=
= 38,808 MPa 4.5 Sudut 90 Serat Jute-Poliester
=
=
= 14,7 MPa 5. Menghitung Kuat Impak Komposit Serat Jute-Poliester
Persamaan yang digunakan untuk menghitung kuat impak yaitu :
Kekuatan impak ( ) = Dengan :
σ : Kekuatan Impak (J/m2) Eserap : Energi yang diserap (J)
A : Luas penampang lintang sampel (m2)
