54 Pengujian serat tunggal digunakan untuk mengetahui kekuatan tarik serat kenaf. Serat yang digunakan adalah serat yang sudah di alkalisasi NaOH. Hal ini untuk menghilangkan kotoran (bercak) dan lignin yang ada di permukaan serat.
Gambar 4.1 menunjukkan hasil foto optik serat kenaf yang belum teralkalisasi dan sudah teralkalisasi.
Gambar 4.1 Foto optik serat kenaf sebelum dan sesudah alkalisasi Gambar 4.1 menampilkan hasil foto optik serat kenaf sebelum dan sesudah teralkalisasi. Serat kenaf yang belum teralkalisasi terlihat masih ada bercak pengotor. Kemudian serat yang sudah teralkalisasi memiliki permukaan yang lebih bersih dan tidak terlihat bercak kotoran. Akan tetapi serat kenaf yang sudah teralkalisasi tidak sepenuhnya bersih, kemungkinan masih ada kotoran yang berasal dari sisa NaOH yang masih tertinggal akibat pencucian serat yang kurang bersih.
Hasil pengujian serat tunggal menurut ASTM D 3379 diperoleh kuat tarik seperti pada Tabel 4.1.
Serat yang sudah teralkalisasi
Serat yang belum teralkalisasi
Tabel 4.1 Hasil pengujian serat tunggal
Serat
Beban maksimum
(N)
Luas penampang
(mm2)
∆l (mm)
σ
(MPa)
ε
(mm/mm)
E (GPa) 1 1,521 0,00661873 0,606 229,73 0,0121 18,955 2 2,296 0,01296869 0,616 177,01 0,0123 14,367 3 2,305 0,01296869 0,77 177,76 0,0154 11,543 4 2,492 0,01223260 0,84 203,70 0,0168 12,124 5 1,942 0,01084340 0,67 179,13 0,0134 13,367 6 2,305 0,01017125 0,88 226,65 0,0176 12,878 7 2,570 0,01153705 0,74 222,78 0,0148 15,052 Rata-rata serat 202,39 0,0146 14,041
Dari data tabel dan perhitungan diatas diketahui bahwa kekuatan tarik serat kenaf tunggal rata-rata sebesar 202,39 MPa. Perbedaan nilai kuat tarik tersebut kemungkinan disebabkan oleh perbedaan kandungan selulosa pada masing-masing serat tunggal.
Pada penelitian ini sifat mekanis serat E-glass dan matriks LDPE mengacu pada Calliester, (2014) pada Tabel 4.2.
Tabel 4.2 Sifat mekanis LDPE dan E-glass (Calliester, 2014) Keterangan Density (g/cm3) Kuat Tarik
(MPa)
Modulus Elastisitas (GPa)
LDPE 0,925 31,4 0,282
E-glass 2,58 3450 72,5
4.2. Grafik Pengujian Tarik
Gambar 4.2 Grafik hasil pengujian tarik fraksi volume serat (kenaf/E-glass) (a) 50/50 (b) 40/50 dan (c) 30/70
a
b
c
4.3. Hasil Pengujian Tarik Komposit
Penelitian ini diarahkan untuk menyelidiki kekuatan tarik material komposit hibrida kenaf/E-glass dengan matriks Polyethylene (PE). Hasil pengujian ini juga digunakan untuk mengetahui karakteristik patahan komposit tersebut dan pengaruhnya terhadap pengaruh volume serat kenaf dan E-glass. Pada Tabel 4.3 didapat harga kekuatan tarik (
σ
t), regangan tarik (ε
t)
dan modulus elastisitas didapat yang masing-masing diperoleh dari persamaan 2.12, 2.13, dan 2.14.4.3.1. Kekuatan Tarik
Pada pengujian tarik didapatkan nilai kekuatan tarik yang ditunjukkan pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.3 menunjukkan hubungan antara fraksi volume serat kenaf/
E-glass dengan kekuatan tarik.
Tabel 4.3 Nilai kuat tarik komposit
No Vf (%)
(kenaf : E-glass)
Kekuatan Tarik (MPa)
SD Minimal Maksimal ӯ
1 50 : 50 11,04 12,20 11,72 0,4918
2 40 : 60 10,67 12,76 11,48 0,8319
3 30 : 70 10,61 11,36 11,06 0,3915
Gambar 4.3 Grafik kuat tarik terhadap fraksi volume serat kenaf/ E-glass
11.72
11.48
11.06
9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 12.50
50% / 50% 40% / 60% 30% / 70%
Kekuatan Tarik (MPa)
Perbandingan fraksi volume serat (kenaf/E-glass)
Grafik hasil pengujian tarik (Gambar 4.3) menunjukkan nilai kekuatan tarik rata-rata variasi berbeda. Pada variasi fraksi volume serat kenaf/ E-glass (50% : 50%) memiliki kekuatan tarik sebesar 11,72 MPa. Pada variasi fraksi volume serat kenaf/ E-glass (40% : 60%) terjadi penurunan sebesar 24 % dan pada kenaf/ E-glass (30%:70%) juga mengalami penurunan sebesar 66 %. Dari grafik menunjukkan bahwa kekuatan tarik LDPE meningkat setelah diisi filler serat hibrida. Namun kekuatan tarik cenderung menurun seiring bertambahnya serat E-glass. Kekuatan tarik tertinggi terdapat pada variasi fraksi volume serat kenaf/
E-glass (50% : 50%) yaitu sebesar 11,72 MPa.
Dari hasil kekuatan tarik komposit hibrida kenaf/E-glass dengan matriks LDPE cenderung meningkatkan kekuatan tarik dibandingkan dengan kekuatan tarik kenaf/LDPE yang dilakukan oleh Tajeddin, et al., (2009), yaitu sebesar ±9 MPa.
Hal ini menunjukkan bahwa penambahan serat E-glass pada fraksi volume tertentu dapat meningkatkan kekuatan tarik komposit kenaf/LDPE.
4.3.2. Regangan Tarik
Dari pengujian serat tunggal didapat regangan patah rata-rata sebesar 0,0146 mm/mm. Dari hasil pengujian dan perhitungan didapat nilai regangan tarik komposit hibrida kenaf/E-glass seperti ditunjukkan pada Tabel 4.4 dan grafik regangan tarik pada Gambar 4.4 berikut :
Tabel 4.4 Nilai regangan tarik komposit
No Vf (%)
(kenaf : E-glass)
Kekuatan Tarik (MPa) Minimal Maksimal ӯ SD
1 50 : 50 0,26315 0,40789 0,31930 0,0575
2 40 : 60 0,23245 0,38157 0,30351 0,0533
3 30 : 70 0,27192 0,46491 0,37982 0,0715
Gambar 4.4 Grafik regangan tarik terhadap fraksi volume serat kenaf/ E-glass
Pada grafik diatas menunjukkan nilai regangan pada fraksi volume serat kenaf/
E-glass (50% : 50%) sebesar 0.3193 mm/mm. Kemudian pada fraksi volume serat kenaf/ E-glass (40% : 60%) terjadi penurunan regangan sebesar 1,58 %.
Selanjutnya pada fraksi volume serat kenaf/ E-glass (30% : 70%) terjadi kenaikkan nilai regangan sebesar 6,05 %.
Dari grafik diatas menunjukkan bahwa nilai regangan untuk komposit hibrida kenaf/E-glass dengan matriks LDPE cenderung naik kecuali pada fraksi volume serat kenaf/ E-glass (40% : 60%) yang mengalami penurunan nilai regangan. Nilai regangan tertinggi didapat pada fraksi volume serat kenaf/ E-glass (30% : 70%) yaitu sebesar 0.37982 mm/mm. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi volume serat E-glass nilai regangan semakin tinggi.
0.3193
0.3035
0.3798
0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.4000 0.4500 0.5000
50% / 50% 40% / 60% 30% / 70%
Regangan (mm/mm)
Perbandingan fraksi volume serat (kenaf/E-glass)
4.3.3. Modulus Elastisitas Tarik
Perhitungan yang terakhir dalam pengujian tarik adalah menghitung modulus elastisitas. Hasil perhitungan rata-rata modulus elastisitas dapat dilihat pada Tabel 4.5, sedangkan grafik modulus elastisitas tarik dapat dilihat pada Gambar 4.6.
Tabel 4.5 Modulus elastisitas tarik komposit
No Vf (%)
(kenaf : E-glass)
Modulus Elastisitas Tarik (MPa) Minimal Maksimal ӯ SD
1 50 : 50 305,635 431,925 357,09 56,48
2 40 : 60 347,512 442,615 385,96 39,48
3 30 : 70 356,181 438,650 400,17 34,82
Berikut contoh perhitungan untuk modulus elastisitas pada fraksi volume serat kenaf/E-glass 50/50 pada spesimen 2:
Gambar 4.5 Perhitungan Modulus Elastisitas Tarik
∆F
∆L
Sebelum dihitung, grafik terlebih dahulu dianalisa untuk menghitung modulus elastisitas. Pada daerah elastisitas ditarik garis lurus (liniear) yang sejajar dengan grafik, kemudian dibentuk segitiga seperti pada Gambar 4.5, ∆F dan ∆L dicari menggunakan perbandingan pada hasil uji tarik pada grafik.
Diketahui : A = 46,8 cm2 LASTM = 57 mm
∆F = 137,34 N
∆L = 0,520 mm Maka :
Modulus Elastisitas (E)
=
∆𝐹 𝐴
∆𝐿 𝐿
=
137,34 𝑁 46,8 𝑐𝑚2 0,520 𝑚𝑚 57 𝑚𝑚
E
=
321,554 MPaGambar 4.6 Grafik modulus elastisitas tarik komposit
Grafik hasil pengujian tarik pada komposit hibrida kenaf/E-glass pada Gambar 4.6 menunjukkan bahwa modulus fraksi volume serat kenaf/ E-glass (50% : 50%) sebesar 357,09 MPa, fraksi volume serat kenaf/ E-glass (40% : 60%) sebesar 385,96 MPa dan fraksi volume serat kenaf/ E-glass (30% : 70%) sebesar
357.09
385.96 400.17
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00 500.00
50% / 50% 40% / 60% 30% / 70%
Modulus Elastisitas (MPa)
Perbandingan fraksi volume serat (kenaf/E-glass)
400,17 GPa. Nilai modulus elastisitas tertinggi sebesar 400,17 MPa pada fraksi volume serat kenaf/ E-glass (30% : 70%).
Dari grafik diatas menunjukkan bahwa semakin besar volume serat E-glass maka modulus elastisitas semakin tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan volume serat E-glass pada komposit hibrida kenaf/E-glass matriks LDPE menaikkan nilai modulus elastisitas komposit.
4.4. Fraktografi Patahan Komposit
Gambar 4.7 Fraktografi penampang patahan fraksi volume serat kenaf/E- glass (a) 70/30 (b) 60/40 dan (c) 50/50
Gambar 4.7 menampilkan foto makro mode patahan komposit setelah diuji tarik. Pengujian mengacu pada standar ASTM D 638 dan menggunakan speed testing 5 mm/min. Komposit pada saat diuji tarik tidak sepenuhnya patah. Hal ini disebabkan karena plastik LDPE yang memiliki sifat elastisitas yang cukup tinggi sehingga hanya bagian dalamnya yang patah. Selain itu bertambahnya fraksi volume serat E-glass juga mempengaruhi regangan tarik. Pada fraksi volume 70/30 penampang patahan menunjukkan regangan yang paling panjang dibanding dengan fraksi volume serat yang lainnya. Displacement semakin tinggi dikarenakan ikatan serat E-glass yang tidak menyatu dengan matriks sehingga serat E-glass tidak mampu menerima beban pada saat pengujian.
a b c
4.5. Hasil Analisa SEM
Setelah menganalisa hasil pengujian tarik, komposit kemudian dianalisa menggunakan SEM untuk mengetahui struktur mikro dari hasil patahan komposit.
Sampel uji SEM yang diuji menggunakan sampel yang memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Untuk hasil uji SEM bisa dilihat pada Gambar 4.8.
(a) (b)
Gambar 4.8 Foto SEM struktur patahan (a) serat kenaf dan (b) E-glass dengan LDPE
Dari hasil uji SEM pada Gambar 4.8 .menunjukkan struktur mikro dari hasil patahan komposit hibrida kenaf/E-glass dengan matriks LDPE. Dapat terlihat bahwa ikatan antara kenaf dengan LDPE baik, seluruh LDPE mampu mengikat serat kenaf. Hal ini menunjukkan bahwa serat kenaf mampu menahan beban selama pengujian. Namun untuk serat E-glass , ikatan serat dengan LDPE tidak baik, E-glass tidak menyatu dan terlepas dengan LDPE. Hal ini menyebabkan serat E-glass tidak mampu menahan beban dan menurunkan kekuatan komposit.
Distribusi serat yang tidak merata juga mempengaruhi kekuatan mekanik komposit.
Terlihat bahwa ada lubang-lubang yang tidak terisi oleh serat. Selain itu serat E-glass mengalami debonding yaitu terlepasnya serat dari matriks. Berdasar
Serat Kenaf
LDPE LDPE
E-glass
LDPE
Lubang
kondisi tersebut maka kekuatan komposit teramati menurun seiring dengan bertambahnya fraksi volume serat E-glass.
