commit to user
EFEK SIKLUS THERMAL TERHADAP KETANGGUHAN IMPAK KOMPOSIT SANDWICH SERAT AREN DENGAN CORE SERBUK KAYU SENGON LAUT
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
ANTON PURNOMO NIM. I1405015
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
2012
commit to user ix DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
MOTO ... iii
PERSEMBAHAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.1.1 Pentingnya pengembangan komposit sandwich dari bahan alam ... 1
1.1.2 Efek pemanasan berulang pada komposit... 1
1.1.3 Pentingnya uji impak pada komposit ... 2
1.2. Perumusan Masalah ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 3
1.5. Sistematika Penulisan ... 3
BAB II. DASAR TEORI... 4
2.1. Tinjauan Pustaka ... 4
2.2. Dasar Teori ... 6
2.2.1 Kajian teori komposit ... 6
2.2.2 Proses pembuatan komposit... 13
2.2.3 Fraksi volume dan berat komposit ... 13
2.2.4 Sifat thermal bahan polimer ... 15
2.2.5 Kajian teori pengujian impak ... 16
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN ... 19
3.1. Tempat Penelitian ... 19
3.2. Bahan Penelitian ... 19
3.3. Alat Penelitian ... 20
3.4. Pelaksanaan Penelitian ... 22
3.4.1 Persiapan alat dan bahan ... 22
3.4.2 Pengolahan bahan dasar ... 22
3.4.3 Teknik pembuatan komposit sandwich ... 23
3.4.4 Proses postcure spesimen... 26
3.4.5 Variasi penelitian ... 26
3.4.6 Proses perlakuan siklus panas ... 27
3.4.7 Proses pengujian impak ... 29
3.4.8 Diagram alir penelitian ... 30
commit to user x
BAB IV. HASIL DAN ANALISA ... 32
4.1. Pengaruh Perlakuan Variasi Siklus Panas Terhadap Ketangguhan Impak Komposit Sandwich SG-KSL ... 32
4.1.1 Pengaruh variasi besar siklus panas terhadap ketangguhan impak komposit... 32
4.1.2 Pengaruh jumlah siklus panas terhadap ketangguhan impak komposit ... 34
4.2. Analisa Foto Makro ... 35
4.2.1 Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi besar siklus panas………. 35
4.2.2 Hasil foto makro komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi besar siklus panas ... 36
4.2.3 Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus... 39
4.2.4 Hasil foto makro komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus... ... 40
4.2.5 Hasil analisa kegagalan uji impak pada komposit akibat perlakuan variasi siklus panas... ... 41
BAB V. PENUTUP ... 44
5.1. Kesimpulan ... 44
5.2. Saran... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 45
LAMPIRAN... 48
commit to user xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Resin Unsaturated Polyester ... 11
Tabel 2.2. Sifat Fisik dan Mekanik Serat Aren ... 12
Tabel 3.1. Bahan Penelitian ... 19
Tabel 3.2. Jumlah Spesimen Uji Impak Variasi Suhu... 27
Tabel 3.3. Jumlah Spesimen Uji Impak Variasi Siklus ... 27
Tabel 4.1. Hasil UJi Impak Variasi Suhu ... 33
Tabel 4.2. Hasil UJi Impak Variasi Siklus ... 34
commit to user xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komposit Partikel ... 6
Gambar 2.2. Komposit Serat... 6
Gambar 2.3. Komposit Struktur... 7
Gambar 2.4. Pembagian Komposit Berdasarkan Penguatnya ... 7
Gambar 2.5. Tipe Serat Pada Komposit... 8
Gambar 2.6. Bentuk Komposit Sandwich... 10
Gambar 2.7. Proses Hand Lay Up... 13
Gambar 2.8. Sifat dan Karakteristik Thermoset dan Thermoplast... 15
Gambar 2.9. Susunan molekul suatu zat sebelum dan sesudah mengalami perlakuan panas ... 16
Gambar 2.10. Mekanisme Pengujian Impact Charpy ... 17
Gambar 2.11. Penempatan Spesimen Pada alat Uji Impact Charpy ... 17
Gambar 3.1. Bahan Penyusun Komposit Sandwich ... 20
Gambar 3.2. Peralatan Dalam Pembuatan Spesimen ... 21
Gambar 3.3. Alat Uji Impact Charpy... 22
Gambar 3.4. Alur Proses Pembuatan Core ... 24
Gambar 3.5. Dimensi Core ... 24
Gambar 3.6. Alur Pencetakan Komposit Sandwich ... 25
Gambar 3.7. Mekanisme Pengepresan Komposit Sandwich ... 26
Gambar 3.8. Perencanaan Dimensi Spesimen Uji Impak ... 26
Gambar 3.9. Proses perlakuan siklus thermal... 27
Gambar 3.10. Siklus thermal pada variasi besar suhu siklus ... 28
Gambar 3.11. Siklus thermal pada variasi jumlah siklus ... 28
Gambar 3.15. Pengujian impact charpy di Laboratorium Material... 29
Gambar 3.16. Diagram Alir Penelitian ... 31
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Energi Serap Impak Komposit Dengan Variasi Besar Siklus Panas ... 33
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Ketangguhan Impak Komposit Dengan Variasi Besar Siklus Panas ... 33
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Energi Serap Impak komposit Dengan Variasi Jumlah Siklus Panas ... 34
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Ketangguhan Impak komposit Dengan Variasi Jumlah Siklus Panas ... 35
Gambar 4.5. Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi besar siklus panas ... 36
Gambar 4.6. Jenis kegagalan pengujian impak komposit akibat variasi siklus besar suhu... 38
Gambar 4.7. Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus ... 39
Gambar 4.8. Jenis kegagalan pengujian impak komposit akibat variasi jumlah siklus.. ... 41
Gambar 4.7. Pemuaian karena panas pada bimetal ... 42
commit to user xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Perhitungan Bahan-Bahan Untuk Proses Pembuatan Spesimen... 48 Lampiran B. Data Hasil Pengujian Impak Akibat Pengaruh Variasi Besar
Siklus Thermal ... 51 Lampiran C. Data Hasil Pengujian Impak Akibat Pengaruh Variasi Jumlah
Siklus Thermal ... 52 Lampiran D. Dokumentasi Pada Proses Penelitian ... 53 Lampiran D. ASTM D 5942-96 ... 56
commit to user v ABSTRAK
Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki efek siklus thermal (siklus panas) dan pengaruh banyaknya jumah siklus terhadap ketangguhan impak komposit sandwich serat aren dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut.
Bahan utama yang digunakan adalah serat aren (acak), serbuk gergaji kayu sengon laut, larutan alkali (NaOH), resin unsaturated polyester type 157 BQTN dan urea formaldehide. Spesimen dibuat dengan metode press mold (cetak tekan).
Komposit sandwich tersusun dari dua lamina komposit sebagai skin dengan core ditengahnya. Core yang digunakan adalah serbuk gergaji kayu sengon laut dengan ketebalan 10 mm sedangkan skin yang digunakan adalah serat aren perlakuan alkali (5 % NaOH) serat selama 4 jam dengan ketebalan 2 mm. Perlakuan siklus panas dilakukan pada variasi suhu 50oC, 75oC, 100oC dan 125oC masing-masing sebanyak 50 kali sedang variasi jumlah siklus dilakukan dengan variasi masing- masing 25 kali, 50 kali, 75 kali, 100 kali dan 125 kali dengan suhu 50oC , setelah perlakuan siklus panas kemudian dilakukan pengujian impak pada spesimen dengan mengacu pada standart ASTM D5942.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata ketangguhan impak komposit sandwich mengalami penurunan seiring dengan peningkatan temperatur dan jumlah siklus panas, yaitu sebesar 13,49%, 22,05%, 34,26%, 54,17% dan 7,06%, 13,49%, 15,84%, 22,05%, 31,90%. Pola kegagalan yang terjadi pada pengujian ketangguhan impak setelah mengalami perlakuan siklus panas ini didominasi oleh gagal core, hal ini disebabkan ikatan bahan serbuk gergaji kayu yang digunakan sebagai core dengan pengikat bahan urea formaldehide menjadi sangat menurun, selain itu peningkatan suhu dan jumlah variasi siklus suhu menyebabakan kekuatan ikatan antara serat dan matrik pada bagian skin menurun.
Kata kunci : Komposit sandwich, ketangguhan impak, siklus panas.
commit to user 1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.1.1 Pentingnya pengembangan komposit sandwich dari bahan alam
Material komposit dengan penguat serat alam sekarang ini telah banyak diaplikasikan oleh para produsen mobil sebagai bahan penguat panel mobil, tempat duduk belakang, dashboard, dan perangkat interior lainnya karena mempunyai bahan baku yang mudah diperoleh dan harga yang lebih murah.
Keuntungan lain dari pemakaian komposit ini adalah memiliki sifat mekanik yang baik, tidak mudah korosi, memiliki massa jenis yang lebih rendah dibanding dengan serat mineral dan mampu berfungsi sebagai peredam suara yang baik (Widodo, 2008).
Pada proses produksi tepung aren akan menghasilkan limbah cair dan limbah padat. Limbah cair berasal dari proses pelepasan pati dari serat dan pengendapan tepung aren. Proses pelepasan pati aren menghasilkan limbah padat berupa serbuk aren yang disebut onggok. Belum adanya upaya untuk memanfaatkan limbah serat aren secara optimal, berakibat menumpuknya timbunan limbah serat aren (Firdayati dan Handajani, 2005).
Dalam industri kereta api di Indonesia sekarang ini juga telah memanfaatkan dan mengembangkan komposit sandwich dengan serat alam yaitu dengan serat kenaf dengan core kayu sengon laut yang dikembangkan sebagai bahan pintu rail bus. Penggunaan bahan alam untuk menggantikan serat sintetis merupakan langkah bijak untuk menyelamatkan kelestarian lingkungan dari limbah sintetis dan keterbatasan sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui
(www.suarakarya-online.com).
1.1.2 Efek pemanasan berulang pada komposit
Salah satu sifat dari bahan polimer adalah kurang tahan terhadap panas, hal ini sangat berbeda dengan material logam dan keramik. Walaupun ketahanan panas bahan polimer tidak sekuat logam dan keramik, pada penggunaanya sebagai bahan matrik pada material komposit masih dipertahankan (Surdia dan Saito, 2000).
commit to user 2
Bahan polimer yang digunakan untuk aplikasi di luar ruangan akan terkena banyak faktor penyebab kerusakan seperti perubahan suhu dilingkungan sekitar.
Efek dari hal tersebut dapat berupa warna yang pudar, slight crazing dan retak kecil hingga terjadinya kerusakan pada struktur polimer (Liza, 2010).
Kegagalan termal terjadi karena produk terkena panas atau dingin yang berlebihan dari lingkungan. Pada temperatur tinggi yang abnormal, produk akan mengalami pengkerutan, twist, melt bahkan bisa sampai terbakar. Pada umumnya plastik menjadi getas karena perubahan temperatur. Jika produk dalam kondisi ini mendapat gaya yang kecil sekalipun, akan dengan mudah mengalami retak bahkan patah (Liza, 2010).
1.1.3 Pentingnya uji impak pada komposit
Beban terhadap aplikasi struktur tidak hanya diperoleh dari beban statis (static loading) tetapi juga dari beban dinamis (dynamic loading). Kekuatan impak suatu material menunjukkan kemampuan dari material tersebut untuk menyerap dan menghilangkan energi pada saat menerima benturan atau beban kejut (Mallick, 1998).
Dari pernyataan diatas maka diambil tindakan untuk meneliti pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan mekanik komposit sandwich serat aren dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut (SG-KSL) terutama beban impak.
1.2 Perumusan Masalah
Penelitian ini akan menyelidiki adakah pengaruh variasi besar siklus thermal dan pengaruh variasi jumlah siklus thermal terhadap ketangguhan impak panel komposit sandwich.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Sifat serat aren dianggap homogen.
b. Distribusi serat pada komposit dianggap seragam.
c. Dalam proses perlakuan siklus thermal suhu dianggap merata.
d. Suhu lingkungan dianggap konstan.
commit to user 3
1.4 Tujuan Penelitian dan Manfaat Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui pengaruh siklus thermal (perubahan suhu) terhadap ketangguhan impak komposit sandwich skin serat aren dengan core serbuk kayu sengon laut.
2. Mengetahui pengaruh banyaknya jumlah siklus thermal terhadap ketangguhan impak komposit sandwich skin serat aren dengan core serbuk kayu sengon laut.
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat, antara lain : 1. Secara teoritis diharapkan dapat memberikan informasi tentang pengaruh
siklus thermal terhadap ketangguhan impak komposit sandwich.
2. Secara praktis dapat dipakai bahan pertimbangan dalam pembuatan komposit sandwich serta memberikan inovasi dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.
3. Sebagai bahan alternatif pembuatan komposit.
4. Hasil dari penelitaian diharapkan dapat memberikan referensi untuk membuat penelitian dari bahan yang sejenis ataupun penelitian yang lebih luas.
5. Mengurangi ketergantungan terhadap sumber daya material logam yang dalam pemulihannya memerlukan waktu yang lama.
1.5 Sistematika Penulisan
Agar penelitian dapat mencapai tujuan dan terarah dengan baik, maka penulisan penelitian ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
1. Bab I Pendahuluan, berisi latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian dan sistematika penulisan.
2. Bab II Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka, dasar teori komposit dan penjelasan unsur-unsur penyusunnya.
3. Bab III Metode Penelitian, berisi alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian, pelaksanaan penelitian dan diagram alir.
4. Bab IV Hasil dan Pembahasan, berisi data hasil pengujian dan pembahasannya.
5. Bab V Penutup, berisi kesimpulan yang diperoleh dan saran-saran yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan dan bagi penelitian selanjutnya.
commit to user BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Diharjo dkk (2009) melakukan penelitian tentang komposit sandwich dengan core serbuk gergaji kayu sengon laut dan skin serat aren, pembuatan komposit dengan metode cetak tekan hidrolis pada fraksi volume serat komposit skin 30%. Optimasi yang dilakukan dengan memvariasi tebal skin (1, 2, 3, 4, dan 5 mm) untuk tebal core SG KSL 10 mm dan memvariasi tebal core (5, 10, 15, dan 20 mm) untuk tebal skin 2 mm. Energi patah dan ketangguhan impak komposit sandwich dengan variasi tebal core memiliki nilai yang optimum pada ketebalan core 10 mm dan skin 2 mm.
Komposit berpenguat serat aren dengan matrik polyester dengan perlakuan alkali serat (5% NaOH) selama 4 jam memiliki kekuatan tarik dan bending tertinggi. Variasi yang dilakukan dengan waktu perlakuan 0, 2, 4, 6 dan 8 jam perlakuan alkali serat (Diharjo dkk, 2006).
Komposit serat kenaf acak bermatrik polyester dengan perlakuan NaOH selama 2 jam, dikenai siklus pemanasan 75 kali dengan variasi temperatur pemanasan (75, 100, 125, dan 150oC) mengalami penurunan tegangan bending masing-masing adalah (103,97, 82,94, 86,97 dan 75,49 Mpa). Hal itu dikarenakan oleh efek pemanasan berulang yang menyebabkan sifat penguat serat kenaf semakin rapuh (Diharjo dkk, 2008).
Bambu tali, bambu jepang dan kayu buna masing-masing dikenai perlakuan panas dengan variasi temperatur (160, 180, 200 dan 220oC) dengan waktu tahan selama 4 jam. Pada temperatur 180oC, lama pemberian perlakuan waktu tahan divariasikan dari (1, 2, 4, 8, dan 16 jam). Dari hasil pengujian sifat mekanis, didapatkan bahwa semakin meningkatnya temperatur pada waktu tahan selama 4 jam maka sifat mekanisnya akan semakin menurun, disamping itu juga diikuti dengan penurunan berat, baik untuk bambu maupun kayu. Pada perlakuan panas dengan temperatur 180oC, semakin lama perlakuan yang diberikan maka sifat mekanisnya juga akan menurun yang diimbangi juga terjadinya penurunan berat spesimen bambu dan kayu (Subiyanto, 2000).
commit to user
Cao dkk (2009) melakukan penelitian menggunakan komposit serat karbon (CFRP), komposit hibrid serat karbon dan serat gelas (C/GFRP), dan komposit hibrid serat karbon dengan serat balsa (C/BFRP). Perlakuan panas diberikan terhadap ketiga jenis spesimen komposit tersebut, suhu yang digunakan sebagai perlakuan panas masing-masing adalah (16, 30, 55, 80, 120, 160 dan 200oC).
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik serat karbon berkurang secara signifikan dengan peningkatan suhu, dan tetap hampir stabil pada nilai akhir 3000 MPa. Pada suhu tinggi hibridisasi serat mampu mengurangi penurun kekuatan tarik komposit CFRP, suhu tinggi juga mempengaruhi mode kegagalan pada komposit CFRP.
Chung (1995) mengkaji tentang pengaruh siklus termal terhadap komposit sandwich superkonduktor dengan serat karbon bermatrik metal, perlakuan siklus termal dilakukan pada suhu 77 ºK dan suhu ruangan dengan jumlah siklus termal sebanyak 100 kali. Hasil penelitian menunjukkan bahwa siklus termal menyebabkan penurunan kekuatan tekan komposit sandwich sebesar 13-16 %.
Nakamura (2007) melakukan penelitian tentang siklus panas yang dilakukan untuk mengukur panjang perambatan retak pada material komposit lamina dengan serat karbon acak matrik Epon 862 epoxy. Perlakukan siklus panas dilakukan pada ∆T = 140oC, untuk satu kali proses perlakuan siklus membutuhkan waktu 110 menit, dengan suhu dijaga pada 20oC selama 10 menit, kemudian suhu dinaikkan menjadi 160oC dan ditahan selama 30 menit, setelah itu spesimen didinginkan pada suhu 20oC selama 40 menit. Pada jumlah siklus sebanyak 240 kali komposit lamina mengalami keretakan dengan tingkat pertumbuhan 5,1 µm/siklus, hal ini disebabkan karena spesimen komposit mengalami kegagalan termal karena peningkatan jumlah siklus yang diberikan.
Aktas (2010) melakukan penelitian menggunakan material komposit lamina serat gelas dengan matrik epoxy yang diberi perlakuan suhu 20ºC, 60ºC, dan 100ºC dengan pengujian mekanik dilakukan dengan metode uji impak velocity.
Hasil penelitian menunjukkan seiring dengan peningkatan temperatur perlakuan kemampuan energi serap komposit lamina tersebut semakin menurun, selain itu meningkatnya temperatur juga menyebabkan kegagalan impak velocity juga menjadi lebih besar.
commit to user 2.2 Dasar Teori
2.2.1 Kajian teori komposit
Menurut Gibson (1994) komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing material penyusun.
Karakteristik dan sifat komposit dipengaruhi oleh material-material yang menyusunnya. Interaksi antar unsur-unsur penyusun komposit, yaitu serat dan matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan ikatan antarmuka. Kekuatan ikatan antarmuka yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit (Gibson, 1994).
Secara umum pengelompokan komposit dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu berdasarkan matrik dan penguatnya. Berdasarkan matriknya, komposit dapat digolongkan menjadi tiga (Courney, 1983) yaitu :
a) Komposit matrik logam (KML), yaitu logam sebagai matrik b) Komposit matrik polimer (KMP), yaitu polimer sebagai matrik c) Komposit matrik keramik (KMK), yaitu keramik sebagai matrik.
Yang kedua adalah berdasarkan unsur penguatnya, menurut Courney (1983) dapat dibedakan menjadi tiga :
a) Komposit partikel, yaitu penguatnya berbentuk partikel
Gambar 2.1 Komposit partikel (Courney, 1983) b) Komposit serat, yaitu penguatnya berbentuk serat
Gambar 2.2 Komposit serat (Courney, 1983)
commit to user
c) Komposit struktur, yaitu cara penggabungan material komposit
Gambar 2.3 Komposit struktur (Courney, 1983)
Gambar 2.4. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya (Courney, 1983).
1. Komposit serat
Bagian-bagian dari komposit serat, diantaranya : a) Serat
Salah satu bahan penyusun komposit yang penting adalah serat. Bahan komposit serat tediri dari serat yang diikat oleh matrik yang saling berhubungan.
Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continuos fiber) dan serat pendek (short fiber atau whisker). Dalam penelitian ini diambil bahan komposit serat (fiber composite). Pengunaan bahan komposit serat sangat efisien dalam menerima beban dan gaya. Komposit serat sangat kuat dan kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah tegak lurus serat (Hadi, 2000).
commit to user
Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu:
(a.) Continuous Fiber Composite (b.) Woven Fiber Composite (bidirtectional)
(c.) Discontinuous Fiber Composite (d.) Hybrid fiber composite
Gambar 2.5 Tipe serat pada komposit (Gibson, 1994 )
b) Matrik
Matriks (resin) dalam susunan komposit bertugas melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Matriks harus bisa meneruskan beban dari luar ke serat. Umumnya matriks terbuat dari bahan-bahan yang lunak dan liat.
Polimer (plastik) merupakan bahan umum yang biasa digunakan sebagai matrik.
Matriks juga umumnya dipilih dari kemampuannya menahan panas. Polyester, vinilester dan epoksi adalah bahan-bahan polimer yang sejak dahulu telah dipakai sebagai bahan matriks.
Persyaratan di bawah ini perlu dipenuhi sebagai bahan matriks untuk pencetakan bahan komposit :
1. Resin yang dipakai perlu memiliki viskositas rendah sesuai dengan bahan penguat dan permeable.
2. Dapat diukur pada temperatur kamar dalam waktu yang optimal.
3. Mempunyai penyusutan yang kecil pada pengawetan.
4. Memiliki kelengketan yang baik dengan bahan penguat.
5. Mempunyai sifat baik dari bahan yang diawetkan.
Tidak ada bahan yang dapat memenuhi semua persyaratan di atas tetapi pada saat ini paling banyak dipakai adalah polyester tak jenuh (Surdia dan Saito, 2000).
commit to user c) Ikatan serat dan matrik
Material komposit merupakan gabungan dari unsur-unsur yang berbeda. Hal itu menyebabkan munculnya daerah perbatasan antara serat dan matrik. Daerah pencampuran antara serat dan matriks disebut dengan daerah interphase (bonding agent), sedangkan batas pencampuran antara serat dan matrik disebut interface.
Ikatan antarmuka (interface bonding) yang optimal antara matrik dan serat merupakan aspek yang penting dalam penunjukan sifat-sifat mekanik komposit.
Transfer beban/tegangan diantara dua fase yang berbeda ditentukan oleh derajat adhesi. (George, dkk, 1995) mengungkapkan bahwa adhesi yang kuat diantara permukaan antara matrik dan serat diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan distribusi beban melalui ikatan permukaan.
2. Komposit sandwich
Komposit sandwich merupakan komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang terdiri dari flat composite dan atau metal sheet sebagai skin serta core di bagian tengahnya. Komposit sandwich dibuat untuk mendapatkan struktur yang ringan tetapi mempunyai kekakuan dan kekuatan yang tinggi sehinggga untuk mendapatkan karakteristik tersebut, pada bagian antara kedua skin dipasang core.
Komposit sandwich merupakan jenis komposit yang sangat cocok untuk menahan beban lentur, impak, serta mempunyai sifat peredam getaran dan suara yang baik.
Pemilihan bahan untuk komposit sandwich, syaratnya adalah ringan, tahan panas dan korosi, serta harga juga dipertimbangkan (Harbian dan Vaindra, 2007).
Bagian-bagian dari komposit sandwich, diantaranya : a) Core
Salah satu bagian terpenting dari sandwich adalah core, dimana bagian ini harus cukup kaku agar jarak antar permukaan terjaga. Dengan kekakuannya core harus mampu menahan geseran agar tidak terjadi slide antar permukaan. Bahan dengan tingkat kekakuan yang rendah tidak baik untuk core, karena kekakuan pada sandwich akan berkurang atau hilang. Tidak hanya kuat dan mempunyai densitas redah, core biasanya mempunyai syarat lain, seperti tingkat kadar air, buckling, umur panjang (age resistance), dan lain sebagainya (Hartomo 2009).
Inti atau core dibagi menjadi empat kelompok yaitu kayu, lembaran bergelombang, honeycomb dan foam core (Shipsa, 2001).
commit to user b) Skin
Bagian ini berfungsi untuk menahan tensile dan compressive stress. Skin biasanya mempunyai rigidity atau tingkat kekakuan yang rendah. Material- material konvensional seperti aluminium, baja, juga stainless steel bisa digunakan untuk bagian ini. Material-material berbentuk plastik yang diperkuat dengan serat gelas dan fiber menjadi pilihan yang baik karena bahan-bahan ini memiliki keunggulan seperti mudah untuk digabungkan dan desainnya dapat dirancang sesuai kebutuhan (freedom of design), serta mempunyai bentuk permukaan yang baik (Lukkasen dan Meidell, 2007).
Gambar 2.6 Bentuk komposit sandwich (DIAB Sandwich Concept)
Menurut Hedlund (2008), keuntungan utama dari material komposit konstruksi sandwich, dibandingkan dengan material lainnya adalah sebagai berikut:
a. Mempunyai berat ringan.
b. Kekuatan dan kekakuannya tinggi.
c. Insulasi listrik.
d. Mempunyai ketahanan terhadap korosi yang baik.
e. Dapat meredam getaran dan suara dengan baik.
3. Resin Unsaturated Polyester (UP)
Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay up sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin ini banyak digunakan dalam aplikasi komposit pada dunia industri dengan pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih, kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Billmeyer, 1984). Pengesetan termal digunakan benzoil peroksida (BPO) sebagai katalis. Temperatur optimal adalah 800-1300C, namun demikian kebanyakan pengesetan dingin digunakan metyl etyl keton peroksida
commit to user
(MEKPO) yang digunakan sebagai katalis dan ditambahkan pada 1-2 % (Surdia dan Saito, 2000).
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester (UP) Yukalac 157Ò BQTN-EX. Pemberian bahan tambahan katalis jenis methyl ethyl keton peroxide (MEKPO) pada resin UP berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin (curing). Penambahan katalis dalam jumlah banyak akan menimbulkan panas yang berlebihan pada saat proses curing (Bilmeyer, 1984).
Table 2.1 Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157 (Sumber Justus Kimia Raya, 2001)
4. Resin Urea
Resin urea-formaldehide adalah salah satu polimer yang merupakan hasil kondensasi urea dengan formaldehyde. Polimer jenis ini banyak digunakan di Industri untuk berbagai tujuan seperti bahan adhesif (61%), papan fiber berdensitas medium (27%), hardwood plywood (51%) dan lamina (71%) pada produk mebelir (furniture), panel dan lain-lain. Urea formaldehyde merupakan
Item Satuan Nilai tipikal Catatan
Berat Jenis Gr/cm3 1.215 250
Kekerasan 40 Barcol GYZJ 934-1
Suhu distorsi panas 0C 70
% 0.188 24 Jam
Penyerapan air (suhu Ruangan)
% 0.446 3 Hari
Kekuatan Fleksural Kg/mm2 9.4 Modulus Fleksural Kg/mm2 300
Daya Rentang Kg/mm2 5.5
Modulus rentang Kg/mm2 300
Elongasi % 1
commit to user
plastic thermosetting yang terbuat dari urea dan formaldehyde yang dipanaskan dalam suasana basa lembut seperti amoniak atau piridin. Resin ini memiliki sifat tensile strength dan hardness permukaan yang tinggi, dan absorsi air yang rendah.
Reaksi antara urea dan formaldehyde dengan katalis basa dapat menghasilkan mono-metilol urea sebagai monometer reaktan reaksi pembentukan polimer urea- formaldehide. Basa yang digunakan berupa barium hidroksida dan kalium hidroksida (http;//www.fpl.fs.fed.us/documents/pdf1996/conne96a.pdf).
5. Serat aren
Sifat fisik dan mekanik yang dimiliki serat aren yang akan digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada tabel 2.1.
Tabel 2.2 Sifat fisik dan mekanik yang dimiliki serat aren dan beberapa serat alam lainnya
Natural fibre Density, gr/cm3
Tensile Strength, Mpa
Tensile Modulus, GPa
Strain,% Diameter, µm
Sugar palm 1,29 190,29 3,69 19,6 99-311
Curaua 1,33 665-1404 20-36 2-3 49-100
Nettle 1,53 1594 87 2,11 19,9
Hemp 1,48 270 19,1 0,8 31,2
Hemp 1,48 550-900 73 1,6
Jute 1,18 393-773 26,5 1,8 200
Coir 1,25 138,7 6 10,5 396,98
Kenaf 1,4 215,4 13-17 1,18-1,31
Bamboo 0,6-0,8 200,5 10,2
E-Glass 2,25 1800-3000 72-83 3 4-14
(Bachtiar D, dkk, 2009)
commit to user 2.2.2 Proses pembuatan komposit
Proses pembuatan komposit sangat beraneka ragam dari yang paling sederhana sampai dengan yang komplek dengan sistem komputerisasi. Tiap proses memiliki kelebihannya masing-masing. Ada berbagai macam proses yang dapat digunakan untuk membuat komposit antara lain metode hand lay-up, metode spray-up, metode vacuum bagging (Gibson, 1994).
Proses hand lay-up merupakan proses laminasi serat secara manual, dimana merupakan metode pertama yang digunakan pada pembuatan komposit. Metode hand lay-up lebih ditekankan untuk pembuatan produk yang sederhana dan hanya menuntut satu sisi saja yang memiliki permukaan halus.
Gambar 2.7 Proses hand lay-up (Brandon, 2004)
Keuntungan hand lay up :
· Peralatan sedikit dan harga murah.
· Kemudahan dalam bentuk dan desain produk.
· Variasi ketebalan dan komposisi serat dapat diatur dengan mudah.
Fraksi serat yang tinggi dapat diperoleh dengan cara mengkombinasikan metode hand lay up dengan cetak tekan (press molding). Pada metode cetak tekan pengontrolan fraksi volume dapat dilakukan dengan menggunakan stopper (Rusmiyatno, 2007).
2.2.3 Fraksi volume dan berat komposit
Menurut Gibson (1994), penempatan serat harus mempertimbangkan geometri serat, arah, distribusi dan fraksi volume, agar dapar dihasilkan komposit berkekuatan tinggi. Untuk suatu lamina unidirectional, dengan serat kontinyu dengan jarak antar serat yang sama, dan direkatkan secara baik oleh matrik.
commit to user a. Fraksi volume komposit (V)
Fraksi volume komposit adalah perhitungan yang digunakan untuk menentukan volume serat dan matrik komposit tersebut.
% 100 komposit x Volume
serat Volume
Vserat = ...(2.1)
% 100 m x
m m V
m m f f
f f
f
r r
r +
= ...(2.3)
% 100 komposit x Volume
matrik Volume
Vmatrik = ...(2.4)
% 100 m x
m m V
m m f f
m m
m
r r
r +
= ...(2.5)
Dimana :
mf = massa serat (gr) mm = massa matrik (gr)
ρf = massa jenis serat (gr/mm3)
ρm = massa jenis matrik (gr/mm3) b. Fraksi berat komposit (wi)
Fraksi berat komposit adalah perbandingan antara berat material penyusun dengan berat komposit. Fraksi berat material penyusun dapat dihitung dengan :
Wc
wi = Wi ...(2.6)
Dimana :
wi = fraksi berat material penyusun Wi = berat material penyusun (gr) Wc = berat komposit (gr)
commit to user 2.2.4 Sifat thermal bahan polimer
Sifat khas dari bahan polimer salah satunya adalah dapat berubah oleh perubahan temperatur yang menyebabkan pergerakan molekul sehingga mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur. Panas menyebabkan oksigen dan air bersama-sama memancing reaksi kimia pada molekul dan berakibat terjadinya depolimerisasi, oksidasi, hidrolisasi dan seterusnya, sehingga mempengaruhi sifat mekanik, listrik, dan kimia polimer (Surdia dan Saito, 2000).
Polimer merupakan jenis material plastik. Material plastik mempunyai daya hantar panas yang rendah, namun hal itu tergantung dari temperatur dan material serta strukturnya. Plastik dibagi menjadi dua berdasarkan sifat terhadap perubahan suhu, yaitu termoplastik dan termoset. Termoplastik mempunyai sifat meleleh pada suhu tertentu dan sifat dapat balik (reversibel) kepada sifat aslinya atau kembali mengeras bila didinginkan, sedangkan termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel), sekali terjadi pengerasan maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai (Syarief et al.,1989).
a. Plastik Thermoset
b. Plastik Thermoplast
Gambar 2.8 Sifat dan karakteristik Plastik Thermoset dan Thermoplast (Mujiarto, 2005).
a. Mulai proses b. Plastik mencair c. Plastik yang keras
tapi dapat dibentuk a. Mulai proses b. Plastik mencair c. Plastik tidak dapat
dibentuk lagi
commit to user
Bila suatu zat dipanaskan (suhunya dinaikkan) maka molekul-molekulnya akan bergetar lebih cepat dan amplitudo getaran akan bertambah besar, akibatnya jarak antara molekul benda menjadi lebih besar dan terjadilah pemuaian.
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran benda akibat kenaikan suhu zat tersebut.
Pemuaian dapat terjadi pada zat padat, cair, dan gas. Besarnya pemuaian zat sangat tergantung ukuran benda semula, kenaikan suhu dan jenis zat.
(http://id.wikipedia.org/wiki/Pemuaian). Rumus yang digunakan untuk menghitung kenaikan dimensi suatu benda akibat panas adalah
dimana :
= panjang pada suhu t = panjang pada suhu awal = adalah koefisien muai panjang
= adalah besarnya perubahan suhu
Suhu to Suhu t
Gambar 2.9 Susunan molekul suatu zat sebelum dan sesudah mengalami perlakuan panas (http://www.crayonpedia.org/mw/Pemuaian) 2.2.5 Kajian teori pengujian impak
a. Mekanisme pengujian impak charpy
Pengujian impak bertujuan untuk mengukur berapa energi yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak merupakan respon terhadap beban kejut atau (beban impak). Pada penelitian ini pengujian impak yang digunakan menggunakan impact charpy dengan mengacu pada standar ASTM D 5942 untuk pengujian flat-wise, unnotched.
Lt = LO + LO α ∆t
commit to user
Gambar 2.10 Mekanisme pengujian impact charpy komposit sandwich (http://sariyusriati wordpress.com)
Gambar 2.11 Penempatan spesimen pada alat uji impact charpy metode flat-wise, unnotched (ASTM D 5942-96)
b. Analisis perhitungan impak sandwich
Spesimen impak charpy berbentuk batang dengan penampang lintang bujur sangkar. Beban didapatkan dari tumbukan oleh palu pendulum yang dilepas dari posisi ketinggian h. Ketika dilepas, ujung pisau pada palu pendulum akan menabrak dan mematahkan spesimen pada titik konsentrasi tegangan. Pendulum akan melanjutkan ayunan untuk mencapai ketinggian maksimum h’ yang lebih rendah dari h. Posisi simpangan lengan pendulum terhadap garis vertikal sebelum
commit to user
dibenturkan adalah α dan posisi lengan pendulum terhadap garis vertikal setelah membentur spesimen adalah β serta panjang lengan ayunnya adalah R. Dengan mengetahui besarnya energi potensial yang diserap oleh material maka ketangguhan impak benda uji (Shackelford, 1992) :
E srp = m.g.R.(cosβ - cos β') ...(2.7) Dimana,
Esrp = energi serap (J)
m = massa pendulum (9,5 kg) g = percepatan gravitasi (9,8 m/s2) R = panjang lengan (m) = 0,83 m
β' = sudut ayunan pendulum tanpa spesimen
β = sudut ayunan pendulum setelah mematahkan spesimen (˚) α = sudut pendulum sebelum diayunkan (˚)
Harga ketangguhan impak pada sandwich dapat dihitung dengan persamaan (ASTM D 5942-96) :
3
cU 10
b h x
a = W x ...(2.8)
Dimana:
acU = Harga impak Charpy tanpa takikan (kj/m2) b = Lebar spesimen (mm)
h = Tebal spesimen (mm) W = Energi yang diserap (J)
commit to user BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2. Bahan Penelitian
Dalam penelitian ini digunakan bahan-bahan untuk membuat komposit sandwich antara lain seperti pada tabel dibawah ini :
Tabel 3.1 Bahan yang digunakan dalm penelitian
No. Bahan Jenis Sumber Keterangan
1. limbah ampas pati aren (serat aren)
Arenga Pinnata kawasan industri pati aren (kelompok UKM industri mie suun) di dusun Bendo, Tulung, Delanggu, Klaten, Jawa Tengah
sebagai penguat komposit
2. limbah serbuk gergaji kayu sengon laut
kayu sengon laut
Berbagai UKM
pengolahan kayu sengon laut di Surakarta dan sekitarnya
sebagai core komposit
3. Matrik core urea
formaldehyde
PT. Pamalite Adhesive Industry Probolonggo, Jawa Timur
untuk mengikat core 4. Katalis methyle ethyl
keton peroxide (MEKPO)
PT. Justus Kimia Raya Semarang
mempercepat pengerasan 5.
Resin
unsaturated polyester resin (UPR) yukalac® 157 BTQN-EX
PT. Justus Kimia Raya Semarang
sebagai pengikat (matrik komposit)
6. Alkali NaOH toko kimia di wilayah
Surakarta
untuk perlakuan alkali
7. Release blue band toko makanan memudahkan
pelepasan sandwich
commit to user
(a) Serat aren (b) Resin (c) katalis
(d) Serbuk gergaji (e) NaOH (f) Hardener Gambar 3.1 Bahan penyusun komposit sandwich
3.3. Alat Penelitian
Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian dan pengambilan data antara lain adalah :
a. Perangkat cetakan
Ada dua jenis cetakan yang digunakan yaitu cetakan untuk membuat core dan cetakan untuk membuat sandwich
b. Dongkrak hidrolik
Dongkrak hidorlik digunakan untuk mengepres komposit pada cetakan, spesifikasi dongkrak hidrolik kapasitas 3 ton.
c. Timbangan digital
Timbangan digital digunakan untuk menimbang seberapa beratnya resin dan serat yang akan digunakan, sesuai dengan fraksi volumenya.
d. Kompresor
Kompresor digunakan untuk melakukan proses spray up saat pencampuran bahan pada proses pembuatan core.
commit to user e. Tabung homogenitas
Digunakan untuk mencampur bahan pembuat core yaitu serbuk gergaji kayu sengon laut dan perekat urea formaldehyde dengan metode spray up.
f. Oven elektrik
Oven elektrik digunakan sebagai alat untuk melakukan proses siklis termal g. Peralatan pendukung
Peralatan pendukung digunakan untuk membantu dalam proses pembuatan spesimen komposit sandwich, peralatan tersebut antara lain :
· Gerinda potong, untuk memotong spesimen.
· Box kecil dan sedang untuk menyimpan spesimen.
· Kunci pas, injeksi, gelas ukur, palu, malampet, dan lainnya.
(a) Cetakan core (b) Cetakan sandwich
(c) Dongkrak hidrolik (d) Rangka penopang cetakan
(e) Timbangan digital (f) Oven Elektrik
Gambar 3.2 Peralatan dalam pembuatan spesimen (komposit sandwich)
commit to user h. Alat uji impact charpy
Pengujian spesimen menggunakan alat uji impact charpy di Laboratorium Material Teknik Mesin.
Gambar 3.3 Alat uji impact charpy
3.4. Pelaksanaan Penelitian 3.4.1 Persiapan alat dan bahan
Alat-alat dan bahan yang akan digunakan dalam pembuatan komposit disiapkan seperti serat aren, serbuk gergaji kayu sengon laut, resin, katalis, larutan NaOH, urea fomaldehyde dan peralatan yang menunjang lainnya dalam pembuatan spesimen.
3.4.2 Pengolahan bahan dasar a. Pencucian serat aren
Mekanisme pembersihan serat aren yang ada di dalam limbah ampas pati dilakukan dengan menggunakan air bersih. Pembersihan serat aren tersebut, hasilnya berupa serat bersih yang selanjutnya serat ditiriskan (pengeringan alami) tanpa sinar matahari selama 3 hari hingga kering. Serat yang sudah kering dimasukkan ke dalam plastik dan disimpan di dalam ruangan.
b. Perlakuan Alkali
Proses perlakuan alkali pada serat yaitu dengan cara perendaman serat ke dalam larutan alkali (NaOH 5 %) selama 4 jam. Perbandingan volume serat dengan larutan alkali adalah 1 : 15 (Ray dkk, 2001). Pada perhitungan persentase komposisi (kadar) larutan dalam satuan fisika, jumlah solute (pelarut) dihitung dalam setiap 100 satuan larutan (Elida, 1996).
commit to user Perhitungan persentase kadar, berdasarkan beratnya : Persentase berat = Berat zat terlarut x 100%
Berat larutan
= Berat zat terlarut x 100%
Berat zat terlarut + Berat zat pelarut Acuan kadar NaOH 5% :
1 kg = 1 liter (aqudes) 100 gram = 0,1 liter
Maka untuk membuat kadar NaOH 5% mempunyai arti dalam 100 gram (0,1 liter) larutan terdapat 5 gram NaOH.
c. Netralisasi Serat
Selanjutnya serat dinetralkan dari larutan NaOH dengan direndam di dalam aquades selama 3 hari dimana setiap 12 jam serat dibilas 3 x dan airnya selalu diganti secara periodik. Serat ditiriskan kembali hingga kering. Setelah kering serat tersebut sudah siap untuk diolah lebih lanjut.
d. Pengeringan Serbuk Gergaji
Bahan serbuk gergaji kayu sengon laut dari industri pengolahan kayu sengon laut di Boyolali kemudian dikeringkan dengan cara ditiriskan tanpa sinar matahari. Serbuk gergaji yang sudah kering kemudian disimpan di dalam plastik agar tidak mudah menyerap uap air.
3.4.3 Teknik pembuatan komposit sandwich a. Teknik pembuatan core
Proses manufaktur core dilakukan dengan mencampur serbuk gergaji (SG) dan urea formaldehyde (UF) dengan variasi fraksi berat SG: UF; 60 % : 40%, kedua komponen material tersebut dicampur dengan metode Spray Up, kemudian proses selanjutnya adalah pengepresan hingga ketebalan 10 mm.
100 100
5 A
=
5%
% 100 x100 =
gram A
gram 100500 =5
= A
commit to user
Gambar 3.4 Alur proses pembuatan core
10 mm 200 mm 240 mm
Gambar 3.5 Dimensi core
b. Teknik manufaktur komposit sandwich
Proses pembuatan panel komposit sandwich dilakukan dengan menggabungkan core serbuk gergaji KSL dengan skin komposit bahan serat aren.
Proses penggabungan dilakukan dengan metode hand lay up dan press mold.
Proses ini dimulai dengan melakukan perhitungan jumlah serat dan matrik panel komposit sandwich dengan rasio perbandingan fraksi volume serat dan fraksi volume matrik sebesar 30% : 70%, dimana massa jenis serat aren 1,4 gr/cm3.
Core SGKSL hasil pengepresan yang sudah mengering dilakukan penyemprotan dengan resin pada permukaannya. Penyemprotan resin tersebut dimaksudkan agar resin nanti tidak masuk kedalam core pada waktu proses pencetakan.
Setelah melakukan perhitungan komposisi serat dan matrik yang diperlukan, langkah selanjutnya adalah mempersiapkan cetakan dengan cara melapisi seluruh permukaan cetakan yang akan bersentuhan dengan komposit menggunakan mika
Urea Formaldehide 40 %
Serbuk Gergaji kayu sengon laut
60%
Pencampuran dengan metode
Spray up
Proses Cetak Tekan dengan dongkrak
hidrolik
Waktu tahan
Pengambilan spesimen
commit to user
agar permukaan spesimen yang terbentuk menjadi halus dan rata. Pada permukaan mika diberi releaser untuk mempermudah dalam proses pengambilan komposit dari cetakan. Pada cetakan, ujung core diberi stopper, fungsi stopper sebagai pembatas panjang dan mengatur tebal skin pada komposit sandwich seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.7. Pembuatan panel komposit sandwich dilakukan dengan metode hand lay up dan press mold. Matrik resin dan hardener yang dipakai adalah unsaturated polyester (UP) Yukalak® 157 BQTN-EX dan MEKPO, produksi PT. Justus Kimia Raya.
Setelah core serbuk gergaji kayu sengon laut (SG-KSL), matrik, dan serat aren siap, proses pencetakan panel komposit sandwich dimulai dengan menuangkan sebagian matrik secara merata didalam cetakan kemudian dilanjutkan dengan peletakan serat aren sesuai dengan hasil perhitungan.
Penambahan matrik dilakukan ketika lapisan serat diletakkan hingga serat terbasahi seluruhnya, kemudian core diletakkan diatas serat aren dan dilumuri dengan matrik (resin). Diatas core tersebut diletakkan serat aren kemudian dibasahi kembali dengan resin secara merata. Setelah semua bahan masuk dalam cetakan kemudian dilakukan proses pengepresan dengan menggunakan dongkrak hidrolik. Waktu pengepresan berlangsung selama 7-8 jam sambil menunggu proses pengeringan diruang terbuka (curing) selesai. Spesimen awal dibuat dengan ukuran 240 mm x 100 mm x 14 mm kemudian spesimen dipotong sesuai dengan ukuran yang diinginkan. Secara garis besar alur pembuatan core komposit sandwich SG-KSL dapat dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Alur pencetakan komposit sandwich Serat aren ; Resin
Unsaturated Polyester 30% ; 70%
Core Limbah gergaji kayu sengon laut
dengan tebal 10 mm
Proses cetak tekan dengan dongkrak
Waktu tahan dengan suhu ruangan
Pengambilan spesimen
commit to user
Gambar 3.7 Mekanisme pengepresan komposit sandwich
h1 h2
Lspan b Ltotal
Keterangan:
L total = Panjang spesimen komposit yaitu sebelas kali ketebalannya (11h)
L span = Panjang span yaitu enam kali ketebalan komposit (6h) b = Lebar sandwich (15 mm)
h1 = Tebal core (10 mm) h2 = Tebal sandwich (14 mm)
Gambar 3.8 Perencanaan dimensi spesimen komposit uji impak (ASTM D 5942) 3.4.4 Proses postcure spesimen
Sebelum dilakukan pengujian impak charpy, terlebih dahulu dilakukan proses postcure di dalam oven pada suhu 60°C selama 4 jam. Postcure dilakukan untuk menyempurnakan ikatan rantai polimer polyester
3.4.5 Variasi penelitian
Jumlah spesimen uji yang digunakan untuk besar varaiasi siklus thermal dan variasi jumlah siklus thermal ditunjukan pada tabel 3.2 dan tabel 3.3. Variasi yang dilakukan adalah melakukan siklus thermal masing-masing (50oC, 75oC, 100oC, 125oC) dan pengaruh variasi jumlah siklus thermal (25, 50, 75, 100, 125 kali).
commit to user
Tabel 3.2 Jumlah spesimen uji impak komposit sandwich yang digunakan pada variasi suhu
Variasi Suhu (ºC) Jumlah Spesimen
Suhu ruangan 5 buah
50 5 buah
75 5 buah
100 5 buah
125 5 buah
Tabel 3.3 Jumlah spesimen uji impak komposit sandwich yang digunakan pada variasi siklus
Variasi Jumlah Siklus (kali) Jumlah Spesimen
25 5 buah
50 5 buah
75 5 buah
100 5 buah
125 5 buah
3.4.6 Proses perlakuan siklus panas
Perlakuan siklus thermal dilakukan selama 35 menit untuk setiap satu siklusnya dengan rincian 5 menit untuk menaikkan suhu komposit dari suhu lingkungan sampai suhu yang diinginkan kemudian dilanjutkan 15 menit perlakuan panas dalam oven seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.9 a, setelah itu 15 menit untuk pendinginan (gambar 3.9 b).
a. Perlakuan panas dalam oven b. Pendinginan Gambar 3.9 Proses perlakuan siklus thermal
commit to user
Proses siklus thermal yang dilakukan pada komposit sandwich SG-KSL secara lebih jelas dapat dilihat pada gambar 3.10 dan gambar 3.11.
Gambar 3.10 Siklus thermal pada variasi besar suhu siklus
Gambar 3.11 Siklus thermal pada variasi jumlah siklus
Siklus thermal pada variasi besar suhu siklus dilakukan sebanyak 50 kali untuk setiap variasinya. Pada proses pendinginan setelah 15 menit, suhu komposit variasi siklus suhu 50°C adalah 30°C atau sama dengan suhu ruangan, sedangkan untuk variasi siklus suhu 75ºC, 100ºC, dan 125°C suhu komposit berturut-turut adalah sebesar 37°C, 45°C, dan 63°C. Pada variasi jumlah siklus, variasi siklus yang dilakukan adalah sebanyak 25 kali, 50 kali, 75 kali, 100 kali dan 125 kali dengan suhu 50°C untuk setiap variasinya.
commit to user 3.4.7 Proses pengujian impak
Dengan uji impak dapat diketahui ketangguhan suatu material. Ketangguhan impak komposit sangat tergantung pada ikatan antar penyusun material komposit tersebut. Semakin kuat ikatan tersebut maka semakin tinggi pula ketangguhan impak. Pada penelitian ini menggunakan metode pengujian impak charphy.
Langkah-langkah pengujian impak charpy pada penelitian ini meliputi : a. Menyiapkan spesimen uji yang telah mengalami perlakuan siklus thermal.
b. Menaikkan pengangkat pendulum sesuai dengan sudut yang telah ditentukan (sudut α) dengan memutar handle pendulum.
c. Menarik tuas pengunci pendulum yang menyebabkan pendulum berayun sehingga didapatkan sudut β' (sudut pendulum tanpa spesimen) yang dibaca pada jarum skala impak.
d. Menghentikan perlahan-lahan ayunan pendulum dengan cara menarik tuas rem pada alat uji.
e. Menempatkan spesimen uji pada dudukan span alat uji impak charpy yang dibantu penyenter untuk menentukan titik tumbukan.
f. Menaikkan pendulum secara perlahan-lahan dengan memutar handle tepat pada sudut α .
g. Melepaskan pengunci dengan menarik pengunci lengan pendulum.
h. Setelah pendulum selesai berayun dan mematahkan spesimen benda uji, kemudian pendulum dihentikan dengan menarik tuas rem.
i. Membaca besar sudut pada jarum skala impak sehingga didapatkan sudut β (sudut pendulum setelah mematahkan spesimen).
j. Melakukan analisa perhitungan meliputi energi serap dan ketangguhan impak komposit.
Gambar 3.12 Pengujian impact charpy di Laboratorium Material
commit to user 3.4.8 Diagram alir penelitian
Tahapan pelaksanaan penelitian dari awal sampai akhir dapat dilihat pada gambar 3.13.
Perlakuan NaOH 5%
(perendaman selama 4 jam) Mulai
Persiapan alat dan bahan
Pembuatan core dengan bahan serbuk
gergaji (SG)-Urea Formaldehide (UF)
dengan komposisi SG:UF, 60%:40%
dengan tebal 10 mm Resin Unsaturated
Polyester (UPRs) Yukalac type 157@
BQTN EX dan
Katalis methyl Ethil
Pembersian serat dengan air
Pembuatan Komposit Sandwich dengan
cetak tekan
Post Cure 60OC selama 4 jam motongan Komposit
A
Pemotongan Komposit Sandwich
Melapisi core dengan resin dengan metode
spray-up
Pemanasan dalam oven dengan suhu 60OC selama 10 menit Pengontrolan kadar air serat
dengan melakukan pengovenan serat aren
commit to user
Gambar 3.13 Diagram Alir Penelitian Perlakuan variasi besar siklus thermal
dengan variasi besar suhu 50OC, 75OC, 100OC, 125OC dengan jumlah
siklus sebanyak 50 kali, untuk satu siklus selama 20 menit waktu pemanasan dan 15 menit dalam suhu
ruangan
Perlakuan variasi jumlah siklus thermal dengan variasi jumlah siklus 25kali, 50 kali, 75 kali, 100 kali, dan 125 kali dengan suhu 50OC
untuk satu siklus selama 20 menit waktu pemanasan dan 15 menit
dalam suhu ruangan Spesimen Uji dengan acuan ASTM D 5942
A
Uji Impak (ASTM D 5942) didapatkan kurva pengaruh variasi
besar siklus termal terhadap ketangguhan impak
Uji Impak (ASTM D 5942) didapatkan kurva pengaruh variasi
jumlah siklus thermal terhadap ketangguhan impak
Analisa dan pembahasan Data hasil diperoleh
Kesimpulan
selesai
commit to user 32 BAB IV
HASIL DAN ANALISA
4.1. Pengaruh Perlakuan Variasi Siklus Panas Terhadap Ketangguhan Impak Komposit Sandwich SG-KSL
Pada hasil dan analisa penelitian ini akan membahas tentang seberapa besar pengaruh siklus panas terhadap ketangguhan impak komposit sandwich SG-KSL.
Komposit ini terdiri dari empat material bahan penyusun, pada bagian skin komposit terdapat resin unsaturated polyester sebagai matrik skin dan serat aren sebagai penguatnya sedangkan pada bagian core komposit terdapat partikel serbuk gergaji kayu sengon laut dengan urea formaldehyde sebagai bahan perekatnya.
Pada pengujian impak komposit sandwich SG-KSL diketahui bahwa ketangguhan impak komposit mengalami penurunan seiring dengan peningkatan variasi besar dan jumlah siklus panas yang diberikan pada komposit, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.2 dan gambar 4.4. Penurunan ketangguhan impak komposit ini diprediksi tidak lepas karena pengaruh siklus panas terhadap keempat material bahan penyusun pada komposit. Pengaruh siklus panas ini dapat berupa penurunan sifat mekanis bahan-bahan penyusun komposit tersebut sehingga mengurangi ketangguhan impak komposit SG-KSL.
4.1.1 Pengaruh variasi besar siklus panas terhadap ketangguhan impak komposit
Pada hasil pengujian impak komposit sandwich SG-KSL menunjukkan bahwa ketangguhan impak komposit mengalami penurunan seiring dengan peningkatan temperatur pemanasan yang diberikan pada komposit. Pada tabel 4.1 terlihat bahwa rata-rata penurunan ketangguhan impak komposit setelah mengalami perlakuan variasi besar siklus panas 50ºC, 75ºC, 100ºC, 125ºC berturut-turut adalah sebesar 13,49%, 22,05%, 34,26%, 54,17%. Prosentase penurunan tersebut dihitung dari ketangguhan impak komposit pada suhu ruangan (tanpa perlakuan panas). Grafik pengaruh variasi besar siklus panas terhadap penurunan energi serap dan ketangguhan impak komposit sandwich SG-KSL ditunjukkan pada gambar 4.1 dan gambar 4.2.
commit to user
Tabel 4.1 Hasil pengujian impak komposit sandwich setelah mengalami perlakukan variasi besar siklus panas
Energi serap(J) Ketangguhan impak (kj/m²) Variasi
suhu
(ºC) Min Max Rata-rata Min Max Rata-rata
Suhu
ruangan 9.4 10.8 10.1 42.1 55.1 46.7
50 8.8 10.8 9.6 37.6 43.8 40.4
75 7.4 9.4 8.6 32.9 40.3 36.4
100 6.1 8.8 7.1 27.1 39.4 30.7
125 4.0 7.4 5.3 16.1 29.8 21.4
Gambar 4.1 Grafik hubungan energi serap impak komposit sandwich SGKSL dengan variasi besar siklus panas
Gambar 4.2 Grafik hubungan ketangguhan impak komposit sandwich SGKSL dengan variasi besar siklus panas
commit to user
4.1.2 Pengaruh jumlah siklus panas terhadap ketangguhan impak komposit Ketangguhan impak komposit sandwich karena pengaruh variasi jumlah siklus panas (25, 50, 75, 100 dan 125) kali dengan suhu 50ºC mempunyai nilai rata-rata penurunan berturut-turut sebesar 7,06%, 13,49%, 15,84%, 22,05%, 31,90% dari ketangguhan impak komposit pada suhu ruangan (tanpa perlakuan panas). Data hasil pengujian impak komposit sandwich dengan variasi jumlah siklus panas dipaparkan pada tabel 4.2, dari data tersebut menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah siklus panas yang dilakukan maka ketangguhan impak komposit juga akan semakin menurun.
Tabel 4.2. Hasil pengujian impak komposit sandwich setelah mengalami perlakukan variasi jumlah siklus panas
Energi serap (J) Ketangguhan impak (kj/m²) Jumlah
siklus
(kali) Min Max Rata-rata Min Max Rata-rata
0 9.4 10.8 10.1 42.1 49.9 46.7
25 9.4 10.8 10.0 39.6 48.4 43.4
50 8.8 10.8 9.6 37.6 43.3 40.4
75 8.1 11.1 9.5 32.7 46.4 39.3
100 6.7 10.1 8.8 27.7 42.9 36.4
125 6.1 8.8 7.3 25.3 37.0 31.8
Gambar 4.3 Grafik hubungan energi serap impak komposit sandwich SGKSL dengan variasi jumlah siklus panas
commit to user
Gambar 4.4 Grafik hubungan ketangguhan impak komposit sandwich SGKSL dengan variasi jumlah siklus panas
4.2 Analisa Foto Makro
Berdasarkan analisa foto makro, terdapat beberapa jenis kegagalan yang terjadi diantaranya patah getas, patah geser pada core, gagal core dan delaminasi.
4.2.1 Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi besar siklus panas
a. Suhu ruangan b. Suhu 50ºC
b. Suhu 75ºC d. Suhu 100ºC
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
commit to user c. Suhu 125ºC
Gambar 4.5 Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi besar siklus panas
4.2.2 Hasil foto makro komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi besar siklus panas
a. Patah geser pada core (diambil dari spesimen no. 3 suhu ruangan)
b.Patah getas (diambil dari spesimen no. 4 suhu 50ºC)
Patah geser pada core
Patah getas
1 2 3 4 5
commit to user
c. Gagal core pada suhu 100ºC (diambil dari spesimen no. 3 suhu 100ºC)
d. Patah kombinasi (diambil dari spesimen no. 1 suhu 125ºC)
e. Gagal core pada suhu 125ºC (diambil dari spesimen no. 4 suhu 125ºC)
Gagal core Patah getas
Gagal core pada suhu 125°C Gagal core pada suhu 100°C
commit to user
f. Delaminasi (diambil dari spesimen no. 5 suhu 125ºC)
Gambar 4.6 Jenis kegagalan pengujian impak komposit akibat variasi siklus besar suhu
Berdasarkan analisa foto makro yang dilihat pada 35 spesimen komposit sandwich SG-KSL hasil pengujian impak setelah dikenai perlakuan variasi besar siklus panas menunjukkan bahwa perbedaan yang paling terlihat pada setiap variasi perlakuan panas terletak pada luas bidang patahan pada sampel uji. Pada suhu ruangan, 50ºC dan 75ºC jenis kegagalan impak yang terjadi didominasi oleh patah getas dan patah geser pada core, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.5 a dan gambar 4.5 b, sedangkan jenis kegagalan impak komposit pada perlakuan suhu 100°C dan 125°C didominasi oleh gagal core. Penampang patahan gagal core pada suhu 125°C (gambar 4.6 e) terlihat lebih lebar dibanding pada suhu 100°C (gambar 4.6 c). Pada foto makro menunjukkan komposit hasil perlakuan panas dengan suhu 125°C mempunyai luas bidang patahan core paling lebar dibanding variasi siklus panas yang lain. Hal ini menggambarkan bahwa semakin tinggi suhu pada variasi siklus panas yang diberikan pada komposit maka sifat mekanis pada core komposit sandwich SG-KSL juga akan semakin menurun sehingga mengakibatkan ketangguhan impak komposit sandwich juga semakin menurun. Pada variasi siklus suhu 125°C terjadi patah kombinasi yaitu kegagalan patah getas dan gagal core terjadi pada satu spesimen seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.6 d. Selain patah kombinasi dan gagal core, pada perlakuan panas variasi siklus suhu 125ºC juga terjadi kegagalan delaminasi.
Delaminasi
commit to user
4.2.3 Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus
a. 0 Siklus b. Siklus 25 kali
b. Siklus 50 kali c. Siklus 75 kali
d. Siklus 100 kali e. Siklus 125 kali
Gambar 4.7 Foto keseluruhan spesimen komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus
1 2 3 4 5 1
1
1
1
1
2
2 2
2 2
3
3
3
4
4 4
5
5 5
3 4 5 3 4 5
commit to user
4.2.4 Hasil foto makro komposit hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus
a. Patah geser pada core (diambil dari spesimen no. 4 0 siklus )
b. Patah getas (diambil dari spesimen no. 4 siklus 50 kali)
c. Gagal core (diambil dari spesimen no. 1 siklus 125 kali)
Gagal core Patah geser pada core
Patah getas
commit to user
d. Delaminasi (diambil dari spesimen no. 4 siklus 125 kali)
Gambar 4.8 Jenis kegagalan pengujian impak komposit akibat variasi jumlah siklus
Secara garis besar, jenis kegagalan yang terjadi pada komposit sandwich hasil pengujian impak akibat pengaruh variasi jumlah siklus panas tidak jauh berbeda dengan kegagalan impak karena pengaruh variasi besar siklus panas.
Jenis kegagalan pada komposit sandwich SG-KSL karena pengaruh variasi jumlah siklus panas 25, 50, 75 dan 100 kali pada setiap variasinya juga tidak jauh berbeda, yaitu didominasi oleh patah getas dan patah geser pada core seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7. Pada siklus panas 100 kali luas bidang patahan pada core terlihat lebih lebar dibanding siklus panas 25, 50 dan 75 kali. Penurunan ketangguhan impak komposit pada siklus panas 125 kali paling besar terlihat dari luas bidang patahan pada core yang terjadi juga paling lebar seperti terlihat pada gambar 4.8 c. Berdasarkan hasil pengamatan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa semakin banyak siklus panas yang dilakukan, maka luas bidang patahan pada core juga semakin lebar. Banyaknya patahan core ini menandai jika ketangguhan impak komposit juga semakin menurun. Hal ini dibuktikan dengan hasil uji impak yang dilakukan.
4.2.5 Hasil analisa kegagalan uji impak pada komposit akibat perlakuan variasi siklus panas
Salah satu penyebab penurunan ketangguhan impak pada komposit sandwich SG-KSL karena pengaruh siklus panas atau pemanasan berulang adalah penurunan sifat serat aren sebagai penguat komposit yang semakin lama semakin
Delaminasi
