Sugiyanto S951002008

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

OPTIMASI KEKUATAN

SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

Sugiyanto NIM. S951002008

MAGISTER TEKNIK MESIN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(2)

HALAMAN PERSETUJUAN

OPTIMASI KEKUATAN

SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS

TESIS

SUGIYANTO NIM. S951002008

Komisi Pembimbing

Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 197101031997021001

27 Juli 2012

Pembimbing II Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002

27 Juli 2012

Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal 12 Juli 2012

Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pasca Sarjana UNS

(3)

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal

Ketua Stefanus Adi Kristiawan, ST., M.Sc.(Eng), Ph.D

Direktur Program Pasca Sarjana UNS Ketua Prodi Magister Teknik Mesin

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S NIP. 19610717 1986 1 001

(4)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul : “ OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No.17, tahun 2010)

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, 27 Juli 2012 Mahasiswa

Sugiyanto

(5)

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul "Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat Gelas". Adapun tujuan penulisan Tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Magister Teknik di Prodi Magister Teknik Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan Tesis ini, khususnya kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT selaku pembimbing I

2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT selaku selaku pembimbing II dan Ketua Laboratorium Material Teknik Mesin UNS.

3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, ST., MT selaku Ketua Prodi Magister Teknik Mesin UNS dan Pembimbing Akademik.

4. Para Dosen Prodi Magister Teknik Mesin UNS

5. Bapak Teguh Triyono. ST selaku Ketua Laboratorium Proses Produksi FT UNS. 6. Bapak, Ibu, dan Mertua tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik

moril maupun materil.

7. Istri dan kedua anak saya yang setia menemaniku dan memberiku semangat. 8. Maruto Adhi Prabowo, Arifin Muntoha, Endriyanto yang membantu dalam

pengujian dan pembuatan spesimen.

9. Rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Mesin UNS.

(6)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap Tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Surakarta, Juli 2012

(7)

vii

Sugiyanto. 2012.NIM : S951002008 Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat gelas. TESIS. Pembimbing I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan komposit serat gelas. Bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN, serat gelas jenis E-Glass. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara hand lay-up. Parameter penelitian ini adalah kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive. Jenis sambungan komposit yang digunakan adalah lap joint. Sesuai dengan ASTM D 5868-95, pengujian geser dengan Universal Testing Machine. Hasil penelitian menunjukkan semakin kasar permukaan semakin tinggi kekuatan geser. Spesimen dengan kekasaran permukaan 12,54 µm kekuatan gesernya 4,37 MPa. Untuk variasi tebal adhesive, semakin tebal adhesive semakin rendah kekuatan gesernya. Berturut-turut, sambungan komposit jenis adhesive

(8)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Sugiyanto. 2012. NIM S951002008, Strength Optimization Glass Fiber Composite Joint. Thesis. Supervisor I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Study of Mechanical Engeneering. Pos-graduate Program of Sebelas Maret University, Surakarta.

ABSTRACT

This research aims to investigate the influence of surface roughness, thick and type of adhesive joint strength glass fiber of composite. The composite were made from polyester resin 157 BQTN and glass fiber type E-Glass. Composite was produced by hand lay-up method. The parameter in this research are surface roughness, adhesive thickness and adhesive type. The adhesive were used to embed the composite surface by using a lap joint type. Accordance to ASTM 5868-95, the specimen were conducted to Universal Testing Machine for shear testing. The result shows the high of surface, the higher of shear strenght. The specimen which 12,54 µm of surface roughness has 4,37 MPa of shear strength. For the variation of adhesive thickness, the more thickness of adhesive causes the decreacing of joint strength. Respectevely, the composite joint which has higher strength are epoxy adhesive, polyester and chloroprene.

(9)

Pernyataan Orisinilitas dan Publikasi Ilmiah ... iv

(10)

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 29

A. Kekasaran Permukaan ... 29

B. Tebal Adhesive ... 32

C. Jenis Adhesive ... 35

D. Pembahasan Proses Pengujian ... ... 37

BAB V. PENUTUP... 39

A. Kesimpulan ... 39

B. Saran ... 39

(11)

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat ... 9

Tabel 2. Spesifikasi epoksi... 12

Tabel 3. Spesifikasi chloroprene ... 13

Tabel 4. Spesifikasi resin polyester ... 14

Tabel 5. Angka kekasaran permukaan ... 22

Tabel 6. Hasil perhitungan terhadap kekasaran ... 29

Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive ... 32

(12)

(13)

xiii

Gambar 23. Konsentrasi tegangan ... 31

Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser ... 33

Gambar 25. Kerusakan di area komposit ... 33

Gambar 26. Foto SEM dengan tebal adhesive 0,25 mm . ... 33

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal adhesive 1,75 mm . ... 34

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan ... 35

Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive ... 36

Gambar 30. Foto SEM dengan polyester ... 36

Gambar 31. Foto SEM dengan chloroprene ... 36

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara), konstruksi dan dunia antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain: tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan), murah dan proses pembuatannya mudah. Di bidang transportasi terutama otomotif, penggunaan material komposit sampai sekarang masih berkembang. Hal ini disebabkan karena material logam semakin mahal serta tingkat kebutuhan komponen otomotif semakin besar. Material komposit sebagai pengganti material logam sudah mulai diterapkan seperti di INKA Madiun. Penggunaan material komposit hampir 60 % menggantikan bahan dari logam dan pengurangan berat sampai 25%-30%. Adapun serat yang banyak digunakan adalah jenis serat gelas/buatan yaitu serat gelas jenis E – Glass dalam bentuk serat acak maupun serat anyam.

(15)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 2

material sambungan dengan menggunakan suatu adhesive sehingga akan mengurangi ketergantungan material logam sebagai bahan tambahan yang harganya mahal. Dengan penggunaan sambungan material komposit ini dikembangkan untuk mendukung pengembangan konstruksi kendaraan berbahan bakar energi terbarukan.

Hufenbach (2007) meneliti tentang sistem penyambungan antara komposit-logam aluminium dengan sambungan keling. Kedua material dikenai uji tarik dan geser statis. Pada pengujian ini terjadi kelelahan dan terjadi perambatan retak di sekitar lubang sambungan keling.

Penggunaan material komposit pada suatu struktur harus memenuhi kriteria kemampuan, kenyamanan dan keamanan yaitu sambungan (Schwartz 1984). Metode penyambungan yang dapat diterapkan pada material komposit adalah mechanical method, dan adhesive bonding, serta gabungan keduanya. Mechanical method

menggunakan baut/pin dan sejenisnya sebagai media penyambung, sedangkan adhesive bonding menggunakan adhesive/perekat sebagai media penyambung

(Schwartz 1984). Ketiga metode penyambungan tersebut, adhesive bonding merupakan metode yang paling tepat untuk menyambung elemen-elemen tersebut. Metode ini tidak akan merusak serat dan distribusi beban akan merata, mampu menahan beban yang lebih besar daripada mechanical method, dan penggunaan metode penyambungan ini tidak menambah berat material (Fassio 2005).

(16)

grained joint, yang meliputi tiga model sambungan, yaitu model half lap joint,

mortise and tenon, serta double mortise and tenon. Dari ketiga model sambungan

tersebut, half lap joint merupakan model sambungan yang paling kuat.

Sambungan adhesive merupakan solusi dalam rangka penghematan bahan dan estetika/kerapian. Sambungan adhesive selalu digunakan secara luas dalam berbagai jenis sambungan struktur yang terbuat dari bahan logam, komposit dan keramik. Selama ini proses penyambungan dilakukan dengan sambungan las, sambungan mur-baut, sambungan keling, brazing dan lain-lain. Penggunaan sambungan adhesive mempunyai kelebihan tentang variasi temperatur, menahan kelembaban, ketahanan terhadap fatik, mudah menyambung bahan yang berbeda, tidak mengubah sifat bahan yang disambung dan mengurangi kemungkinan korosi yang terjadi (Yusep 2005).

Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih homogen dan sangat kuat.

(17)

Penelitian mengenai sambungan masih banyak membahas sambungan logam, termasuk penelitian-penelitian di atas, sedangkan sambungan komposit belum banyak yang mempergunakannya. Dengan pertimbangan di atas, maka perlu dilakukan penelitian tentang sambungan komposit-komposit. Sambungan yang digunakan lap joint, yang diperluas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive.

B. Perumusan Masalah

Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan, bagaimana pengaruh pemakaian kekasaran permukaan, tebal adhesive serta jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh kekasaran permukaan terhadap karakteristik kekuatan sambungan serat gelas.

2. Mengetahui pengaruh tebal adhesive terhadap kekuatan sambungan serat gelas. 3. Mengetahui pengaruh jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan

4. Mengetahui tentang patah permukaan (fracture surface) terhadap kekuatan

(18)

D. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai kajian teoritis dan praktis bagi pihak-pihak terkait yang berkompeten dalam bidang penelitian dan industri, yaitu:

1. Secara teoritis dapat dipakai untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekuatan sambungan material komposit serat gelas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive yang berbeda.

2. Secara praktis dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan bagi bidang industri pemakai material komposit terhadap sambungan yang selama ini memakai sambungan logam.

(19)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Teknologi material komposit dengan menggunakan serat gelas sebagai penguat telah banyak dikembangan untuk dapat menggantikan material logam. Hal ini disebabkan karena material logam terbatas dan mahal. Serat gelas yang digunakan sebagai penguat komposit tersebut mempunyai berbagai keunggulan, diantaranya; harga murah, mampu meredam suara, ramah lingkungan, mempunyai densitas rendah, dan kemampuan mekanik yang tinggi. Komposit serat gelas banyak digunakan sebagai interior mobil, peredam akustik, body kendaraan dan panel pintu hal ini disebabkan karena penggunaan serat gelas sebagai penguat komposit dapat mengurangi pemakaian material logam hampir 80%.

Broughton (2008) meneliti tentang pengaruh panjang ikatan terhadap kekuatan sambungan adhesive dengan uji tarik. Jenis sambungan tipe single-lap joint dengan variasi panjang ikatan 12,5 mm; 25,0 mm; dan 50,0 mm, dengan dimensi spesimen mengacu pada ASTM D 3164-97. Hasil penelitian menunjukkan semakin panjang ikatan, maka semakin kuat sambungan tersebut.

Canyurt (2008) melakukan penelitian tentang sambungan model U atau model lurus dengan material komposit-komposit, komposit–aluminium 5083, komposit–logam ST 37. Jenis adhesive Loctite Hysol 9464 A&B dengan ketebalan ta

= 0,1 mm, 0,2 mm, 0,4 mm. Pengujian tarik didapatkan tegangan tarik/tekan maksimum pada komposit-logam ST 37 sebesar 37,38 kN.

(20)

Brian (2009) mengatakan model sambungan X yang diterapkan pada geladak kapal mengalami kegagalan dalam kasus penekanan dan tarik, hal ini disebabkan oleh beban tarik pada sambungan jenis X akibat cacat pada corenya. Jenis adhesive yang digunakan adalah Reichhold NORPOL FI-177 model isotropic, material elastis dan linier. Pengujian tekan dengan adhesive ini mendapatkan Modulus Young sebesar 289 MPa dan Poisson ratio 0,30 MPa.

Antonino (2010) melakukan penelitian antara komposit-logam aluminium

menggunakan adhesive adekti dan SP 106, tebal 0,5 dan 1,5 mm dengan sambungan

tumpang. Hasil pengujian geser ASTM D1002 menunjukkan tebal adhesive akan

mempengaruhi tingkat kegagalan pada permukaan logam.

A. Komposit

Material komposit adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih yang memilik sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing-masing komponen. Pada bahan komposit bahan pembentuknya masih terlihat seperti aslinya (Budinski 2003). Salah satu bahan komposit adalah plastik yang diperkuat serat. Dipilihnya serat gelas oleh pendesain material karena dapat menghasilkan sifat gabungan yang tidak mungkin diperoleh pada jenis bahan lain seperti ringan, tangguh, tahan korosi, warna tahan lama, transparan, mudah pemrosesannya (Hosen 2001).

(21)

besar gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks mengikat serat, melindungi dan meneruskan gaya antar serat.

1. Serat

Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama yang menahan

beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat bahan tersebut, karena minimnya cacat pada material. Selain itu serat juga merupakan unsur yang terpenting, karena seratlah nantinya yang akan menentukan sifat mekanik komposit tersebut seperti kekakuan, keuletan, kekuatan. Serat terdiri dari serat alam (jute, kapas, wol, sutra, dan rami) dan serat sintetis (gelas, karbon, rayon, dan nilon ).

Serat gelas

(22)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id dikembangkan sebagai penyekat atau bahan isolasi. Jenis ini mempunyai kemampuan bentuk yang baik. Adapun kelebihan serat gelas jenis E-glass adalah produksi tinggi, kekuatan tinggi, densitas relatif rendah, tidak mudah terbakar, tahan terhadap panas, relatif tidak peka terhadap kelembaban, sebagai isolator yang baik. Kekurangan dari serat gelas jenis E-glass adalah modulus rendah, densitas lebih tinggi dibanding dengan serat karbon dan serat organik.

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat gelas (Mueler 2003)

No

(23)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan oleh faktor lingkungan. Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat yang diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Penelitian ini matriks yang digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin polyester.

Matriks resin polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi konstruksi ringan dan harganya murah. Resin polyester ini mempunyai karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Resin polyester dapat digunakan pada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel resin dan keperluannya.

Keuntungan lain matriks resin polyester adalah mudah dikombinasikan dengan serat dan dapat digunakan untuk semua bentuk bentuk penguatan plastik. 3. Fraksi volume

(24)

B. Adhesive

Kata adhesive berasal dari bahasa latin adhaerere yang berarti melekatkan.

Secara terminologi, adhesi adalah suatu proses interaksi zat padat maupun cair dari suatu

bahan (adhesive atau adherent) dengan bahan yang lain (adherend) pada sebuah

permukaan. Adhesive juga harus mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia dan panas, supaya dalam keadaan tersebut daya adhesive tidak mudah rusak. Adhesive dapat digolongkan menjadi 2 yaitu thermoplastik dan thermosetting. Dalam penelitian ini adhesive yang digunakan dalam sambungan komposit adalah epoksi resin, polyester resin, chloroprene.

1. Epoksi

Resin epoksi merupakan jenis resin termoset. Resin epoksi mempunyai kegunaan yang luas dalam industri kimia teknik, listrik, mekanik, dan sipil sebagai bahan perekat, cat pelapis, dan benda-benda cetakan. Resin epoksi mempunyai ketahanan kimia yang baik, tahan terhadap suhu tinggi, sedikit mengalami penyusutan, kekuatan mekanis yang baik. Adhesive ini memiliki kelemahan tidak tahan terhadap larutan asam.

Resin epoksi berbentuk cair dengan 2 campuran, satu epoksi hardener tipe general purpose (polyaminoamida), kedua epoksi resin tipe general purpose

(25)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Sifat lain adalah mempunyai kekuatan tinggi dan suhu tinggi, relatif pada suhu rendah, mudah digunakan, biaya rendah, mampu tahan pada suhu -40°C sampai +100°C (Banea 2009).

Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih homogen dan sangat kuat.

(26)

karena resin epoksi tahan aus dan tahan kejut, bahan ini banyak digunakan untuk membuat cetakan tekan untuk pembentukan logam.

2. Chloroprene adhesive

Perekat serbaguna dengan kemampuan cepat merekat dan dalam kondisi permukaan kotor serta mampu tahan suhu -40°C sampai +120°C (Banea 2009) dan mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia, sinar matahari, cuaca.

Tabel 3. Spesifikasi Chloroprene sebagai perekat untuk lantai, laminasi kertas, tekstil dan sebagai perekat lainnya (Glen 2009). Chloroprene memiliki kekuatan tarik yang tinggi yaitu 20,7-27,6 MPa. Chloroprene tersusun atom monomer-monomer C4H5CL yang membuat

rantai molekul yang saling berdekatan. 3. Resin polyester adhesive

(27)

Tabel 4. Spesifikasi resin polyester 157 BQTN-EX

Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal

(28)

C. Kekasaran Permukaan

Permukaan adalah batas yang memisahkan benda padat dengan sekelilingnya. Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam pemberian adhesive sebagai media penyambung. Proses penyambungan secara lap joint kedua penampang permukaan komposit memerlukan kekasaran. Parameter kekasaran permukaan berguna untuk mengindentifikasi besarnya kekasaran permukaan. Pengukuran kekasaran menggunakan alat pengukur kekasaran (Surface Roughness Tester ).

Daniel (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan komposit dengan mesin freis. Parameter yang digunakan adalah kecepatan potong 46 rpm, 70 rpm, 105 rpm didapatkan tingkat kekasaran permukaan sebesar 5,6 µm, 3,6 µm, 3,2 µm. Naven (2009) membuat kekasaran permukaan dengan mesin CNC untuk material pipa komposit. Putaran mesin yang digunakan 4500 Rpm dengan hasil kekasaran minimum 2,3 µm dan maksimum 4,07 µm.

Syed (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan dengan mesin bubut untuk pipa komposit bahan serat gelas jenis E-glass dan adhesive yang digunakan epoxy. Variasi kecepatan potong 40 rpm, 60 rpm, 95 rpm, 145 rpm, 225 rpm dengan

hasil 3,85 µm, 3,73 µm, 3,40 µm, 3,04 µm, 3,20 µm.

D. Tegangan Geser

(29)

P Material komposit Adhesive

P Material komposit

Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser

Tegangan geser (Popov 1996) :

A P =

t _{………... (1)}

Dimana :

t _{= Tegangan geser (MPa)}

P = Beban tarik (N)

(30)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

(a) (b)

(c) (d) Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian Keterangan :

a) Mesin uji Universal Testing Machine ( UTM ) merk Sans/SHT-1046 b) Timbangan elektronik HR 200 AND

(31)

2. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

(a) (b)

(c) (d)

(32)

Keterangan :

a) Serat gelas acak sumber dari PT. Justus Kimia Raya Semarang. b) Resin Unsaturated polyester Yucalac® 157 BQTN-EX.

c) Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Perokside)

d) Releaser Mirror Glase Wax/FRP Wax, sumber dari PT. Justus e) Adhesive epoxy,

f) Chloroprene dari PT. Justus Kimia Raya Semarang.

B. Pelaksanaan dan Pengambilan Data Penelitian

a. Pembuatan Spesimen, Pengujian Kekasaran Permukaan, Pengujian Geser di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin UNS.

(33)

C. Diagram Alir Penelitian

Gambar 5. Diagram alir penelitian Mulai

Serat Gelas Acak Matriks ( UPRs BQTN 157 EX )

Selesai Hasil Akhir

Variabel kekasaran permukaan:(12,54 µm, 8,43 µm, 5,08 µm, 1,36 µm) ( Tebal adhesive 0,25 mm, Adhesive Epoksi)

Pembuatan spesimen,

Tebal Adhesive: (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm) (Kekasaran 12,54 µm, Adhesive Epoksi)

Pembuatan spesimen, Jenis Adhesive: Epoksi, Polyester, Chloroprene (Kekasaran 12,54 µm, Tebal 0,25 mm)

Pengujian Geser, Foto SEM

Hasil Tahap I

Hasil Tahap

Pengujian Geser, Foto SEM

(34)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id MEKPO. Kemudian di atas serat gelas dituang campuran resin termosetting BQTN 157-EX dan katalis MEKPO sampai semua serat gelas terendam. Cetakan penutup dipasang di atas spesimen dan dibiarkan mengeras pada temperatur ruang selama 2 jam.

2. Pembuatan kekasaran permukaan

Dalam pembuatan sambungan komposit, kedua permukaan komposit dikasarkan dengan proses pemesinan menggunakan mesin milling. Variasi kekasaran permukaan yang didapatkan berdasarkan variabel yaitu putaran spindle/kecepatan potong (55 Rpm, 102 Rpm, 178 Rpm, 310 Rpm) dengan

kecepatan makan tetap (24,5 feed per menit) dan sudut pahat potong 15º. Kedalaman pemotongan 0,1 mm dibuat seragam. Setelah didapatkan kekasaran permukaan, dilakukan pengukuran kekasaran permukaan dengan Surface Roughness Tester untuk mendapatkan angka kekasaran (Ra) seperti yang

(35)

Tabel 5. Angka kekasaran permukaan hasil pengukuran No Putaran Spindle

Gambar 7. Sambungan tumpang/lap joint ASTM 5868-95

25,4 m

(36)

a. Kekasaran permukaan

Pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95.

Dalam pembuatan sambungan komposit dengan variabel kekasaran permukaan sebagai berikut: tebal adhesive 0,25 mm, adhesive yang digunakan epoksi, variasi kekasaran permukaan seperti pada Tabel 5. Untuk menentukan ketebalan sambungan adhesive, diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai tebal ± 0,25 mm (diukur dengan mikrometer). Proses penyambungan dengan cara dipres terlihat Gambar 8. Proses pengeringan selama 24 jam. Setiap variabel berjumlah 5 spesimen seperti Gambar 9. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 8. Proses pres pembuatan sambungan komposit

(37)

b. Tebal adhesive

Dalam pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95 dengan variasi tebal adhesive. Variabel yang digunakan adalah tebal (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm), adhesive yang digunakan epoksi serta kekasaran permukaan yang mempunyai kekuatan sambungan paling besar. Adapun cara pembuatan sambungan prinsipnya sama seperti pembuatan sambungan pada kekasaran permukaan. Tebal adhesive diambil secara urut sebesar 0,25 mm dan seterusnya. Untuk menentukan ketebalan adhesive diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai tebal 0,25 mm sampai 1,75 mm (diukur dengan mikrometer). Setelah dilakukan proses penyambungan, selanjutnya dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam. Spesimen sambungan komposit setelah jadi, dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive

c. Jenis adhesive

(38)

adhesive resin. Ketiga jenis adhesive tersebut dicari jenis adhesive yang

mempunyai kekuatan sambungan yang paling kuat atau baik. Dalam pembuatan sambungan jenis adhesive ini menggunakan tebal adhesive 0,25 mm dengan kekasaran permukaan 12,54 µm. Perbandingan pemakaian adhesive epoksi 1 : 1, untuk adhesive resin polyester 100 ml dan 1% katalis, serta chloroprene. Setiap sambungan dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 11. Sambungan komposit dengan adhesive polyester

D. Pengujian Sambungan Komposit

Pengujian yang dilakukan adalah pengujian geser di Laboratorium Material Teknik Mesin UNS dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM).

1. Beban rata-rata dengan kelajuan : 50 mm/menit

2. Beban maksimum mesin uji tarik : 100 ton

(39)

Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95

Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit

Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM P

(40)

E.Hasil Pengujian Spesimen Sambungan

1. Kekasaran permukaan

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi (a) 12,54 µm (b) 8, 43 µm (c) 5,08 µm (d) 1,36 µm

1. Tebal adhesive

(a) (b)

(c) (d)w Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive

(41)

2. Jenis adhesive

(a) (b)

(c)

Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm (a) Adhesive epoksi (b) Adhesive polyester (c) Chloroprene

F.. Foto SEM

Foto SEM ini digunakan untuk mengetahui tentang ikatan adhesive yang terjadi pada permukaan sambungan komposit.

G. Analisis Data dan Pembahasan

Analisa dilakukan dengan cara memproses data yang diperoleh dari hasil pengujian. Dari data tersebut diperoleh nilai kekuatan sambungan. Pengamatan foto SEM dilakukan untuk mendukung analisis dari sifat mekanis yang diperoleh.

(42)

No Kekasaran permukaan (µm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 1.36 4.26

2 5.08 3.49

3 8.43 3.22

4 12.54 2.93

Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan

(a) (b)

Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm 1

2. Kerusakan di adhesive + polyester 3. Kerusakan di adhesive

(43)

Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm

Gambar 22. Foto SEM dengan kekasaran 12,54 µm

Semakin kasar permukaan sambungan, semakin tinggi kekuatan gesernya (Gambar 18). Kekuatan geser terendah disebabkan oleh ikatan adhesive epoksi di komposit lemah. Hal ini dibuktikan dengan adanya sebagian serat gelas yang lepas dari komposit. Sementara itu pada permukaan komposit yang lebih kasar memiliki kekuatan ikatan pada permukaan komposit yang kuat sehingga kekuatan gesernya juga lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh permukaan kontak dengan adhesive yang lebih besar pada permukaan yang lebih kasar.menjadikan semakin tinggi pula kekuatan adhesive dalam mengikat komposit. Kekuatan geser yang tinggi juga dibuktikan adanya serat gelas yang terlepas dari komposit cukup banyak (Gambar 19).

Epoksi Matriks

Serat Gelas

Epoksi

(44)

Pengujian geser dengan alur yang pendek menyebabkan mengikatnya adhesive ke permukaan komposit rendah, sementara itu dengan luasan alur yang

lebar mengikatnya adhesive semakin kuat (Gambar 20). Sifat mengikat antara campuran matrik polyester dengan adhesive epoksi cukup baik sehingga kerusakan terjadi pada komposit.

Konsentrasi tegangan

Komposit

Gambar 23. Konsentrasi tegangan

Kerusakan diawali dari ujung sambungan, sehingga mempengaruhi perubahan bentuk dan akan terjadi konsentrasi tegangan (Gambar 23). Dalam pengujian sambungan komposit alat bantu tidak mampu menjamin terjadinya geser murni, mengakibatkan terjadinya geser desak pada spesimen uji geser. Kemungkinan kerusakan spesimen akan terjadi pada 3 area yaitu komposit, campuran+adhesive, adhesive.Gaya desak arah taransversal akan mengakibatkan gaya desak luaran lateral. Bagian spesimen dari 3 area tersebut diatas akan menyebabkan kerusakan akibat gaya desak. Kerusakan spesimen terjadi pada area komposit.

(45)

B. Tebal Adhesive

Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive No Tebal adhesive (mm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 0.25 4.26

2 0.5 3.49

3 1.25 3.22

4 1.75 2.93

Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser

Gambar 25. Kerusakan di area komposit

(46)

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal 1,75 mm

Gambar 24. menunjukkan semakin tebal adhesive, kekuatan gesernya semakin turun. Hal ini disebabkan mengikatnya adhesive di permukaan komposit tidak kuat. Gaya geser yang terjadi pada adhesive akan menyebabkan tegangan geser, gaya

geser yang diberikan akan menyebabkan regangan geser (γ) yaitu adanya perubahan

atau pergeseran adhesive. Perubahan atau pergeseran akibat tebal adhesive berbeda, maka regangan geser akan dipengaruhi oleh tebal tipisnya adhesive pada daerah komposit. Regangan geser akan semakin kecil jika tebal bertambah, sehingga tegangan geser yang bekerja menjadi turun.

Hal ini menunjukkan kekuatan komposit serat gelas dengan matriks polyester lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan adhesive epoksi, sehingga kerusakan di 3 area terjadi pada komposit (Gambar 25).

Tebal adhesive 0,25 mm memiliki kekuatan geser paling tinggi, tetapi kerusakan terjadi pada kompositnya (Gambar 26). Tebal adhesive 1,75 mm terjadi kerusakan di komposit, hal ini disebabkan permukaan sambungan komposit memiliki kekuatan yang lebih rendah/lemah dibandingkan dengan adhesive yang digunakan,

Epoksi Serat Gelas

(47)

hal ini terlihat kemampuan mengikat adhesive di komposit kurang sehingg serat gelas terlepas dari kompositnya (Gambar 27).

C. Jenis Adhesive

Tabel 8. Hasil perhitungan jenis adhesive

No Jenis adhesive Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 Epoksi 4.48

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan yang dihasilkan

(48)

Gambar 30. Foto SEM pada adhesive polyester

Gambar 31. Foto SEM pada adhesive chloroprene

Gambar 28. memperlihatkan sambungan komposit dengan adhesive epoksi memiliki kekuatan geser tertinggi diantara dibandingkan adhesive lain (polyester dan chloroprene. Adhesive epoksi memiliki kekuatan ikatan yang tinggi dengan

polyester, karena epoksi dan polyester mempunyai kemiripan unsur kimia yang

sama, seperti C, H dan O. Hal yang sama juga terjadi pada adhesive polyester mempunyai kekuatan geser lebih tinggi dibandingkan dengan lem kuning. Hal ini

disebabkan adhesive polyester mempunyai sifat mengikat kuat dengan komposit yang terbuat dari matrik polyester. Sambungan dengan adhesive polyester saat pengujian pada 3 area tersebut, terjadi kerusakan di komposit dengan adhesive Adhesive polyester

Lem Kuning Serat gelas

(49)

polyester. Namun kekuatan ikatan adhesive chloroprene terhadap polyester jauh lebih rendah, karena unsur-unsur yang terkandung didalalm chloroprene sangat berbeda dengan unsur-unsur yang ada pada polyester (Gambar 29). (Gambar 30). memperlihatkan adhesive polyester dengan matriks polyester terjadi suatu ikatan yang kuat yang ditunjukkan dengan adanya serat gelas yang terlepas dari kompositnya. (Gambar 31). memperlihatkan lem kuning hanya menempel di permukaan komposit, sehingga kerusakan terjadi pada adhesive dan alur pada komposit tampak tanpa adanya lem kuning tersisa.

D. Pembahasan Proses Pengujian

1. Sebelum pengujian, dilakukan mengukur dimensi spesimen sesuai dengan ASTM 5868-95. Hasil pengukuran spesimen sambungan mayoritas tepat ukurannnya sesuai dengan ASTM 5868-95, namun ada ukuran yang lebih atau kurang dengan selisih 0,01 mm. Kemudian dilakukan penjepitan di alat bantu.

(50)

digunakan untuk menghitung tegangan geser dengan beban dibagi luas penampang area geser. Tegangan geser hasil perhitungan akan didapatkan nilai tegangan geser yang optimum.

3. Hasil pengujian didapat bahwa ukuran spesimen sambungan yang berbeda,

mempengaruhi besarnya beban yang diterima oleh komposit. Begitu juga alat bantu yang digunakan perlu adanya perbaikan untuk penelitian lebih lanjut (Gambar 32).

(51)

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa :

1. Kekasaran suatu permukaan sangat berpengaruh terhadap kekuatan sambungan, tetapi kerusakan sambungan banyak terjadi pada kompositnya. 2. Ketebalan adhesive mempunyai pengaruh terhadap kekuatan sambungan,

tetapi kerusakan sambungan juga terjadi pada komposit.

3. Sifat mampu ikat terjadi pada epoksi dan polyéster, sedangkan chloroprene

tidak mengikat hanya menempel dipermukaan komposit.

4. Hasil foto SEM untuk mengetahui perbedaan kegagalan ikatan adhesive pada

komposit.

B. SARAN

Untuk lebih mengembangkan di bidang sambungan komposit, maka penulis memberikan saran :

1. Penelitian lanjutan tentang beberapa jenis sambungan, material yang digunakan, dan jenis adhesive yang lain.

2. Penggunaan alat bantu harus diperhatikan, hal ini sangat berguna apabila