i
PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN FILLER TERHADAP KEKUATAN BENDING KOMPOSIT AMPAS TEBU - SERBUK KAYU
DALAM MATRIK POLYESTER
SKRIPSI
Oleh: YANU RIANTO
K 2507008
PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN FILLER TERHADAP KEKUATAN BENDING KOMPOSIT AMPAS TEBU - SERBUK KAYU
DALAM MATRIK POLYESTER
SKRIPSI
Oleh: YANU RIANTO
K 2507008
Skripsi
Ditulis dan diajukan untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana
Pendidikan Program Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi ini disetujui untuk dipertahankan di hadapan tim penguji skripsi
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam penulisan skripsi ini tidak
terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
Perguruan Tinggi dan menurut sepengetahuan penulis juga tidak terdapat karya
atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara
tertulis mengacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
PENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan dihadapan tim penguji Skripsi Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima
untuk memperoleh persyaratan gelar Sarjana Pendidikan.
Pada hari : Selasa
ABSTRAK
Yanu Rianto. PENGARUH KOMPOSISI CAMPURAN FILLER
TERHADAP KEKUATAN BENDING KOMPOSIT AMPAS TEBU - SERBUK KAYU DALAM MATRIK POLYESTER. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Universitas Sebelas Maret Surakarta,
Desember 2011.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk ; (1) Mengetahui pengaruh
komposisi campuran filler terhadap kekuatan bending pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dalam matrik polyester, (2) Mengetahui komposisi campuran filler
yang mempunyai kekuatan bending paling besar pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dalam matrik polyester.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material Fakultas Teknik UNS
Surakarta dengan menggunakan alat uji Universal Testing Machine (UTM) dengan standar ASTM D 790. Pengujian dilakukan pada tiga variasi campuran
ampas tebu – serbuk kayu yaitu 10% : 30%, 20% : 20%, dan 30% : 10%. Komposit dibuat dengan cara hand lay-up dengan perbandingan fraksi volume antara matrik dan filler sebesar 60% : 40%.
Hasil penelitian ini adalah ; (1) Ada pengaruh yang signifikan komposisi
campuran filler terhadap kekuatan bending pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dalam matrik polyester, (2) Kekuatan bending tertinggi diperoleh pada komposisi campuran filler 20% ampas tebu dan 20% serbuk kayu yaitu sebesar 46.19 MPa.
ABSTRACT
Yanu Rianto. THE INFLUENCE OF FILLER MIXED COMPOSITION TO
THE BENDING STRENGTH OF CANE DREGS – WOOD DUST FILLER WITHIN POLYESTER MATRIX COMPOSITE. Research Paper, Surakarta: The Faculty of Teacher Training and Education. Sebelas Maret University of
Surakarta, December 2011.
The purpose of this research were; (1) to determine the influence of filler
mixed composition to the bending strength of cane dregs – wood dust filler within polyester matrix composite, (2) to find out the filler mixed composition which
resulting the higgest bending strength of cane dregs – wood dust filler within polyester matrix composite.
This research was conducted at the Material Laboratory of the
Engineering Faculty of Sebelas Maret University of Surakarta. The speciments
tested using a Universal Testing Machine (UTM) based on ASTM D 790. There
were three variations of cane dregs – wood dust filler mixed composition tested; they are 10% : 30%, 20% : 20%, and 30% : 10%. The composite was made using
hand lay-up method with the volume fraction between matrix and filler of 60% :
40%. The matrix used was polyester BQTN 157 with addition of 1% MEXPO
catalyst.
The result of this research show that; (1) there was significant influence
in filler mixed composition to the bending strength of cane dregs – wood dust filler within polyester matrix composite, (2) the highest bending strength gained at
the composition of 20% cane dregs and 20% wood dust which give a tensile
bending strength of 46.19 MPa.
MOTTO
“Tantangan Dan Masalah Merupakan Tanda Bahwa Kita Masih Hidup.”
“Kekuatan Terbesar Untuk Menyelesaikan Pekerjaan Adalah Pada Saat Kita Berani Untuk Memulainya.”
Ω Parlindungan Marpaung Ω
“Daripada Mengutuki Kegelapan Lebih Baik Ambil Sebatang Lilin Dan Nyalakan.”
Ω Stephen Covey Ω
“Bersyukurlah Karena Engkau Tidak Memiliki Semua Yang Diinginkan, Jika Kamu
Memiliki Semuanya, Apalagi Yang Hendak Kau Cari”
“Bersyukurlah Atas Setiap Tantangan Baru, Karena Hal Itu Akan Membangun Kekuatan Dan Karaktermu”
PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Ayah dan ibuku
Kakak dan adikku
Keluarga bahagiaku
Kekasih sejatiku
Mahasiswa PTM 2007
Dosen-Dosen PTM
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kepada kita nikmat,
taufiq, rahmat, hidayah serta inayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Komposisi Campuran Filler Terhadap
Kekuatan Bending Komposit Ampas Tebu-Serbuk Kayu Dalam Matrik Polyester”.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini banyak
menghadapi hambatan dan kesulitan. Namun dengan bantuan dari berbagai pihak
hambatan dan kesulitan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu, penulis
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan
memberi dukungan moral, maupun spiritual kepada penulis, antara lain :
1. ALLAH SWT atas segala kenikmatan yang telah diberikan.
2. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Surakarta
3. Bapak Drs. Sutrisno, S.T., M.Pd. selaku Ketua Jurusan Pendidikan
Pendidikan Teknik dan Kejuruan Universitas Sebelas Maret Surakarta.
4. Bapak Yuyun Estriyanto, S.T., M.T, selaku Ketua Program Studi Pendidikan
Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus sebagai dosen
pembimbing II, yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam
menyusun skripsi.
5. Bapak Budi Harjanto S.T., M. Eng, selaku Koordinator Skripsi Pendidikan
Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
6. Bapak Drs. Suwachid, M.T., M.Pd, selaku Dosen pembimbing I, yang telah
membimbing dan mengarahkan penulis dalam menyusun skripsi.
7. Bapak Herman Saputro, M.T., M.Pd selaku pembimbing akademis yang telah
membantu dan membimbing penulis selama studi di PTM JPTK.
8. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin yang telah bersedia
dengan ikhlas berbagi ilmu dengan penulis.
10. Bapak, Ibu, keluarga tercinta, dan kekasih sejatiku yang telah memberikan
kasih sayang, semangat, dan dukungan.
11. Teman-teman seperjuangan di Program Studi Pendidikan Teknik Mesin,
mahasiswa PTM 2007 yang „JOSS Tenan‟ yang telah memberikan kontribusi
dalam menyelesaikan skripsi ini.
12. Kepada seluruh pihak yang telah memberikan bantuan moral dan spiritual
hingga terselesainya skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan
dan jauh dari sempurna. Untuk itu kritik maupun saran yang sifatnya membangun
demi kebaikan skripsi ini sangat penulis harapkan.
Akhir kata penulis berharap bahwa skripsi ini dapat bermanfaat bagi
setiap orang yang membaca dan merupakan suatu referensi yang dapat
dipertimbangkan. Semoga Allah SWT senantiasa memberikan berkah maghfirah
bagi kita semua. Amin.
Surakarta, Desember 2011
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGAJUAN ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
HALAMAN ABSTRAK ... vi
HALAMAN MOTTO ... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 3
C. Pembatasan Masalah ... 3
D. Perumusan Masalah ... 4
E. Tujuan Penelitian ... 4
F. Manfaat Penelitian ... 4
BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka ... 5
1. Komposit ... 5
2. Tebu... 12
3. Kayu ... 14
4. Polyester ... 18
6. Uji bending ... 20
B. Penelitian Yang Relevan ... 21
C. Kerangka Berpikir ... 22
D. Hipotesis Penelitian ... 23
BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 24
B. Metode Penelitian... 24
C. Populasi dan Sampel ... 25
D. Teknik Pengumpulan Data ... 25
E. Pelaksanaan Eksperimen ... 31
F. Teknik Analisis Data ... 33
BAB IV HASIL PENELITIAN A. Deskripsi Data ... 37
B. Pengujian Persyaratan Analisis ... 39
1. Uji Normalitas ... 39
2. Uji Homogenitas ... 40
C. Pengujian Hipotesis ... 40
1. Hasil Pengujian Hipotesis dengan Anava Satu Jalan ... 40
2. Hasil Komparasi Ganda Pasca Anava Satu Jalan ... 41
D. Pembahasan Analisis Data ... 43
BAB V SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simpulan ... 46
B. Implikasi ... 46
C. Saran ... 47
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Kandungan Kimia Serat Alami ... 13
Tabel 2. Sifat Mekanik Berbagai Serat Alami ... 13
Tabel 3. Spesifikasi Resin Unsaturated polyester yucalac BQTN 157 ... 19
Tabel 4. Jumlah dan Variasi Spesimen Komposit ... 32
Tabel 5. Ringkasan Perhitungan Homogenitas dengan Uji Bartlett ... 34
Tabel 6. Daftar Anava Satu Arah ... 35
Tabel 7. Hasil Pengukuran Kekuatan Bending ... 37
Tabel 8. Hasil Uji Normalitas Metode Lilliefor ... 39
Tabel 9. Hasil Uji Homogenitas Dengan Metode Bartlet ... 40
Tabel 10. Hasil Pengujian Anava Satu Arah ... 41
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Limbah Ampas tebu dan Serbuk Kayu Jati ... 1
Gambar 2. Komposit Serat ... 8
Gambar 3. Komposit Serpih ... 8
Gambar 4. Komposit Partikel ... 9
Gambar 5. FilledComposites ... 9
Gambar 6. Laminar Composites ... 10
Gambar 7. Pembebanan 3-Point Bending ... 20
Gambar 8. Bagan Kerangka Berpikir ... 23
Gambar 9. Bahan-Bahan Penelitian ... 27
Gambar 10. Alat-Alat Penelitian ... 29
Gambar 11. Diagram Alir Penelitian ... 30
Gambar 12. Spesimen Komposit... 32
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Volume dan Massa ... 50
Lampiran 2. Menghitung Kekuatan Bending ... 53
Lampiran 3. Standar Deviasi dan Uji Normalitas ... 56
Lampiran 4. Uji Homogenitas ... 64
Lampiran 5. Uji Anava Satu Jalan ... 65
Lampiran 6. Uji Pasca Anava... 67
Lampiran 7. Tabel-tabel Statistika ... 69
Lampiran 8. Dokumentasi Penelitian ... 73
1 BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Indonesia merupakan negara agraris yang kaya akan tanaman penghasil
kayu, yang banyak digunakan untuk berbagai keperluan. Tidak diketahui secara
pasti jumlah dan potensi keanekaragaman jenis-jenis kayu di Indonesia saat ini
mengingat semakin maraknya penebangan liar.
Indonesia yang terletak di kawasan tropis dengan sebagian penduduknya
masih bercocok tanam, merupakan salah satu negara penghasil tebu terbesar.
Dengan luas lahan mencapai 373.816 Ton/ha pada tahun 2005 dapat
menghasilkan tebu sebanyak 84,91 Ton/ha dimana dari proses pengolahan
keseluruhan tebu tersebut menjadi gula dihasilkan 90 % ampas tebu. Selama ini
pemanfaatan ampas tebu yang dihasilkan masih terbatas sebagai pakan ternak,
bahan baku pembuatan pupuk, pulp, Particle Board, dan bahan bakar boiler di pabrik gula. Di samping terbatas, nilai ekonomi yang diperoleh juga belum begitu
tinggi, oleh karena itu diperlukan adanya proses teknologi sehingga terjadi
disversifikasi pemanfaatan lahan pertanian yang ada, salah satunya dengan pembuatan komposit serat tebu.
(a) (b)
Gambar 1. (a) Limbah Ampas Tebu , (b) limbah serbuk kayu jati
Selain ampas tebu, limbah yang belum termanfaatkan secara optimal
sekitarnya bukanlah suatu hal yang baru. Munculnya industri kayu dan furniture
menjadi awal melimpahnya bahan ini.
Peningkatan kebutuhan untuk memproduksi furniture yang bahan baku utamanya terbuat dari kayu mengakibatkan banyak produksi kayu yang akan
berkurang seiring berkurangnya lahan penanaman yang digunakan penduduk
untuk tempat tinggal. Oleh karena itu dibutuhkan suatu inovasi dalam pembuatan
furniture yang memiliki kelebihan terutama dalam hal mereduksi penggunaan kayu baru.
Untuk menyiasati hal tersebut telah banyak dilakukan
penelitian-penelitian untuk memperoleh bahan yang berkualitas, ekonomis dan ramah
lingkungan (mudah didaur ulang) yang mungkin bisa menggantikan bahan
furniture atau logam yang semakin mahal. Material komposit yang diharapkan mampu memenuhi hal tersebut adalah material komposit dengan material pengisi
(filler) serbuk kayu (grajen). Keunggulan yang dimiliki oleh serbuk kayu dibandingkan dengan material buatan adalah mudah ditemukan, ramah
lingkungan, tidak beracun, dan murah harganya yang sekaligus dapat menarik
perhatian khusus dari para ahli. Penggunaan serbuk kayu sebagai filler dalam komposit tersebut mempunyai tujuan utama untuk mengurangi biaya bahan baku
dan memperoleh material alternatif yang lebih bagus dan bisa bermanfaat bagi
kehidupan manusia.
Komposit sebenarnya telah dikenal sejak dulu, tetapi baru tahun 1960-an
komposit mendapatkan perhatian dari dunia industri. Dalam industri manufaktur
dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat istimewa yang sulit didapat dari
logam. Komposit merupakan material alternatif yang dapat digunakan untuk
memenuhi kebutuhan tersebut.
Penelitian mengenai pemanfaatan limbah serbuk kayu (grajen) sebagai
material komposit telah dilakukan, hanya saja bahan bakunya berupa serbuk arang
tempurung dan serbuk gergaji. Oleh karena itu penelitian ini akan menggunakan
serbuk kayu (grajen) yang dikombinasikan dengan ampas tebu, dalam bentuk
partikel sebagai bahan penguat komposit. Dengan berbagai pertimbangan dalam
murah dan mudah diperoleh. Dari hasil penelitian pembuatan-pembuatan
komposit di atas diharapkan dapat menjadi material alternatif yang baru yang
dapat memperbaiki sifat mekanisnya dan bermanfaat bagi kehidupan manusia.
Melihat permasalahan tersebut di atas melatar belakangi penulis untuk
membuat terobosan baru dalam memanfaatkan limbah serbuk kayu dan ampas
tebu yang dikombinasikan dengan matrik polyester sehingga bisa bermanfaat bagi kehidupan manusia. Dengan pertimbangan tersebut, maka dalam penelitian ini
perlu dilakukan pengujian bending terhadap komposit yang berbahan utama filler
dari ampas tebu dan serbuk kayu, dan penelitian ini penulis memberi judul
“Pengaruh Komposisi Campuran Filler Terhadap Kekuatan Bending Komposit Ampas Tebu-Serbuk Kayu Dalam Matrik Polyester.”
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah di kemukakan di atas,
maka didapatkan beberapa permasalahan. Untuk itu perlu suatu identifikasi
terhadap permasalahan yang ada sebagai berikut:
1. Pemanfaatan limbah ampas tebu dan serbuk kayu yang belum optimal.
2. Dibutuhkan suatu inovasi dalam pembuatan furniture yang memiliki kelebihan terutama dalam hal mereduksi penggunaan kayu baru.
3. Material komposit berbahan serbuk kayu masih perlu dikembangkan.
C. Pembatasan Masalah
Agar penelitian yang dilakukan lebih mengarah dan tidak menyimpang
dari permasalahan yang diteliti, maka penelitian ini membatasi permasalahannya
pada:
1. Filler yang digunakan adalah ampas tebu dan serbuk kayu jati. 2. Perbandingan volume antara matrik dengan filler sebesar 60% : 40%. 3. Variasi komposisi campuran filler berdasar fraksi volume.
D. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan identifikasi masalah tersebut di atas,
maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1. Adakah pengaruh komposisi campuran filler terhadap kekuatan bending pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester?
2. Manakah komposisi campuran filleryang mempunyai kekuatan bending paling besar pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester?
E. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh komposisi campuran filler terhadap kekuatan bending
pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester.
2. Mengetahui komposisi campuran filler yang mempunyai kekuatan bending
paling besar pada komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester.
F. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan akan memberikan manfaat, sebagai berikut:
1. Manfaat Teoretis
a. Sebagai bahan masukan atau referensi untuk penelitian selanjutnya.
b. Sebagai bahan pustaka di lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta
khususnya di Program Pendidikan Teknik Mesin.
c. Membangkitkan minat mahasiswa untuk melanjutkan penelitian tentang
komposit.
2. Manfaat Praktis
a. Memberikan alternatif solusi untuk memanfaatkan limbah ampas tebu dan
serbuk kayu.
b. Dapat digunakan sebagai acuan bagi masyarakat dalam upaya meningkatkan
5
Kata komposit (composite) berasal dari kata "to compose" yang berarti menyusun atau menggabung. Komposit adalah suatu material yang terbentuk
dari kombinasi dua atau lebih material, dimana sifat mekanik dari material
pembentuknya berbeda-beda (Jones, 1975). Karena bahan komposit
merupakan bahan gabungan secara makro, maka bahan komposit dapat
didefinisikan sebagai suatu sistem material yang tersusun dari
campuran/kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro
berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material yang pada dasarnya
tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).
Penggabungan material yang berbeda bertujuan untuk menemukan
material baru yang mempunyai sifat antara (intermediate) material penyusunnya yang tidak akan diperoleh jika material penyusunnya berdiri
sendiri. Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan saling memperbaiki
kelemahan dan kekurangan material penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat
diperbaiki : kekuatan, kekakuan, ketahanan bending, berat jenis, pengaruh terhadap temperatur, isolasi termal, dan isolasi akustik (Jones, 1975).
b. Bahan Penyusun Komposit
Pada umumnya material komposit terdiri dari dua unsur, yaitu serat
(fiber)dan bahan pengikat serat-serat tersebut yang disebut matrik. 1) Serat
Serat berperan sebagai penyangga kekuatan dari struktur komposit,
beban yang awalnya diterima oleh matrik kemudian diteruskan ke serat
lebih tinggi daripadamatrik. Serat secara umum terdiri dari dua jenis yaitu
serat alam dan serat sintetis.
Serat alam adalah serat yang dapat langsung diperoleh dari alam.
Biasanya berupa serat yang dapat langsung diperoleh dari
tumbuh-tumbuhan dan binatang. Serat ini telah banyak digunakan oleh manusia
diantaranya adalah kapas, wol, sutera, pelepah pisang, sabut kelapa, ijuk,
bambu, nanas dan kenaf atau goni. Keunggulan serat alam sebagai filler
komposit dibandingkan dengan serat sintetis sudah dapat diterima dan
mendapat perhatian khusus dari para ahli material di dunia. Keunggulan
tersebut antara lain densitas rendah, harga lebih murah, ramah lingkungan,
dan tidak beracun. Serat alam memiliki kelemahan yaitu ukuran serat yang
tidak seragam, kekuatan serat sangat dipengaruhi oleh usia.
Serat sintetis adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik
dengan komposisi kimia tertentu. Serat sintetis mempunyai beberapa
kelebihan yaitu sifat dan ukurannya yang relatif seragam, kekuatan serat
dapat diupayakan sama sepanjang serat. Serat sintetis yang telah banyak
digunakan antara lain serat gelas, serat karbon, kevlar, nylon, dan lain-lain (Schwartz, 1984).
2) Matrik
Menurut Gibson (1994), bahwa matrik dalam struktur komposit
dapat berasal dari bahan polimer, logam, maupun keramik. Matriks adalah
fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar
(dominan). Syarat utama yang harus dimiliki oleh bahan matrik adalah
bahan matrik tersebut harus dapat meneruskan beban, sehingga serat harus
bisa melekat pada matrik dan kompatibel antara serat dan matrik.
Umumnya matrik yang dipilih adalah matrik yang memiliki ketahanan
panas yang tinggi.
Matrik sebagai pengisi ruang komposit memegang peranan penting
dalam mentransfer tegangan, melindungi serat dari lingkungan dan
menjaga permukaan serat dari pengikisan. Matrik harus memiliki
matrik dalam struktur komposit bisa berasal dari bahan polimer, logam,
maupun keramik. Matrik secara umum berfungsi untuk mengikat serat
menjadi satu struktur komposit. Matrik memiliki fungsi:
a) Mengikat serat menjadi satu kesatuan struktur.
b) Melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan.
c) Mentransfer dan mendistribusikan beban ke filler.
d) Menyumbangkan beberapa sifat seperti: kekakuan, ketangguhan, dan
tahanan listrik.
Dalam proses pembuatan material komposit, matrik harus memiliki
kemampuan meregang yang lebih tinggi dibandingkan dengan serat.
Apabila tidak demikian, maka material komposit tersebut akan mengalami
patah pada bagian matriknya terlebih dahulu. Akan tetapi apabila hal itu
dipenuhi, maka material komposit tersebut akan patah secara alami
bersamaan antara serat dan matrik.
Berdasarkan bahan penyusunnya matrik terbagi atas matrik organik
dan inorganik. Matrik organik adalah matrik yang terbuat dari
bahan-bahan organik. Matrik ini banyak digunakan karena proses penggunaannya
menjadi komposit cepat dan mudah serta dengan biaya yang rendah. Salah
satu contoh matrik organik adalah resin polyester. Sedangkan matrik inorganik adalah matrik yang terbentuk dari bahan logam yang pada
umumnya memiliki berat dan kekuatan tinggi.
c. Jenis-Jenis Komposit
1) Menurut struktur dari penyusunnya
Komposit dibedakan menjadi 5 kelompok menurut bentuk struktur
dari penyusunnya (Schwartz, 1984), yaitu:
a) Komposit serat (Fiber composite)
Komposit serat merupakan jenis komposit yang menggunakan
serat sebagai bahan penguatnya. Dalam pembuatan komposit, serat
dapat dianyam (cross-ply laminate). Komposit serat sering digunakan dalam industri otomotif dan pesawat terbang (Schwartz, 1984).
a. unidirectional fiber composite b. random fiber composite
Gambar 2. Komposit Serat
(http:
//www.onkian.com/2009/10/skripsi-pengaruh-lebar-spesimen-pada_6420.html)
b) Komposit Serpih (flake composite)
Flake Composites adalah komposit dengan penambahan material berupa serpih kedalam matriksnya. Flake dapat berupa serpihan mika, glass dan metal (Schwartz, 1984).
Gambar 3. Komposit serpih
(http:
//www.onkian.com/2009/10/skripsi-pengaruh-lebar-spesimen-pada_6420.html)
c) Komposit butir (particulate composite)
Particulate composites adalah salah satu jenis komposit di mana dalam matrik ditambahkan material lain berupa serbuk/butir.
dari material penambahnya. Dalam particulate composites, material penambah terdistribusi secara acak atau kurang terkontrol daripada
flake composites. Sebagai contoh adalah beton (Schwartz, 1984).
Gambar 4. Komposit partikel
(http:
//www.onkian.com/2009/10/skripsi-pengaruh-lebar-spesimen-pada_6420.html)
d) Komposit isian (filled composite)
Filled composites adalah komposit dengan penambahan material ke dalam matriks dengan struktur tiga dimensi dan biasanya
filler juga dalam bentuk tiga dimensi (Schwartz, 1984).
Gambar 5. Filled (skeletal) composites
(http:
//www.onkian.com/2009/10/skripsi-pengaruh-lebar-spesimen-pada_6420.html)
e) Komposit lapisan (laminar composite)
Gambar 6. Laminar composites
(http:
//www.onkian.com/2009/10/skripsi-pengaruh-lebar-spesimen-pada_6420.html)
2) Berdasarkan Matriknya
Berdasarkan bentuk dari matriksnya komposit dapat dibedakan
menjadi sebagai berikut (Gibson, 1994):
a) Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC)
Komposit jenis ini terdiri dari polimer sebagai matriks baik itu
thermoplastic maupun jenis thermosetting. Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu tertentu, serta melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai
sifat dapat kembali (reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Thermoplastic yang lazim dipergunakan sebagai matriks misalnya polyolefin (polyethylene, polypropylene), vinylic (polyvinylchloride, polystyrene, polytetrafluorethylene), nylon, polyacetal, polycarbonate, dan polyfenylene.
Thermosets tidak dapat mengikuti perubahan suhu
(irreversibel). Bila sekali pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan yang tinggi tidak akan
melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang dan terurai
karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel,
ini adalah epoxy dan polyester tak jenuh. Resin polyester tak jenuh adalah matrik thermosetting yang paling banyak dipakai untuk pembuatan komposit. Resin jenis ini digunakan pada proses pembuatan
dengan metode hand lay-up.
b) Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC)
Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Komposit ini menggunakan suatu logam
seperti alumunium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti
silikon karbida. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Komposit MMC berkembang pada industri otomotif digunakan
sebagai bahan untuk pembuatan komponen otomotif seperti blok
silinder mesin, pully, poros, dan gardan.
c) Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composites – CMC)
CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi
sebagai reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida, carbide, dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan logam untuk pertumbuhan matriks
keramik di sekeliling daerah filler (penguat).
3) Berdasarkan Strukturnya
a) Struktur laminate
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih
yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik
sifat sendiri.
b) Struktur sandwich
Komposit sandwich merupakan gabungan dua lembar skin
Fungsi utama skin adalah menahan beban aksial dan bending, sedangkan core berfungsi untuk mendistribusikan beban aksial menjadi beban geser pada seluruh luasan yang terjadi akibat
pembebanan gaya dari luar.
2. Tebu
Tebu (saccharum officinarum) merupakan tanaman perkebunan semusim, yang mempunyai sifat tersendiri, sebab di dalamnya terdapat zat gula.
Tebu termasuk keluarga rumput-rumputan (family graminae). Akar tanaman tebu adalah serabut dan tanaman ini termasuk ke dalam kelas monocotyledone
(Supriadi 1992).
Klasifikasi tanaman tebu adalah sebagai berikut :
Devisi : sphermatophyta
Sub divisi : agiospermae
Kelas : monocotyledone
Family : poaceae
Genus : saccarum
Species : saccharum officinarum
Tanaman tebu mempunyai batang yang kurus, tidak bercabang dan
tumbuh tegak. Tanaman yang tumbuh baik tingginya dapat mencapai 3-5
meter. Pada batangnya terdapat lapisan lilin yang berwarna putih atau
keabu-abuan. Batangnya beruas dengan panjang ruasnya 5-10 cm. Daun berpangkal
pada buku batang dengan kedudukan yang bersilang.
Ampas tebu atau Bagase adalah bahan sisa berserat dari batang tebu yang telah mengalami extraksi niranya dan banyak mengandung parenkin serta
tidak tahan lama disimpan karena mudah terserang jamur. Serat sisa dan ampas
tebu biasanya digunakan sebagai bahan bakar untuk menghasilkan energi
pengolahan gula. Serat tebu selain dimanfaatkan sebagai bahan bakar pabrik
juga dapat digunakan sebagai pembuatan papan partikel, kertas, media
Ampas tebu merupakan hasil samping dari proses ektraksi tebu. Dari
suatu pabrik dapat dihasilkan sekitar 35-40% dari berat tebu yang digiling
(Penebar Swadaya 2000).
Komponen kimia serat tebu dan beberapa serat lainya dapat dilihat
pada tabel di bawah ini.
Tabel 1. Kandungan kimia serat alami
Serat Lignin (%) Selulosa(%) Hemiselulosa (%)
Tandan sawit 19 65
Sumber : Sreekala et al (1997) dalam Iswanto Heri (2009)
Sifat mekanis serat tebu dan beberapa serat penting yang lainya dapat
dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 2. Sifat mekanis berbagai serat alami
Serat Kekuatan tarik
3. Kayu
b. Lignin, merupakan komponen pembentuk kayu yang meliputi 18%-28% dari
berat kayu. Komponen ini berfungsi sebagai pengikat satuan strukturil kayu
dan memberikan sifat keteguhan pada kayu.
c. Bahan-bahan ekstrasi, komponen ini yang memberikan sifat pada kayu, seperti:
bau, warna, rasa, dan keawetan.
d. Mineral pembentuk abu, komponen ini tertinggal setelah lignin dan selulosa
terbakar habis. Banyaknya komponen ini sebesar 0.2% - 1% dari berat kayu.
Kayu merupakan hasil hutan yang mudah diproses untuk dijadikan
barang sesuai dengan kemajuan teknologi. Kayu memiliki beberapa sifat yang
tidak dapat ditiru oleh bahan-bahan lain. Pemilihan dan penggunaan kayu untuk
suatu tujuan pemakaian, memerlukan pengetahuan tentang sifat-sifat kayu.
Sifat-sifat ini penting sekali dalam industri pengolahan kayu sebab dari pengetahuan
sifat tersebut tidak saja dapat dipilih jenis kayu yang tepat serta macam
penggunaan yang memungkinkan, akan tetapi juga dapat dipilih kemungkinan
penggantian oleh jenis kayu lainnya apabila jenis yang bersangkutan sulit didapat
secara kontinyu atau terlalu mahal.
Kayu berasal dari berbagai jenis pohon yang memiliki sifat-sifat yang
beda. Bahkan dalam satu pohon, kayu mempunyai sifat yang
berbeda-beda. Dari sekian banyak sifat-sifat kayu yang berbeda satu sama lain, ada
beberapa sifat yang umum terdapat pada semua jenis kayu yaitu :
a. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan susunan
dinding selnya terdiri dari senyawa kimia berupa selulosa dan hemiselulosa
b. Semua kayu bersifat anisotropik, yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, radial dan
tangensial).
c. Kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat menyerap atau melepaskan kadar air (kelembaban) sebagai akibat perubahan kelembaban dan
suhu udara disekelilingnya.
d. Kayu dapat diserang oleh hama dan penyakit dan dapat terbakar terutama
dalam keadaan kering.
Kayu juga mempunyai fisik yang berbeda dengan material lainnya.
Sifat-sifat fisik kayu antara lain :
a. Berat dan Berat Jenis
Berat suatu kayu tergantung dari jumlah zat kayu, rongga sel, kadar air
dan zat ekstraktif didalamnya. Berat suatu jenis kayu berbanding lurus dengan
BJ-nya. Kayu mempunyai berat jenis yang berbeda-beda, berkisar antara BJ
minimum 0,2 (kayu balsa) sampai BJ 1,28 (kayu nani). Umumnya makin
tinggi BJ kayu, kayu semakin berat dan semakin kuat pula.
b. Keawetan
Keawetan adalah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur
perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, bubuk dan lain-lain. Keawetan
kayu tersebut disebabkan adanya zat ekstraktif di dalam kayu yang merupakan
unsur racun bagi perusak kayu.
c. Nilai Dekoratif
Gambar kayu tergantung dari pola penyebaran warna, arah serat,
tekstur, dan pemunculan riap-riap tumbuh dalam pola-pola tertentu. Pola
gambar ini yang membuat sesuatu jenis kayu mempunyai nilai dekoratif.
d. Tekstur
Tekstur adalah ukuran relatif sel-sel kayu. Berdasarkan teksturnya,
kayu digolongkan ke dalam kayu bertekstur halus (contoh: giam dan kulim),
kayu bertekstur sedang (contoh: jati dan sonokeling) dan kayu bertekstur kasar
e. Warna
Kayu yang beraneka warna macamnya disebabkan oleh zat pengisi
warna dalam kayu yang berbeda-beda.
f. Higroskopis
Kayu mempunyai sifat dapat menyerap atau melepaskan air. Makin
lembab udara di sekitarnya makin tinggi pula kelembaban kayu sampai tercapai
keseimbangan dengan lingkungannya. Dalam kondisi kelembaban kayu sama
dengan kelembaban udara di sekelilingnya disebut kandungan air
keseimbangan (EMC = Equilibrium Moisture Content). g. Sifat Kayu terhadap suara, yang terdiri dari :
1) Sifat akustik, yaitu kemampuan untuk meneruskan suara berkaitan erat
dengan elastisitas kayu.
2) Sifat resonansi, yaitu turut bergetarnya kayu akibat adanya gelombang
suara. Kualitas nada yang dikeluarkan kayu sangat baik, sehingga kayu
banyak dipakai untuk bahan pembuatan alat musik (kulintang, gitar, biola).
h. Daya Hantar Panas
Sifat daya hantar kayu sangat jelek sehingga kayu banyak digunakan
untuk membuat barang-barang yang berhubungan langsung dengan sumber
panas.
i. Daya Hantar Listrik
Pada umumnya kayu merupakan bahan hantar yang jelek untuk aliran
listrik. Daya hantar listrik ini dipengaruhi oleh kadar air kayu. Pada kadar air
0 %, kayu akan menjadi bahan sekat listrik yang baik sekali, sebaliknya apabila
kayu mengandung air maksimum (kayu basah), maka daya hantarnya boleh
dikatakan sama dengan daya hantar air.
Selain sifat fisik, kayu juga mempunyai sifat mekanik yang berbeda
dengan material lainnya. Sifat-sifat mekanik kayu antara lain :
a. Keteguhan Tarik
Keteguhan tarik adalah kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang
berusaha menarik kayu. Terdapat 2 (dua) macam keteguhan tarik yaitu
Kekuatan tarik terbesar pada kayu ialah keteguhan tarik sejajar arah serat.
Kekuatan tarik tegak lurus arah serat lebih kecil daripada kekuatan tarik sejajar
arah serat.
b. Keteguhan tekan / Kompresi
Keteguhan tekan/kompresi adalah kekuatan kayu untuk menahan
muatan/beban. Terdapat 2 (dua) macam keteguhan tekan yaitu keteguhan tekan
sejajar arah serat dan keteguhan tekan tegak lurus arah serat. Pada semua kayu,
keteguhan tegak lurus serat lebih kecil daripada keteguhan kompresi sejajar
arah serat.
c. Keteguhan Geser
Keteguhan geser adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya-gaya
yang membuat suatu bagian kayu tersebut turut bergeser dari bagian lain di
dekatnya. Terdapat 3 (tiga) macam keteguhan yaitu :
1) Keteguhan geser sejajar arah serat
2) Keteguhan geser tegak lurus arah serat dan
3) Keteguhan geser miring
Keteguhan geser tegak lurus serat jauh lebih besar dari pada keteguhan
geser sejajar arah serat.
d. Keteguhan lengkung (lentur)
Keteguhan lengkung/lentur adalah kekuatan untuk menahan gaya-gaya
yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban mati maupun
hidup selain beban pukulan. Terdapat 2 (dua) macam keteguhan yaitu :
1) Keteguhan lengkung statik, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang
mengenainya secara perlahan-lahan.
2) Keteguhan lengkung pukul, yaitu kekuatan kayu menahan gaya yang
mengenainya secara mendadak.
e. Kekakuan
Kekakuan adalah kemampuan kayu untuk menahan perubahan bentuk
f. Keuletan
Keuletan adalah kemampuan kayu untuk menyerap sejumlah tenaga
yang relatif besar atau tahan terhadap kejutan-kejutan atau tegangan-tegangan
yang berulang-ulang yang melampaui batas proporsional serta mengakibatkan
perubahan bentuk yang permanen dan kerusakan sebagian.
g. Kekerasan
Kekerasan adalah kemampuan kayu untuk menahan gaya yang
membuat takik atau lekukan atau kikisan (abrasi). Bersama-sama dengan
keuletan, kekerasan merupakan suatu ukuran tentang ketahanan terhadap
pengausan kayu.
4. Polyester
Unsaturated Polyester merupakan jenis resin thermoset yang biasa disebut dengan polyester saja. Polyester berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah dan mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa
menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak resin lainnya.
Mengenai sifat termalnya karena banyak mengandung monomer stiren, maka suhu deformasi thermal lebih rendah daripada resin thermoset lainnya dan ketahanan panas jangka panjangnya adalah kira-kira 110 - 1400 ˚C. Ketahanan dingin adalah baik secara relatif. Sifat listriknya lebih baik diantara resin
thermoset. Mengenai ketahanan kimianya, pada umumnya kuat terhadap asam kecuali asam pengoksid, tetapi lemah terhadap alkali. Bila dimasukkan dalam air
mendidih untuk waktu yang lama (300 jam), bahan akan pecah dan retak-retak.
Bahan ini mudah mengembang dalam pelarut, yang melarutkan polimer stiren.
Kemampuan terhadap cuaca sangat baik. Tahan terhadap kelembaban dan sinar
ultra violet bila dibiarkan di luar, tetapi sifat tembus cahaya permukaan rusak dalam beberapa tahun. Secara luas digunakan untuk konstruksi sebagai bahan
komposit.
Penggunaan resin jenis ini dapat dilakukan dari proses hand lay-up
sampai dengan proses yang kompleks yaitu dengan proses mekanik. Resin ini
pertimbangan harga relatif murah, curing yang cepat, warna jernih, kestabilan dimensional dan mudah penanganannya (Billmeyer, 1984).
Tabel 3. Spesifikasi resin Unsaturated Polyester Yukalac BQTN 157
Item Satuan Nilai tipikal Catatan
Berat jenis Gr/𝑐𝑚3 1.215
Kekerasan 40 Barcol GYZJ 934-1
Suhu distorsi panas ˚C 70
Sumber : Justus Kimia Raya, 1996
5. Fraksi Volume
Jumlah perbandingan yang biasanya digunakan dalam pembuatan
komposit adalah rasio berat (fraksi berat) dan rasio volume (fraksi volume). Hal
ini dikarenakan satuan dari matrik dan serat biasa dihitung dengan satuan massa
dan satuan volume.
6. Uji Bending
Kekuatan bending suatu material komposit dapat diketahui dengan melakukan uji bending pada material komposit mengacu pada ASTM D 790. Pada pengujian bending bagian atas spesimen akan mengalami tekanan, dan bagian bawah akan mengalami tegangan tarik. Pada uji bending, spesimen yang berbentuk batang ditempatkan pada dua tumpuan lalu diterapkan beban ditengah
tumpuan tersebut dengan laju pembebanan konstan. Pembebanan ini disebut
dengan metode 3-point bending.
Gambar 7. Pembebanan 3-point bending
Pada material simetris kekuatan bending dapat dihitung dengan menggunakan persamaan ASTM D 790 :
𝜎𝑏 = 𝑃𝐿
4 𝑋
1
2𝑑
𝑏𝑥𝑑3 12
𝜎𝑏 =
12.𝑃.𝐿.𝑑 8𝑏.𝑑3 𝜎𝑏 = 2.3.𝑏𝑃..𝑑𝐿2
Keterangan 𝜎𝑏 = kekuatan bending (MPa)
L = support span (mm)
b = lebar spesimen (mm)
d = tebal spesimen (mm)
B. Penelitian Yang Relevan
Penelitian yang akan dilakukan ini merujuk pada penelitian yang telah
dilakukan sebelumnya.
Pantoro meneliti tentang hubungan antara variasi ukuran filler dengan perilaku mekanik dan fisik dari material komposit resin serbuk kayu yang dikenai
pembebanan statik berupa beban tarik dan beban bending. Dalam Tugas Akhir ini komposit dibuat dari resin dengan variasi ukuran serbuk kayu (30 mesh, 40 mesh,
60 mesh, 80 mesh) dan jenis serbuk kayu adalah kayu jati (Tectona grandis) dan kayu kamper (Cinamommum camphora). Fraksi volume yang digunakan adalah 40%. Dari penelitian Tugas Akhir ini didapatkan bahwa kekuatan tarik terbesar
dimiliki oleh komposit dengan penguat serbuk kayu jati pada ukuran filler 80 mesh dengan nilai 0.3128 kg/mm. Sedangkan modulus elastisitas bending terbesar dimiliki komposit dengan penguat serbuk kayu jati dengan ukuran filler 80 mesh sebesar 512.4614 2 kg/mm. Akhirnya dari analisa diperoleh kesimpulan bahwa
variasi ukuran filler dan jenis filler berpengaruh terhadap kekuatan mekanik komposit.
Budi kurniawan melakukan penelitian tentang pengaruh panjang serat
terhadap keausan, kekuatan tarik, dan impact komposit serat ampas tebu bermatrik
polyester. Pada penelitian ini serat yang digunakan adalah serat ampas tebu dengan fraksi volume 40%, panjang serat 10mm, 20mm, 30mm, dan 40mm. Dari
hasil penelitian disimpulkan bahwa perbandingan panjang serat tidak begitu
berpengaruh terhadap kekuatan impact.
Agus Santoso melakukan penelitian tentang pengaruh variasi fraksi
volume pada komposit serbuk kayu dan resin katalis dengan variasi perbandingan
75%:25%, 65%:35% dan 55%:45% terhadap peningkatan kekuatan tarik dan
C. Kerangka Berpikir
Salah satu unsur penyusun bahan komposit adalah serat. Serat inilah
yang terutama menentukan karakteristik komposit seperti kekakuan, kekuatan
serta sifat-sifat mekanik lainnya. Serat dalam bahan komposit berperan sebagai
bagian utama yang menahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan
komposit sangat tergantung dengan kekuatan pembentuknya. Orientasi dan
kandungan serat akan menentukan kekuatan mekanis dari komposit. Perbandingan
antara matrik dan serat juga merupakan faktor yang sangat menentukan dalam
memberikan karakteristik mekanis produk yang dihasilkan.
Jika serat pada komposit terdiri dari lebih dari satu serat, maka
perbandingan antara serat yang satu dengan yang lain juga diduga menjadi faktor
yang sangat menentukan dalam memberikan karakteristik mekanis produk yang
dihasilkan.
Komposit dengan ukuran serat yang lebih kecil diduga mempunyai
kemampuan untuk mengisi bagian-bagian kosong/rongga dalam komposit.
Berkurangnya jumlah rongga yang dihasilkan diduga akan menyebabkan kekuatan
bending semakin meningkat. Keberadaan rongga yang semakin berkurang diduga akan berpengaruh pada berkurangnya peluang terjadinya retakan awal yang akan
berkembang menjadi perpatahan. Berkurangnya peluang terjadinya perpatahan
diduga akan menghasilkan nilai kekuatan bending yang tinggi.
Pada penelitian ini, bahan punyusun utama spesimen komposit terdiri
dari matrik polyester dan serat alam. Serat alam yang digunakan yaitu ampas tebu dan serbuk kayu. Ampas tebu yang digunakan berukuran mesh 40 sedangkan serbuk kayu berukuran mesh 80. Perbandingan fraksi volume antara matrik dengan serat yaitu 60% : 40%. Dalam penelitian ini yang menjadi variasi ialah
perbandingan fraksi volume antara ampas tebu dengan serbuk kayu.
Ampas tebu dengan serbuk kayu mempunyai kandungan dan
karakteristik yang berbeda, sehingga variasi komposisi di antara keduanya akan
menghasilkan kekuatan bending yang berbeda-beda pada komposit. Dalam penelitian ini, variasi perbandingan fraksi volume antara ampas tebu dengan
Berdasarkan uraian di atas ditentukan paradigma penelitian sebagai
berikut :
Gambar 8. Kerangka Berpikir
Keterangan :
X : Variasi komposisi campuran (fraksi volume) filler
𝑋1 : Komposisi campuran filler dengan ampas tebu 10% dan serbuk kayu 30% 𝑋2 : Komposisi campuran filler dengan ampas tebu 20% dan serbuk kayu 20% 𝑋3 : Komposisi campuran filler dengan ampas tebu 30% dan serbuk kayu 10% 𝑌 : Kekuatan bending komposit
D. Hipotesis Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah dan kerangka pemikiran di atas dapat
diambil hipotesis yaitu sebagai berikut :
1. Ada pengaruh komposisi campuran filler terhadap kekuatan bending komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian
Tempat penelitian merupakan lokasi dimana informasi diperoleh untuk
menyatakan kebenaran penelitian. Penelitian dilakukan di Laboratorium Material
Teknik Mesin UNS.
2. Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan kurang lebih 5 bulan, dari bulan Juli 2011
sampai bulan Nopember 2011. Adapun pelaksanaan kegiatan penelitian sebagai
berikut :
a. Pengajuan Judul : 21 Juli 2011
b. Pembuatan Proposal : 25 Juli – 12 Agustus 2011 c. Seminar proposal : 18 Agustus 2011
d. Revisi proposal : 19 – 29 Agustus 2011
e. Perijinan : 5 – 16 September 2011
f. Proses penelitian : 27 September – 27 Oktober 2011
g. Analisis data : 28 - 31 Oktober 2011
h. Penulisan laporan : 1- 28 Nopember 2011
B. Metode Penelitian
Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode eksperimen
dan merupakan penelitian kuantitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil
eksperimen di laboratorium terhadap sejumlah benda uji, kemudian analisis
datanya dengan menggunakan angka-angka. Penelitian eksperimen adalah
penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek
penelitian serta adanya pengawasan produk. Penelitian ini diadakan untuk
C. Populasi dan Sampel 1. Populasi Penelitian
Populasi penelitian ini adalah keseluruhan komposit ampas tebu-serbuk
kayu dengan matrik polyester.
2. Sampel Penelitian
Dalam penelitian ini, sampel penelitiannya diambil dengan menggunakan
Purposive Sampling. Sampel dalam penelitian ini adalah komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester yang mempunyai komposisi campuran filler
sebagai berikut :
a. Ampas tebu 10% dan serbuk kayu 30%
b. Ampas tebu 20% dan serbuk kayu 20%
c. Ampas tebu 30% dan serbuk kayu 10%
D. Teknik Pengumpulan Data 1. Identifikasi Variabel
Variabel adalah obyek penelitian atau apa yang menjadi titik perhatian
suatu penelitian. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai
berikut:
a. Variabel Bebas
Variabel bebas merupakan variabel yang menjadi sebab timbulnya atau
berubahnya variabel terikat. Munculnya variabel ini tidak dipengaruhi atau
tidak ditentukan oleh ada atau tidaknya variabel lain.
Variabel bebas dalam penelitian ini adalah variasi komposisi campuran
b. Variabel Terikat
Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi karena adanya
variabel bebas. Dengan kata lain, ada atau tidaknya variabel terikat tergantung
ada atau tidaknya variabel bebas. Variabel terikat pada penelitian ini adalah
kekuatan bending komposit ampas tebu-serbuk kayu dengan matrik polyester.
c. Variabel Kontrol
Variabel kontrol merupakan himpunan sejumlah gejala yang memiliki
berbagai aspek atau unsur di dalamnya, yang berfungsi untuk mengendalikan
agar variabel terikat yang muncul bukan karena pengaruh variabel lain, tetapi
benar-benar karena pengaruh variabel bebas yang tertentu. Variabel kontrol
dalam penelitian ini adalah :
1) Matrik polyester BQTN 157 dengan fraksi volume 60% 2) Serbuk kayu dengan ukuran mesh 80
3) Ampas tebu dengan ukuran mesh 40
2. Instrumen Eksperimen
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
a. Ampas tebu
b. Serbuk kayu
(a) (b)
(c) (d) (e)
Gambar 9. Bahan-bahan Penelitian (a) ampas tebu, (b) serbuk kayu, (c)
Unsaturated PolyesterYucalac 157 BQTN-EX, (d) Katalis MEXPO, (e)
Realeaser Mirror Glase Wax
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah :
a. Crushing Machine
Alat ini digunakan untuk menggiling/menghancurkan serat ampas tebu
sebelum disaring menggunakan mesh.
b. Mesh
Alat ini digunakan untuk mendapatkan ukuran serbuk ampas tebu setelah
di-crushing. c. Oven elektrik
Alat ini digunakan untuk mengeringkan ampas tebu dan serbuk kayu sebelum
pengujian (proses post cure). Pada alat ini dilengkapi dengan pengatur suhu dan waktu sehingga alat dapat diseting sesuai kebutuhan.
d. Timbangan digital
Alat ini digunakan untuk mengukur massa bahan komposit.
e. Wood moisture meter
Wood moisture meter digunakan untuk mengukur kadar air yang terkandung didalam komposit.
f. Universal Testing Mechine (UTM)
Alat ini digunakan untuk uji bending pada spesimen komposit. Ada di Laboratorium Material Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.
g. Gelas ukur
Alat ini digunakan untuk mengukur volume polyester.
h. Perangkat cetakan
Cetakan yang digunakan terbuat dari potongan-potongan kaca yang berukuran
190mmx40mmx4mm yang dirangkai menjadi satu cetakan.
i. Astralon
Astralon merupakan bahan seperti mika plastik yang berfungsi sebagai pelapis
alas cetakan agar spesimen tidak lengket dengan cetakan.
j. Jangka sorong
Alat ini digunakan untuk mengukur spesimen uji bending. k. Alat-alat bantu
Alat-alat ini berupa gunting, suntikan, gelas bekas air mineral, solasi
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Gambar 10. Alat-alat Penelitian, (a) Mesin Crushing Machine, (b) Universal Testing Mechine (UTM), (c) oven elektrik, (d) timbangan digital, (e) cetakan kaca,
3. Diagram alir Penelitian
E. Pelaksanaan Eksperimen 1. Persiapan Awal
a. Menyiapkan alat dan bahan.
b. Perlakuan awal serat :
1) Ampas tebu dan serbuk kayu dikeringkan dengan cara dijemur.
2) Ampas tebu dan serbuk kayu yang sudah kering kemudian
dihancurkan/digiling secara terpisah dengan menggunakan mesin Crusher
hingga berbentuk butiran-butiran.
3) Butiran-butiran ampas tebu disaring dengan menggunakan mesh dan dipilih yang masuk ke ukuran mesh 40.
4) Butiran-butiran serbuk kayu disaring dengan menggunakan mesh dan dipilih yang masuk ke ukuran mesh 80.
5) Butiran-butiran ampas tebu dan serbuk kayu yang sudah disaring sesuai
ukuran kemudian dioven 700 C selama 1jam hingga mencapai kadar air
10-15%.
2. Pembuatan Spesimen
Pembuatan spesimen komposit dilakukan dengan cara hand lay up,
untuk lebih jelasnya adalah sebagai berikut :
a. Persiapan cetakan
1) Menyiapkan dua kaca sebagai alas cetakan dan penutup cetakan.
2) Mengolesi dua lembar astralon dengan wax secara merata.
3) Melapisi alas dan penutup cetakan dengan astralon yang sudah diolesi
dengan wax.
4) Menyusun cetakan kaca di atas alas cetakan
b. Persiapan bahan
1) Menyiapkan polyester, katalis MEKPO, ampas tebu, dan serbuk kayu sesuai takaran volumenya.
2) Mencampur ampas tebu dan serbuk kayu yang telah disiapkan.
c. Pencetakan bahan
1) Menuangkan kurang lebih seperempat volume polyester ke dalam cetakan, kemudian meratakannya.
2) Mencampurkan kurang lebih setengah volume polyester ke dalam campuran ampas tebu dan serbuk kayu, kemudian mengaduknya sampai
benar – benar tercampur.
3) Memasukkan campuran bahan-bahan ke dalam cetakan sampai merata.
4) Menuangkan sisa polyester yang ada ke atas bahan-bahan yang berada di cetakan, kemudian ditekan-tekan/ditusuk-tusuk dengan menggunakan lidi
sampai polyester masuk ke dalam cetakan.
5) Menutup cetakan dengan kaca penutup yang sudah dilapisi astralon yang
sudah diolesi wax.
6) Menaruh beban ke atas cetakan.
7) Menunggu sampai spesimen mengeras, kurang lebih 3jam.
Gambar 12. Spesimen komposit
Pembuatan spesimen komposit menggunakan fraksi volume 40 % yaitu
perbandingan volume antara serat/filler dan matrik sebesar 40 % serat/filler dan 60% matrik. Dalam penelitian ini memerlukan 4 macam spesimen di mana tiap
spesimen mempunyai variasi volume ampas tebu dan serbuk kayu yang berbeda.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 4. Jumlah dan variasi spesimen komposit
Spesimen Variasi Volume Jumlah Spesimen
Polyester Ampas tebu Serbuk kayu
I 60% 10% 30% 4
II 60% 20% 20% 4
III 60% 30% 10% 4
3. Pengujian Bending
Setelah spesimen komposit jadi, kemudian diuji dengan menggunakan
mesin uji Universal Testing Machine (UTM) yang ada di Laboratorium Material Teknik Jurusan Teknik Mesin FT. UNS. Model pengujian yang akan dilakukan
mengacu pada standart ASTM D 790.
F. Teknik Analisis Data
Teknik analisis data dalam penelitian ini adalah menggunakan analisis
varian satu arah dan dilanjutkan uji pasca anava. Namun sebelumnya dilakukan
uji persyaratan analisis yaitu uji normalitas dan uji homogenitas.
1. Uji Persyaratan Analisis Data a. Uji Normalitas
Uji ini bertujuan untuk mengetahui apakah data pada variabel-variabel
penelitian berasal dari data yang berdistribusi normal atau tidak, Uji normalitas
yang digunakan dalam penelitian ini adalah uji normalitas Lilliefors. Adapun prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1) Tentukan hipotesis
H0 = Sampel berasal dari populasi berdistribusi normal.
H1 = Sampel tidak berasal dari populasi berdistribusi normal.
2) Tentukan taraf nyata α = 0,01
3) Menentukan harga S dengan rumus :
SD =𝑛𝛴𝑋𝑖
2−(𝛴𝑋𝑖)² 𝑛(𝑛 −1) Keterangan :
SD = Simpangan Baku atau Deviasi Standar.
n = Jumlah Baris.
Xi2 = Jumlah keseluruhan kolom pangkat dua.
4) Pengamatan X1, X2, …….., Xn dijadikan bilangan Z1, Z2, . . . Zn dengan
Apabila data tersebut normal selanjutnya di uji homogenitas. Uji
homogenitas pada data hasil penelitian ini menggunakan uji Bartlett, karena k > 2.
Tabel 5. Ringkasan Perhitungan Homogenitas dengan Uji Bartlett. Sampel
Perhitungan varians gabungan (S²) dari semua sampel :
S2 = 𝛴𝑑𝑘 𝑆𝑖2
𝛴𝑑𝑘
Untuk menghitung harga satuan B :
B = (log S2) 𝚺dk
Untuk menghitung chi kuadrat :
Bila didapat 𝑋𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔2 < 𝑋𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙 𝛼 2 (𝑘−1) maka data homogen.
(Sumber : Sudjana, 1996: 263)
2. Uji Analisis Data a. Anava Satu Arah
Untuk mengetahui ada atau tidaknya pengaruh komposisi campuran filler
komposit dilakukan uji analisis varian satu arah. Rumus yang digunakan dalam
anava satu arah, yaitu :
Tabel 6. Daftar Anava Satu Arah
Sumber Variansi dk Jk KT F
Rata-rata 1 Ry R=Ry/1
Antar Kelompok k-1 Ay A=Ay/(k-1) A/D
Dalam Kelompok 𝚺(𝑛𝑖-1) Dy D=Dy/(𝑛𝑖−1)
Total 𝚺𝑛𝑖 𝚺Y² -
dk = derajat kebebasan
Jk = jumlah kuadrat
KT = kuadrat tengah
Ry = J²/𝚺𝑛𝑖 dengan J1, J2,… … …, Jn
Ay = (Ji2/n
1) – Ry
𝚺Y² = jumlah kuadrat-kuadrat (Jk) dari semua hasil pengamatan Dy = 𝚺Y²-Ry-Ay
Kesimpulan:
Bila harga F0≤Ft dalam taraf 1% maka hipotesis nihil (H0) diterima dan hipotesis kerja (H1) ditolak, kemudian sebaliknya bila F0>Ft maka hipotesis
kerja diterima dan hipotesis nihil (H0) ditolak.
b. Komparasi Ganda Pasca Anava
Komparasi ganda pasca anava bertujuan untuk mengetahui rerata mana
yang berbeda atau rerata mana yang sama. Dalam penelitian ini, komparasi ganda
yang digunakan untuk tindak lanjut pasca anava adalah dengan memakai metode
Scheffe.
Langkah-langkah yang harus ditempuh pada metode Scheffe adalah sebagai berikut :
1) Mengidentifikasikan semua pasangan komparasi rataan yang ada.
2) Menentukan tingkat signifikansi L = 0,01
3) Mencari nilai statistik uji F dengan menggunakan rumus:
Fi−j = (𝑋 𝑖−𝑋 𝑗)²
𝑅𝐾𝐺(1 𝑛𝑖+
1
𝑛𝑗) dengan :
Fi−j = Nilai Fobs pada pembandingan perlakuan ke-i dan perlakuan ke-j; 𝑋 𝑖 = Rataan pada sampel ke-i;
𝑋 𝑗 = Rataan pada sampel ke-j;
RKG = E = Rataan kuadrat galat;
ni = Ukuran sampel baris ke-i;
nj = Ukuran sampel baris ke-j;
4) tentukan daerah kritik dengan formula berikut:
Dk = { F │F > (p-1)Ftabel}
4) Menentukan keputusan uji untuk masing-masing komparasi ganda.
5) Mengambil keputusan kesimpulan uji yang ada.
BAB IV
HASIL PENELITIAN
A. Deskripsi Data
Telah dijelaskan pada Bab III, bahwa dalam penelitian ini data diperoleh
berupa angka-angka (nilai) kekuatan bending komposit ampas tebu – serbuk kayu. Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen yang melibatkan satu faktor
bebas. Faktor tersebut adalah perlakuan variasi komposisi filler ampas tebu dengan serbuk kayu (10% : 30% ; 20% : 20% ; 30% : 30%). Variabel terikatnya
dalam penelitian ini adalah kekuatan bending komposit ampas tebu - serbuk kayu dengan matrik polyester. Jumlah keseluruhan sampel dalam penelitian sebanyak 3 buah yang dilakukan pengulangan sebanyak 4 kali perlakuan sehingga total data
sebanyak 12 data pengamatan. Data penelitian yang berjumlah 12 data tersebut
dilihat pada tabel berikut ini:
Tabel 7. Hasil Pengukuran Kekuatan Bending Berdasarkan Variasi Komposisi
Filler Komposit Ampas tebu – Serbuk Kayu Dengan Matrik Polyester
Dari hasil penelitian yang diperoleh dalam perhitungan kekuatan bending
berdasarkan variasi komposisi filler komposit ampas tebu – serbuk kayu dengan matrik polyester, maka dapat digambarkan dengan histogram dan grafik sebagai berikut :
Gambar 13. Histogram Pengaruh Komposisi Campuran Filler Terhadap Kekuatan
Bending Komposit Ampas Tebu - Serbuk Kayu Dengan Matrik Polyester
0
ampas tebu 10% : serbuk kayu 30%
ampas tebu 20% : serbuk kayu 20%
ampas tebu 30% : serbuk kayu 10%
Histogram Pengaruh Komposisi Campuran Filler Terhadap Kekuatan Bending Komposit Ampas Tebu - Serbuk Kayu
B. Pengujian Persyaratan Analisis
Penelitian ini merupakan jenis penelitian yang termasuk dalam kategori
penelitian kuantitatif, maka data yang diperoleh sebelum dianalisis dengan uji
analisis varian satu jalan, maka dilakukan uji prasyarat analisis dengan
menggunakan uji normalitas dan homogenitas.
1. Uji Normalitas
Sebelum dilakukan uji analisis varians satu arah, data harus memenuhi
syarat kenormalan. Oleh karena itu data diuji dengan uji normalitas, sedangkan uji
normalitas yang digunakan dalam penelitian ini adalah uji normalitas Lilliefors, dengan taraf signifikansi 1%. Selanjutnya mencari harga L𝑚𝑎𝑘𝑠 = │F(Zi) – S(Zi)│ pada masing-masing kelompok perlakuan. Kemudian harga L𝑚𝑎𝑘𝑠 dikonsultasikan
ke tabel dengan harga n = 4 dan diperoleh L𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙 sebesar 0,417. Jika hasil
perhitungan mendapatkan harga L𝑚𝑎𝑘𝑠 lebih kecil dari harga L𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙, maka data
berdistribusi normal. Adapun keputusan uji normalitas data selengkapnya dapat
dilihat pada Tabel 8 di bawah ini :
Tabel 8. Hasil Uji Normalitas Metode Lilliefors
2. Uji Homogenitas
Uji homogenitas digunakan untuk menguji kesamaan beberapa buah
rata-rata. Pada penelitian ini, digunakan metode Bartlett untuk uji homogenitas. Dan pengambilan kesimpulan dengan taraf signifikansi 1%. Jika didapatkan harga
X² hitung lebih besar dari harga X² tabel, berarti data yang didapat berasal dari
sampel yang tidak homogen. Tetapi apabila didapat harga X² hitung lebih kecil dari
harga X² tabel, berarti data yang didapat berasal dari sampel yang homogen.
Adapun keputusan uji homogenitas data selengkapnya tersebut dapat
terlihat dalam tabel di bawah ini :
Tabel 9. Hasil Uji Homogenitas Dengan Metode Bartlet
Sumber Perlakuan 𝐗²𝐡𝐢𝐭𝐮𝐧𝐠 𝐗²𝐭𝐚𝐛𝐞𝐥 (X2(1-α)(k-1)) Keputusan Uji
10% : 30% ;
20% : 20% ;
30% : 10%
0.545 9.21
H0 diterima
Tabel 9 di atas menunjukkan populasi - populasi yang diperbandingkan
mempunyai variansi-variansi yang sama atau dengan kata lain sumber variansi
berasal dari populasi yang homogen. Hal ini dikarenakan masing-masing sumber
perlakuan mempunyai harga X² hitung < X² tabel, sehingga X² hitung tidak terdapat
pada daerah kritik dan H0 diterima.
C. Pengujian Hipotesis
1. Hasil Pengujian Hipotesis Analisis Varian Satu Jalan
Pengujian hipotesis merupakan langkah untuk menguji apakah
pernyataan yang dikemukakan dalam perumusan hipotesis diterima atau ditolak.
pengaruh variasi komposisi campuran filler terhadap kekuatan bending komposit ampas tebu – serbuk kayu dengan matrik polyester atau tidak.
Pengujian hipotesis yang digunakan adalah menggunakan Uji Analisis
Varians Satu Arah seperti Tabel 10 berikut:
Tabel 10. Hasil Pengujian Anava Satu Arah
Sumber Variasi dk JK KT Fobs Ftabel α
Rata-rata 1 18624.38 18624.38
Antar Kelompok 2 297.155 148.5775 57.365 8.02 0,01
Dalam Kelompok 9 23.315 2.59
Total 12 18944.85 -
Hasil perhitungan anava satu arah memperlihatkan bahwa harga Fobs =
57,365 sedangkan Ftabel dengan dk pembilang 2 dan penyebut 9 dengan taraf nyata α = 0,01 didapat Ftabel = 8,02 , jadi Fobs > Ftabel, sehingga hipotesis yang
menyatakan “Tidak ada pengaruh variasi komposisi filler terhadap kekuatan
bending pada komposit ampas tebu – serbuk kayu dengan matrik polyester” ditolak, sedangkan hipotesis kerja yang menyatakan “Ada pengaruh variasi komposisi filler terhadap kekuatan bending pada komposit ampas tebu – serbuk kayu dengan matrik polyester” diterima. Dengan demikian Ada pengaruh variasi komposisi filler terhadap kekuatan bending pada komposit ampas tebu – serbuk kayu dengan matrik polyester.
2. Hasil Komparasi Ganda Pasca Anava Satu Jalan
Setelah melakukan analisis dengan menggunakan analisis variansi satu
arah, maka untuk melihat perbedaan reratanya agar menjadi lebih jelas,
dilanjutkan dengan uji komparasi ganda pasca anava. Komparasi ganda setelah
anava yang dilakukan di sini adalah dengan menggunakan uji scheffe untuk
analisis variansi satu arah. Rataan masing-masing komparasi untuk komparasi
ganda pasca anava dapat dilihat pada lampiran hasil perhitungan uji scheffe untuk
