KARAKTERISASI SIFAT – SIFAT TARIK KOMPOSIT LAMINAT HIBRIDA KENAF/E-GLASS YANG DIFABRIKASI DENGAN MATRIKS
POLYPROPYLENE
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata – 1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Yogyakarta HALAMAN JUDUL
Disusun Oleh:
DANI RAHMAN PUTRA 20130130213
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
2017
HALAMAN PENGESAHAN TUGAS AKHIR
KARAKTERISASI SIFAT – SIFAT TARIK TARIK KOMPOSIT LAMINAT HIBRIDA KENAF/E-GLASS YANG DIFABRIKASI DENGAN
MATRIKS POLYPROPYLENE
Disusun Oleh:
DANI RAHMAN PUTRA 20130130213
Telah dipertahankan di Depan Tim Penguji Pada Tanggal 17 Mei 2017
Susunan Tim Penguji
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Dr. Harini Sosiati, S.T., M.Eng. Cahyo Budiyantara, S.T., M.Sc.
NIK. 19591220 201510 123088 NIK.197110232 201507 123083
Penguji
Drs. Sudarisman, M.S.Mechs., Ph.D.
NIK. 19590502 198702 1 001
Tugas Akhir ini telah dinyatakan sah sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Tanggal Mei 2017 Mengesahkan
Ketua Program Studi Teknik Mesin
Novi Caroko, ST., M.Eng.
NIP. 19791113 200501 1 001
HALAMAN PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu/disitasi dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, Mei 2017
Dani Rahman Putra
MOTTO
“Sembahlah Allah dan janganlah kamu mempersekutukan-Nya dengan sesuatupun.
Dan berbuat baiklah kepada dua orang ibu-bapa, karib-kerabat, anak-anak yatim, orang-orang miskin, tetangga yang dekat dan tetangga yang jauh, dan teman sejawat, ibnu sabil dan hamba sahayamu. Sesungguhnya Allah tidak menyukai orang-orang yang sombong dan membangga-banggakan diri”,
(Q.S An Nisaa’, 4:36)
INTISARI
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan material komposit hibrida serat alam kenaf, diperkuat dengan serat sintetis E-Glass dan polypropylene sebagai matriks yang berpotensi menjadi komponen panel otomotif. Fabrikasi komposit hibrida secara manual dengan mesin hot press hasil rekayasa pada temperatur 165 – 170°C dan tekanan press 25 kg/cm2 selama 15 menit. Sebelum fabrikasi komposit, permukaan serat kenaf dialkalisasi dalam larutan (6% NaOH) dengan waktu perendaman 4 jam. Komposisi serat kenaf dan E-Glass dengan variasi perbandingan persen volume (%volume) yaitu (10:20), (15:15), (20:10), sedangkan perbandingan serat terhadap matriks adalah 30:70. Uji kekuatan tarik spesimen komposit hibrida dilakukan dengan mengacu pada ASTM D638-02. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik komposit hibrida cenderung meningkat dengan bertambahnya volume serat kenaf pada perbandingan serat kenaf dan E-Glass (20:10) dengan kekuatan tarik maksimum sebesar 48.36 MPa. Hasil ini dapat dijelaskan dari hasil analisa morfologi struktur patahan uji tarik menggunakan scaning electron microscope (SEM) yang menunjukkan ikatan serat kenaf dengan matriks lebih baik dibandingkan serat E-Glass dengan matriks. Selain itu terlihat bahwa distribusi serat hibrida didalam matriks polypropylene tidak merata.
Kata kuci : serat kenaf, serat E-Glass, Polypropylene, kekuatan tarik, SEM, struktur patahan
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin, puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini. Shalawat beserta salam semoga senantiasa terlimpah curahkan kepada Nabi Muhammad SAW, kepada keluarganya, para sahabatnya, hingga kepada umatnya hingga akhir zaman, amin. Penyusunan Tugas Akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. Judul yang penyusun ajukan adalah “KARAKTERISASI KUAT TARIK KOMPOSIT LAMINAT HIBRIDA KENAF/E-GLASS YANG DIFABRIKASI DENGAN MATRIKS POLYPROPYLENE”.
Dalam penyusunan Tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penyusun dengan senang hati menyampaikan terima kasih kepada yang terhormat:
1. Bapak Ibuk tercinta Busro S. Tirto dan Hartuti serat segenap keluarga yang selalu mendukung dan mendoakan dari awal sampai akhir.
2. Dr. Harini Sosiati sebagai pembimbing I yang membimbing dari bawah dengan hati yang sabar.
3. Cahyo budiyantoro, S.T., M.Sc. sebagai pembimbing II.
4. Ir. Kunto Wandono selaku konsultan yang senantiasa memberi masukan serta arahan pengoprasian hot compression moulding.
5. Staff pengajar, Laboratorium TU Jurusan Teknik Mesin Faultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
6. Sahabat seperjuangan (Composites Squad), Oma, Ferdy, Yuzdhie, Shopi, Rizki, Fidho, beserta teman-teman lainnya yang sudah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini yang tidak bias disebutkan satu persatu.
7. Seluruh keluarga besar DC UMY terimakasih atas pengalaman yang telah diberikan selama masa kuliah, pengalaman yang tidak pernah didapatan dibangku perkuliahan.
8. Keluarga kontrakan waktu awal tahun kuliah, Akhid, Lukman, Fatah, dan Irham terimakasih sudah saling dukung, saling membantu, dan gilak abiss.
9. Teman – teman lembur Lab. Nano Imam Rizy, Luman (pak Ustad), Rafi Imam, Robet, Yenda, Yogo, Syahrul, dan sosok mahluk astral yang terkadang mengganggu ditengah malam dan masih banyak lagi.
10. Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin UMY angkatan 2013 yang telah banyak membantu penyusunan Tugas Akhir ini.
11. Semua pihak terkait dengan penelitian ini yang tidak dapat penyusun sebutkan satu persatu dan telah membantu secara langsung maupun tidak langsung, semoga Allah SWT membalas bantuan tersebut berlipat ganda.
Yogyakarta, 9 Mei 2017
Penyusun
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERNYATAAN ... iii
MOTTO ... iv
INTISARI ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR PERSAMAAN... xiv
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ... xv BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined.
1.2 Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined.
1.3 Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined.
1.4 Tujuan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
1.5 Manfaat Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
1.6 Sistem Penulisan ... Error! Bookmark not defined.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka ... Error! Bookmark not defined.
2.2 Dasar teori ... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Serat Alam (Natural Fiber) ... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Serat Sintetis ... Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Material Komposit ... Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Fabrikasi Komposit ... Error! Bookmark not defined.
2.2.5 Uji Tarik Serat Tunggal ... Error! Bookmark not defined.
2.2.6 Pengujian Tarik ... Error! Bookmark not defined.
2.2.7 Instrumen Analitik ... Error! Bookmark not defined.
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Alat Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
3.2 Bahan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
3.3 Tahapan Pelaksanaan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Persiapan Alat dan Perlakuan Alkalisasi Serat ... Error! Bookmark not defined.
3.3.2 Proses Pemotongan Serat ... Error! Bookmark not defined.
3.3.3 Proses Uji Tarik Serat Tunggal ... Error! Bookmark not defined.
3.3.4 Perhitungan Fraksi Volume Komposit Hibrida... Error! Bookmark not defined.
3.3.5 Pembuatan Komposit Hibrida ... Error! Bookmark not defined.
3.3.6 Preparasi Spesimen Uji Tarik Komposit Hibrida . Error! Bookmark not defined.
3.3.7 Uji Tarik Komposit Hibrida ... Error! Bookmark not defined.
3.3.8 Karakterisasi Komposit Hibrida ... Error! Bookmark not defined.
3.4 Diagram Alir Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakterisasi Serat Tunggal ... Error! Bookmark not defined.
4.1.1 Hasil Uji Tarik Serat Tunggal ... Error! Bookmark not defined.
4.1.2 Morfologi Permuakaan Serat Kenaf dan Serat E-Glass ... Error!
Bookmark not defined.
4.2 Karakterisasi Komposit Hibrida ... Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Hasil Pengujian Tarik Komposit Hibrida ... Error! Bookmark not defined.
4.2.2 Analisis Struktur Patahan ... Error! Bookmark not defined.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined.
5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
LAMPIRAN ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Klasifikasi serat alam ……….………... ..8
Gambar 2.2. Struktur serat alam ………...9
Gambar 2.3. Penampang melintang serat kenaf ……….…...10
Gambar 2.4. Klasifikasi serat sintetis ………..………. 11
Gambar 2.5. Serat E-Glass dalam bentuk benang tipis……… 12
Gambar 2.6. Serat Glass roving………... 13
Gambar 2.7. Serat Glass chopped standart…….………... 13
Gambar 2.8. Serat Glass woven fabric ………. 14
Gambar 2.9. Serat Glass reinforcing mat………. 14
Gambar 2.10. Susunan komposit………... 15
Gambar 2.11 Klasifikasi komposit berdasarkan jenis matriks……….. 15
Gambar 2.12 Tipe continuous fiber composite………. 16
Gambar 2.13 Tipe wovrn fiber composite………. 16
Gambar 2.14 Tipe discontinuous diber………. 17
Gambar 2.15 Tipe Hybrid fiber composite ………... 17
Gambar 2.16. Skema sistem FAST-DHP ………. 18
Gambar 2.17 Bentuk spesimen uji tarik serat tunggal ASTM D3379-75………. 19
Gambar 2.18 Skema grafik hasil uji tarik kekuatan tarik (ASTM D638-02)…… 21
Gambar 2.19. Mikroskop optic OLYMPUS-SZ61TR……….. 21
Gambar 2.20. Bagian – bagian mikroskop optik…….……….. 22
Gambar 2.21. Prinsip kerja SEM……….………..23
Gambar 3.1 Peralatan proses alkalisasi……… 24
Gambar 3.2 Peralatan pemotong serat………... 25
Gambar 3.3 Cetakan komposit jenis hot press………..…… 25
Gambar 3.4 Alat kempa jenis hot press..………...…… 26
Gambar 3.5 Jangka sorong..………..… 26
Gambar 3.6 Mesin CNC pembentuk spesimen komposit..………...… 27
Gambar 3.7 Mikroskop optik………..…………..……… 27
Gambar 3.8 Mesin uji tarik..………..……… 28
Gambar 3.9 Serat keaf………..……….……….... 28
Gambar 3.10 Serat E-Glass……..…………..……… 29
Gambar 3.11 Polypropylene…….………..……… 29
Gambar 3.12 Natrium Hydroxide………..……… 30
Gambar 3.13 Aquades………..…….……… 30
Gambar 3.14 Pencucian serat..………..……… 31
Gambar 3.15 Penimbangan NaOH untuk alkalisasi..……… 31
Gambar 3.16 Perendaman serat kenaf...……… 32
Gambar 3.17 Pembuangan air rendaman bekas alkalisasi…...………..………… 32
Gambar 3.18 Proses pengeringan serat kenaf……… 32
Gambar 3.19 Serat kenaf dan E-Glass yang dipotong sesuai ukuran……… 33
Gambar 3.20 Spesimen uji tari serat tunggal…....……… 33
Gambar 3.21 Pengujian tarik serat tunggal………...………… 34
Gambar 3.22 Proses pencampuran serat kenaf dan serat E-Glass ……… 38
Gambar 3.23 Penyusunan serat dan matriks secara laminat…..……… 38
Gambar 3.24 Proses pengepresan komposit hibrida……...……...……… 39
Gambar 3.25 Model spesimen ASTM D638-02 tipe I, II, III, dan IV...………… 39
Gambar 3.26 Spesimen sebelum permesinan CNC…..….……… 40
Gambar 3.27 Proses pembentukkan komposit hibrida sesuai standar ASTM...… 40
Gambar 3.28 Penempelan grip pada spesimen komposit hibrida..……… 41
Gambar 3.29 Proses persiapan mesin uji tarik..……… 41
Gambar 3.30 Hasil pengujian tarik……… 42
Gambar 3.31 Sempel SEM………...…….……… 42
Gambar 3.32 Diagram alir penelitian………..…..…… 43
Gambar 4.1 Foto optik serat kenaf……… 46
Gambar 4.2 Foto SEM serat E-Glass..………..……… 47
Gambar 4.3 Komposit hibrida……….…... 47
Gambar 4.4 Hubungan tegangan tarik dengan terhadap fraksi volume serat….... 48 Gambar 4.5 Hubungan regangan tarik dengan frkasi volume serat .……… 50 Gambar 4.6 Hubungan modulus elastisitas tarik dengan frkasi volume serat ..… 51 Gambar 4.7 Hasil uji tarik komposit………..………...……….52 Gambar 4.8 Foto SEM permukaan komposit hibrida……… 52 Gambar 4.9 Foto SEM distribusi serat kenaf dan serat E-Glass komposit
hibrida……… 53 Gambar 4.10 Foto SEM ikatan matriks dan serat kenaf……… 54 Gambar 4.11 Foto SEM permukaan patahan komposit hibrida……… 55
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat – sifat mekanis serat………….……….……… 10
Tabel 2.2 Sifat – sifat serat gelas.………..…………...………….………… 12
Tabel 3.1 Hasil perhitungan massa serat dan matriks…..……….……… 37
Tabel 3.2 Standar ukuran pengujian tarik komposit (ASTM D638-02)……....… 35
Tabel 4.1 Hasil pengujian tarik serat tunggal ASTM D3379-75…...……… 45
Tabel 4.2 Data kekuatan tarik komposit hibrida...……….… 48
Tabel 4.3 Data ragangan tarik komposit hibrida...……….… 49
Tabel 4.4 Data modulus elastisitas tarik komposit hibrida...……… 50
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan 2.1 Tegangan tarik..……….……… 19
Persamaan 2.2 Regangan tarik………..…… 20
Persamaan 2.3 Modulus elastisitas…..………..……… 20
Persamaan 3.1 Volume cetakan……….……… 35
Persamaan 3.2 Volume matriks……….……… 35
Persamaan 3.3 Volume serat……….……… 35
Persamaan 3.4 Massa matriks...……….……… 35
Persamaan 3.5 Massa serat kenaf……….……… 35
Persamaan 3.6 Massa serat E-Glass…..……….……… 35
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN
Vm = Fraksi volume matrik (cm3) Vf = Fraks volume serat (cm3) Vc = Fraksi volume komposit (cm3) 𝑚𝑚 = Massa matrik (gr)
𝑚𝑓 = Massa serat (gr) σ = Tegangan (MPa) ε = Regangan
E = Modulus elastisitas (MPa)
