TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh :
ANDRY BUDHI SANTOSO 025214070
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
THE EFFECTS OF CHEMICAL TREATMENT
ON WIDURI (Calotropis gigantea) FIBER
TO MECHANICAL PROPERTIES
OF COMPOSITE
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
By :
ANDRY BUDHI SANTOSO 025214070
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
Kupersembahkan untuk
:
Allah swt
Papah
dan
Mamah badelan
Kakak-kakak
’
kui
You
Assalamu’alaikum Wr.Wb
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pengaruh Perlakuan Kimia Serat Widuri (Calotropis gigantea) Terhadap Sifat Mekanis Komposit”dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan pendidikan Strata-1 di Universitas Sanata Dharma. Penulis mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak atas bantuan, bimbingan dan nasihat yang diberikan. Ucapan terima kasih penulis ditujukan kepada :
1. Romo Ir. Greg Heliarko, SJ., SS.,B.ST., MA., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., Wakil Dekan I Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing atas segala bimbingan, kepercayaan, saran, kesabaran, dan kritik selama penyusunan Tugas Akhir ini..
7. Orang tuaku, Bapak Badelan dan Ibu Dewi Sudjinah atas doa, semangat, kasih sayang, dan semua yang telah diberikan.
8. Kakakku Rosalia dan Media, adikku Alma dan Salju, terima kasih telah membuatku selalu tersenyum.
9. Bapak Martono, Laboran Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.
10.Bapak Tri, Staff Sekretariat Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
11.Teman-teman seperjuangan Tugas Akhir : Lambang, Bob, Budi, Agiet, Beni, Lukaz, Doni, Diah, dan Angga atas kerjasamanya.
12.Sahabat-sahabat penulis : Adi, Bagas, Fasha, Anton, Danang, Natalia, Marko, Mas Pen, dan semua teman yang telah memberi dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan guna penyempurnaan Tugas Akhir ini.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb
TITLE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN ... v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan FRP ... 16
2.5 Fraksi Volume ... 19
3.4.1 Pencetakan Benda Uji Matrik Untuk Pengujian Tarik .. 38
3.4.2 Pencetakan Benda Uji Matrik Untuk Pengujian Impak 39
3.4.3 Benda Uji Komposit... 40
3.4.4 Pencetakan Komposit Untuk Pengujian Tarik ... 41
3.4.5 Pencetakan Komposit Untuk Pengujian Impak ... 43
3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji ... 44
3.5.1 Benda Uji Matrik Untuk Pengujian Tarik ... 44
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 50
4.1 Hasil Pengujian Tarik ... 50
4.2 Hasil Pengujian Impak ... 53
4.3 Pengamatan Bentuk Patahan ... 56
4.4 Pengamatan Struktur Mikro ... 58
4.5 Kerusakan Pada Komposit ... 62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
5.1 Kesimpulan ... 64
5.2 Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... 66
Gambar 3.21 Dimensi Benda Uji Impak ... 46
Gambar 3.22 Benda Uji Matrik Epoxy ... 47
Gambar 3.23 Mesin Uji Tarik ... 48
Gambar 3.24. Mesin Uji Impak Charpy ... 49
Gambar 4.1. Grafik Kekuatan Tarik Rata-Rata Komposit ... 52
Gambar 4.2. Grafik Regangan Rata-Rata Komposit ... 53
Gambar 4.3. Grafik Tenaga Patah Rata-Rata Komposit ... 55
Gambar 4.4. Grafik Keuletan Rata-Rata Komposit ... 56
Gambar 4.5. Foto Makro Patahan Matrik Uji Impak Epoxy ... 56
Gambar 4.6. Patahan Komposit Tanpa Perendaman ... 57
Gambar 4.7. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 2,5 % .... 58
Gambar 4.8. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 5 % ... 58
Gambar 4.9. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 7,5 % .... 58
Gambar 4.10. Foto Struktur Mikro Komposit Tanpa Perendaman Serat ... 59
Gambar 4.11. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH+NaCl) 2,5% 59 Gambar 4.12. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH+NaCl) 5%... 60
mekanis komposit yang berpenguat serat widuri (Calotropis gigantea)
menggunakan orientasi serat acak (isotropic). Bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy merk DYNASTI. Perlakuan kimia pada serat dilakukan dengan merendam serat widuri selama 3 jam dalam larutan NaOH (Sodium Hydroxida)
dan diteruskan dengan merendam di dalam NaCl (Natrium Hydroxida) yang telah
dilarutkan dalam aquades. Variasi konsentrasi yang digunakan adalah 2,5% NaOH dan 2,5% NaCl, 5% NaOH dan 5% NaCl, 7,5% NaOH dan 7,5% NaCl.
Proses pembuatan komposit ini menggunakan media kaca sebagai cetakan. Cetakan uji tarik dan uji impak dibuat dengan ukuran 250 x 200 x 4 mm dan 150 x 60 x 10 mm. Hasil komposit yang diperoleh selanjutnya dibuat benda uji standar pengujian ASTM A370 untuk uji impak dan uji tarik komposit serta ASTM D 638-1 untuk uji tarik matrik pengikat. Untuk mengetahui sifat mekanis komposit, maka dilakukan berbagai jenis pengujian. Pengujian yang dilakukan yaitu pengujian tarik, pengujian impak, pengamatan struktur makro dan pengamatan struktur mikro.
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari, manusia selalu melakukan aktifitas guna
memenuhi kebutuhannya. Untuk menunjang aktifitasnya tersebut, tak jarang
manusia memerlukan alat bantu. Alat bantu tersebut sangat bermacam- macam
bila dilihat bahan bakunya, baik yang berbahan dasar logam maupun non logam.
Dimungkinkan juga menggabungkan kedua bahan dasar tersebut guna
mendapatkan suatu alat yang sesuai dengan kebutuhan.
Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, manusia berusaha untuk
menemukan bahan-bahan yang lebih baik. Sesuai kondisi saat ini, bahan-bahan
yang dianggap cukup baik adalah bahan- bahan yang memenuhi beberapa kriteria
berikut di bawah ini :
1. Kuat.
2. Ringan.
3. Ramah lingkungan.
4. Murah.
Komposit dianggap dapat memenuhi beberapa kriteria tersebut, sehingga
dewasa ini penelitian dan pemanfaatan bahan-bahan komposit berkembang pesat.
Begitu pula yang terjadi dalam dunia teknik, dewasa ini bahan- bahan komposit
semakin sering dimanfaatkan. Komposit itu sendiri merupakan gabungan dua
bahan dengan sifat yang merupakan gabungan dari komponen penyusunnya.
Bahan- bahan logam sering digunakan dalam dunia teknik. Akan tetapi dengan
semakin berkembangnya pengetahuan dan penelitian tentang bahan- bahan
komposit, penggunaan bahan-bahan komposit dalam beberapa hal terbukti lebih
efektif dibandingkan dengan bahan logam. Beberapa keunggulan komposit bila
dibandingkan dengan bahan logam antara lain adalah (Jones, R.M, 1975)
1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga
dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat
logam.
2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.
3. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi.
4. Memiliki daya redam terhadap getaran dan bunyi yang baik.
5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan
permukaan lebih baik.
Dari sekian macam jenis komposit, salah satunya yang sering
dimanfaatkan adalah komposit serat. Komposit serat merupakan perpaduan antara
matriks dan serat sebagai penguatnya. Pada umumnya, serat yang digunakan
mempunyai kekuatan tarik yang lebih besar dari pada matrik.. Setelah kedua
komponen tersebut dipadukan, diharapkan akan terbentuk komposit dengan harga
kekuatan, harga kekakuan, serta karakteristik yang terletak diantara karakteristik
serat dan karakteristik matrik yang penyusunnya. Hal tersebut dapat dilihat pada
σ
FiberComposit
Matriks
ε
Gambar 1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen Penyusunnya (Sumber : Jones, R.M, 1975)
Pada komposit berpenguat serat dapat kita jumpai berbagai jenis bahan
serat yang digunakan, yang secara garis besar dapat dikelompokan menjadi dua
yaitu serat sintetik dan serat organik atau serat alam. Serat sintetik atau buatan
dapat berupa : serat gelas, aramid, carbon, grafite, kevlar, dan ceramic.
Sedangkan serat alam berupa : katun, kapas, rami, sutra, serabut kelapa, serabut
kelapa sawit, serat nanas, serat enceng gondok, dan sebagainya.
Hampir semua serat yang dipakai sebagai bahan dasar pembuatan
komposit serat alam dapat ditemukan di Indonesia. Salah satunya adalah serat
widuri yang biasanya terdapat di pesisir pantai. Namun demikian pemanfaatannya
masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi
masyarakat, padahal didalamnya tersimpan potensi yang sangat besar salah
satunya sebagai bahan komposit. Penelitian pada komposit berpenguat serat
widuri, serat diambil pada bagian buah widuri untuk mengetahui sifat – sifat
mekanik komposit. Keunggulan barang yang dihasilkan dari serat alam tersebut
antara lain tahan terhadap korosi, ringan, pewarnaan dan tekstur dapat
dimodifikasi serta lebih kedap suara bila dibandingkan material dari semen.
1.2 Tujuan Penelitian
Dalam hal ini penulis mengadakan penelitian tentang komposit serat
widuri yang bertujuan untuk mengetahui :
1. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan perendaman
NaOH dan NaCl terhadap kekuatan tarik serat dan regangan pada
pengujian tarik komposit
2. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan perendaman
NaOH dan NaCl terhadap ketahanan patah dan keuletan pada
pengujian impakkomposit.
3. Mengetahui struktur makro yang digunakan sebagai analisa patahan
dan mengetahui struktur mikro pada resin Epoxy dan komposit dengan
atau tanpa perendaman NaOH dan NaCl pada serat widuri.
1.3 Batasan Masalah
Karena begitu banyak hal yang dapat diteliti serta hal yang dapat
mempengaruhi karakteristik dari komposit serat widuri, maka penulis mempunyai
1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik dan
pengujian impak.
2. Sebagai bahan penguat komposit, digunakan serat widuri (Calotropis
gigantea), yang disusun secara isotropik.
3. Matrik sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy
dengan merk DYNASTY.
4. Pada penelitian ini dilakukan perlakukan kimia serat dengan
perendaman NaOH dan NaCl ( 2,5% ; 5% ; 7,5% ). Perendaman NaOH
dilakukan selama 3 jam, kemudian dilanjutkan dengan perendaman
NaCl selama 2 jam. Pada perendaman NaCl dilakukan dalam oven
dengan suhu 700 C.
5. Fraksi volume serat 10%.
1.4 Sistematika Pembahasan
Pada bab selanjutnya, BAB II akan diuraikan akan diuraikan tentang
pengertian komposit dan jenis–jenis komposit, khususnya komposit serat, bahan
penguat dan matrik pengikat. Proses pembuatan benda uji, pengujian mekanik
yang dilakukan pada benda uji akan diuraikan pada BAB III. Sedangkan pada
BAB IV berisi tentang data dari hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis, dan
pada BAB V berisikan kesimpulan dan saran-saran oleh penulis agar apabila
2.1. Pengertian Komposit
Definisi dari komposit adalah gabungan dua macam bahan atau lebih
dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut dengan matrik yang memiliki
fungsi sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut dengan reinforcement yang
memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Unsur
utama penyusun komposit adalah serat, serat merupakan penentu karakteristik
komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain. Serat
berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada komposit
dan matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja
dengan baik. Karena karakteristik pembentuknya berbeda, maka akan dihasilkan
material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik
yang berbeda dari material pembentuknya. Gambar 2.1 menunjukkan unsur-unsur
pembentuk komposit serat.
Gambar 2.1 Unsur Pembentuk Komposit Serat (Sumber : Hadi , B.K., 2000)
Komposit serat dapat diklasifikasikan kedalam berbagai jenis tergantung
kemampuan komposit dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Komposit serat
kontinyu memiliki kekuatan yang sangat kuat dan liat dibandingkan dengan serat
tidak kontinyu. Selain bahan serat komposit juga tidak terlepas dari bahan matrik.
Hal ini dapat dimengerti karena sekumpulan serat tanpa matrik tidak dapat
menahan gaya dalam arah tekan dan transversal. Matrik juga berguna untuk
meneruskan gaya dari satu serat keserat lainnya dengan menggunakan mekanisme
tegangan geser. Secara garis besar komposit serat dibagi menjadi dua yaitu serat
kontinyu (continous) dan serat tidak kontinyu (discontinous).
Pada bahan komposit, unsur pembentuk komposit serat dicampur secara
makroskopis, yaitu bisa dibedakan atau dilihat dan bisa dipisahkan lagi secara
fisis maupun mekanis. Berbeda dengan paduan atau alloy yang penggabungan
unsur-unsurnya dilakukan secara mikroskopis, yaitu tidak bisa dibedakan atau
dilihat dan pemisahan bahan sulit dilakukan. Pada komposit sifat-sifat unsur
pembentuknya masih terlihat jelas, sedangkan pada paduan sudah tidak lagi
tampak nyata.
Banyak sekali kelebihan dan keunggulan yang diperoleh dari komposit.
Keunggulan komposit diantaranya :
1. Rapatannya rendah (ringan).
2. Daya hantar thermal dan listrik dapat diatur.
3. Daya redam bunyi yang baik.
4. Sifat produk dapat diatur dulu sesuai terapannya.
5. Bahan komposit dapat memberi penampilan (appearance) dan kehalusan
6. Sifat-sifat fatik (fatigue) umumnya lebih baik dari logam biasa dan juga
ketangguhan (toughness) yang baik.
7. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, dapat memberi
kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi logam biasa.
8. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi, hal ini
sangat menguntungkan pada pemakaian sebagai elemen-elemen tertentu.
Disamping keunggulannya, bahan-bahan komposit memiliki kelemahan antara
lain:
1. Harga bahan komposit relatif mahal (khususnya untuk serat sintetis).
2. Proses pembuatan dan pembentukan komposit relatif lama dan mahal.
3. Sifat-sifatnya anisotoprik yaitu sifat-sifat bahan berbeda antara satu
lokasi dengan lokasi lainnya, tergantung pada arah pembebanan yang
dilakukan.
4. Banyak bahan komposit, umumnya bahan komposit polimer yang tidak
aman terhadap serangan zat-zat kimia atau larutan tertentu.
2.2 Klasifikasi Komposit
Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis (Jones,
R.M, 1975) yaitu :
1. Fibrous composites
Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat
(dapat berupa serat organic atau serat sintetik) yang memiliki
bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat
berupa polymer, logam maupun keramik. Agar dapat membentuk
produk yang efektif dan baik maka komponen penguat harus
memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriknya
selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen
penguat dan matrik. (Van Vlack, L.H., 1985).
2. Laminated composites
Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun
berlapis-lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan
sifat-sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat-sifat
thermal juga untuk penampilan yang atraktif.
3. Particulated composites
Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada
dalam matrik. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis ataupun
lebih dari satu jenis material dan biasanya material partikel ini
terbuat dari bahan metal atau dari bahan non-metal. Ada dua jenis
particulated composites, yaitu :
1. Partikel komposit organik
2. Partikel komposit non organik.
Secara garis besar, komposit serat terbagi menjadi dua macam, yaitu
continuous fiber dan discontinuous fiber. Klasifikasi komposit serat dapat dilihat
Komposit serat
Serat multi lapis Serat satu lapis
Laminat Hibrid
Serat kontinu Serat tidak kontinu
Serat satu arah Serat dua arah Arah acak Arah teratur
Gambar 2.2 Diagram Klasifikasi Komposit Serat (Sumber : Hadi B.K, 2000)
Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat
dibedakan menjadi :
1. Komposit Matrik Logam (Metal Matriks Composite)
Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam sedangkan
bahan penguatnya dapat berupa partikel keramik atau fiber yang dapat
terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron. Cermet merupakan salah
satu tipe paling umum dari komposit matrik logam. Cermet merupakan
suatu bahan komposit matrik logam dengan reinforcing agent berupa
keramik.
2. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matriks Composite)
Keramik memiliki sifat-sifat yang cukup menarik seperti : kekakuan,
kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan yang rendah.
(toughness) dan tegangan tarik rendah. Pembuatan komposit dengan
matrik keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal. Metode
yang biasa digunakan adalah metode metalurgi serbuk sebagai matriks
yang dapat digunakan : Alumina (Al2O3), Karbida boron (B4C), Nitrid
boron (BN), Karbida silicon (SiC), Nitrid silicon (Si3N4), Karbida
titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat digunakan karbon, SiC dan
Al2O3.
3. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matriks Composites)
Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan karena
mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan penguat dari
komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake, yang masing-masing
dibedakan lagi menjadi bahan penguat organic dan metal. Dalam
perdagangan dikenal ada tiga kategori komposit sintetik : Plastic
molding compound, Rubber reinforced dengan karbon titan, Fiber
reinforced polymer
2.3 Komponen Bahan Komposit
Secara umum komposit terdiri dari dua fase saja, yaitu fase pertama yang
disebut matrik, dan fase keduanya adalah fase penguat (reinforcing agent). Fase
kedua ini terdapat atau disisipkan ke dalam fase pertama, yang fungsinya sebagai
penguat bahan komposit secara keseluruhan. Reinforcing agent dapat berupa serat
Gambar 2.3 Bentuk Reinforcing Agent
(a) fiber, (b) partikel dan (c) flake
2.3.1 Matrik
Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang
bermacam-macam. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan yang lunak dan liat.
Polimer plastik merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Polimer adalah
bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi. Poliester, vinillester dan
epoksi adalah beberapa jenis bahan polimer termoset yaitu mempunyai sifat dapat
memadat bila dipanaskan pada tekanan tertentu dan tidak dapat dilelehkan
kembali. Resin polyester tak jenuh adalah bahan matrik thermosetting yang paling
luas dalam penggunaan sebagai matrik pengikat plastik, dari bagian yang
menggunakan proses pengerjaan yang sangat sederhana sampai produk yang
dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin.
Epoxy adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan
hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan menghasilkan
massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada logam, kulit, kayu maupun
beton. Karakteristik epoxy yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan
bahan kimia dan tahan korosi, tahan minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat,
mudah pemakaiannya dan tak perlu panas, kurang tahan temperatur tinggi, kurang
bermacam-macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan
epoxy atau serat saja.
Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan
antara resin dan hardener serta proses pengeringannya, epoxy kebanyakan dipakai
untuk perbaikan peralatan dari logam, perawatan mesin, perekat bagi logam yang
tidak boleh dilas. Keistimewaan lain yaitu mempunyai sifat susut muai yang
sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan abrasi.
Resin polyester relatif lebih murah jika dibanding epoxy, tetapi tidak
sekuat epoxy. Resin polyester banyak digunakan sebagai matrik pada
fiber-reinforced plastic.
2.3.2 Serat
Serat merupakan filament dari bahan reinforcing. Jenis serat yang biasa
dipakai bisa serat anorganik (seperti: serat gelas, serat karbon, serat boron,
Kevlar- 49, keramik, logam), ataupun serat organik (seperti: grafit dan serat- serat
yang berasal dari tumbuhan). Serat tumbuhan yang bisa dipakai antara lain:
pandan, katun, kapas, rami, sutra, serabut kelapa, serabut kelapa sawit, serat
nanas, serat enceng gondok, dan sebagainya.
Serat organik termasuk salah satu jenis serat yang digunakan dalam
pembuatan komposit yaitu serat yang bersal dari alam. Penampang serat dapat
berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal. Diameter serat, tergantung pada
Fungsi utama serat adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan
komposit dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin
banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah.
2.3.3 Bahan – bahan tambahan
Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk
mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis pada
komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu
sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama. Dan apabila pada
proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan menimbulkan panas yang
berlebihan sehingga akan merusak produk. Tetapi di dalam resin epoxy,
katalisnya biasa disebut sebagai hardener. Sedangkan komposisi pencampuran
antara resin dan hardener adalah 1 : 1 atau 2 : 1.
Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk
dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan
terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau zat
pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat
proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan.
Release agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror
glass, vaselin, polyvinyl alcohol, film forming, dan oli.
2.3.4 Larutan Kimia
Dalam hal ini larutan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah
larutan NaOH (Natrium Hidroksida) dan NaCl (Natrium Chlorida). Dalam larutan
(solute). Zat yang melarutkan zat terlarut itu disebut pelarut atau solven (solvent).
Bila suatu zat terdapat dalam jumlah yang relatif lebih banyak dari yang lain,
maka zat itulah yang biasanya dianggap sebagai pelarut. Zat terlarut maupun
pelarut dapat berupa zat padat, zat cair dan gas.
NaOH termasuk logam alkali yaitu logam golongan IA. Golongan IA
terdiri dari Litium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Sesium (Cs),
Fransium (Fr). Logam alkali mempunyai sifat mudah larut dalam air dan
merupakan logam pembentuk basa kuat, diantaranya adalah NaOH termasuk basa
kuat. Basa adalah zat yang menaikkan konsentrasi ion OH - di dalam larutan.
Seperti pada NaOH yang terionisasi menjadi Na+ + OH-. Basa dapat terjadi bila
oksida logam direaksikan dengan air. Pada NaCl ikatan yang terjadi adalah ikatan
ion. Yang dimaksud Ikatan Ion adalah ikatan kimia yang terbentuk akibat
tarik-menarik elektrostatik antara ion positif (kation) dan ion negatif. Untuk NaCl =
Na +
+ Cl –
→ NaCl .
Tujuan perendaman serat adalah :
1. Melarutkan lapisan lilin atau sisa gajih yang masih menempel pada
permukaan serat.
2. Menambah kekesatan pada permukaan serat.
3. Diharapkan serat dapat menjadi lebih baik, lebih kuat dan dapat bertahan
serangan bakteri dan mikroorganisme.
Alkali treatment dilakukan untuk mengurangi sisa-sisa kotoran yang
menempel pada permukaan serat dan agar serta lebih tahan terhadap bakteri atau
Tanpa alkali treatment Dengan alkali treatment
Gambar 2.4 Perbandingan permukaan serat akibat Alkali Treatment (Sumber : Li X, Panigrahi, S.A, Tabil, L.G, Crerar, W.J, 2004)
2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan FRP
FRP adalah suatu bahan komposit yang diperkuat dengan serat dimana
bahan yang berbentuk serat diikat dalam bahan lain yang disebut matrik. Adapun
beberapa faktor yang mempengaruhi sifat bahan komposit yang diperkuat dengan
serat adalah jenis, orientasi, komposisi dan bentuk, sifat mekanik dari matrik, serta
ikatan di dalam campuran antara serat dan matrik (interface atau bonding).
2.4.1 Jenis Serat
Berdasarkan ukuran panjang serat terbagi menjadi dua jenis. kontinyu
(continuous) dan serat pendek. Ukuran ini menentukan kemampuan bahan
komposit dalam menahan gaya luar. Semakin panjang ukuran serat, semakin
efisien juga menahan gaya dalam arah serat. Serat yang panjang itu juga
menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara
serat dan matrik. Oleh karena itu bahan komposit serat kontinyu sangat kuat dan
2.4.2 Orientasi Serat
Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit.
Secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan menjadi:
1. Unidirectional: serat disusun secara searah parallel satu sama lain,
sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada searah serat
sedangkan kekuatan paling kecil terjadi pada arah tegak lurus serat.
2. Bidirectional: serat disusun secara tegak lurus satu sama lain
(orthogonal). Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah
pemasangan serat.
3. Isotropic: penyusunan serat dilakukan secara acak, sifat dari susunan ini
adalah isotropic, yaitu kekuatan pada satu titik pengujian mempunyai
kekuatan yang sama.
Gambar 2.5 Jenis-jenis Orientasi Serat (Sumber : Hadi, B.K., 2000)
2.4.3 Komposisi dan Bentuk Serat
Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang
lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar. Kekuatan serat dapat
kekuatannya akan semakin besar, sebaliknya jika diameter semakin besar maka
kekuatan akan berkurang. Berdasar komposisinya, serat yang digunakan sebagai
bahan penguat komposit dibedakan menjadi:
1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya
selulosa, polipropilena, grafit, serat rami, serat pandan alas, serat kapas,
serat kelapa, dll.
2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik,
misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan
tinggi dan tahan panas.
2.4.4 Faktor Matrik
Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik tersebut mempunyai fungsi
yaitu:
1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat
sebagai bahan yang mempunyai modulus kekuatan tinggi.
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan
bahan komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik
harus mempunyai sifat adhesi yang baik terhadap serat untuk
menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena hal ini
berhubungan erat dengan transfer beban. Jika matrik mempunyai sifat
adhesi yang kurang baik maka transfer beban tidak sempurna dan
menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan
serat (debounding failure). Secara garis besar kualitas matrik
membasahi serat, banyak tidaknya rongga (void) saat dituang,
temperatur atau tekanan curing, dan kekentalan.
3 Melindungi permukaan serat penguat dari abrasi yang diakibatkan
oleh perlakuan secara mekanik misalnya gesekan antar serat.
2.4.5 Fase Ikatan
Kemampuan ikatan antara fiber dan matrik dapat ditingkatkan dengan
memberikan aplikasi perlakuan permukaan yang disebut dengan coupling agent,
yang meningkatkan sifat adhesi antara matrik dan fiber. Coupling agent
diterapkan pada serat sebagai perlakuan secara kimiawi dalam bentuk sizing
(perlakuan permukaan ketika serat sedang dibentuk) dan finishing (perlakuan
yang diterapkan setelah serat diproduksi dalam bentuk benang atau wolven
fabric). Proses finishing juga dapat melindungi dan mencegah kerusakan akibat
gesekan antara serat sebelum dibuat menjadi struktur komposit.
2.5 Fraksi Volume
Fraksi volume (%) adalah perbandingan volume bahan pembentuk
komposit terhadap volume komposit.
Misal : Vs = % serat
Vm = % matrik
Vk = % katalis
Vc = 100 %
2.6 Pengujian Komposit
Untuk mengetahui sifat mekanis dari komposit maka dilakukan beberapa
pengujian. Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan uji impak.
2.6.1 Pengujian Tarik
Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik
dan regangan dari matrik, maupun komposit serat. Metode yang digunakan adalah
benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan perlahan-lahan meningkat
sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda uji patah. Beban tarik yang
bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai
pengecilan diameter benda uji. Perbandingan antara pertambahan panjang (∆L)
dengan panjang awal benda uji (L) disebutregangan. Pengujian tarik ini dilakukan
di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.
Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik maupun
komposit serat dilakukan suatu perhitungan dengan menggunakan rumus berikut :
2.6.2 Pengujian Impak
Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau getas
benda uji sebelum dan sesudah mendapat perlakuan panas. Uji impak ini
membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat
pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan
dengan cara dilepaskan dari sudut 150o (α) dan sisi pisau pada palu menengenai
benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm
dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45o, karena pukulan tersebut benda uji akan
patah, kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut (β) hasil dari
keliatan benda uji.
Gambar 2.6 Prinsip Pengujian Impak
Harga uji impak dapat dicari dengan rumus:
W = GR (cos β - cos α) (joule) ...(2.3)
dimana : W = Tenaga patah (joule)
β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji
G = Berat palu (1,357 kg = 13,31 N )
R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,3948 m
Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:
Keliatan =
Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut:
1. Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur
ketangguhan tarik pada bahan kekuatan rendah.
2. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang
3. Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan
perlakuan panas pada ketangguhan takik.
Disamping beberapa keuntungan diatas pada metode ini, terdapat juga kerugian
yang terjadi, diantaranya:
1. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena
uji ini bersifat merusak.
2. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan ukuran cacat.
2.6.3 Foto Makro
Foto makro dilakukan untuk mengetahui bentuk patahan yang terjadi
2.6.4 Foto Mikro
Foto mikro dilakukan untuk mengetahui struktur mikro dari komposit
baik matrik ataupun seratnya. Dengan foto mikro, proses pelapisan matrik pada
serat dapat diamati apakah ikatan antara matrik dan serat benar-benar kuat atau
tidak.
2.7 Bentuk-bentuk Patahan
Dari hasil pengujian akan didapat jenis patahan yang menunjukkan
karakter dari bahan.
1. Patah liat : pada bahan ductile (liat) akan terlihat arah rambatan retak
yang tidak rata, tampak buram dan berserat. Bentuk patahan liat dapat
dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Bentuk Patahan Liat (Sumber : Van Vlack, L.H, 1985)
2. Patah getas : patahan getas akan memberikan tampilan permukaan yang
patahan, permukaannya pun mengkilap. Bentuk patahan ini dapat dilihat
pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Bentuk Patahan Getas (Sumber : Van Vlack, L.H, 1985)
3. Patah Campuran : patahan ini mempunyai patahan yang sebagian getas
dan sedikit liat. Bentuk patahan ini dapat dilihat pada Gambar 2.9.
3.1 Penyusun Bahan Komposit
Agar lebih sistematis dalam penelitian maka dibuat alur jalannya penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1
`
Gambar 3.1 Skema Jalan Penelitian Pembelian Bahan
1.Pengujian tarik matrik dan komposit. 2.Pengujian impak matrik dan komposit 3. Pengamatan Foto Makro dan Mikro
3.2 Persiapan Benda Uji
2.2.1 Alat dan bahan
Dalam pembuatan komposit serat widuri, dipergunakan alat-alat sebagai berikut:
1. Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang massa serat yang akan digunakan.
2. Cetakan yang terbuat dari kaca dengan berbagai ukuran (dimensi sesuai dengan cetakan yang akan dibuat).
3. Gelas ukur (gelas ukur 1 liter) dan pengaduk untuk mendapatkan volume resin yang akan dipakai dan mencampur resin dengan
hardener.
4. Lem kaca silicone sealant dan double tape.
5. MAA, bahan pengkilap lantai disini digunakan sebagai pelapis pada kaca yang berfungsi agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.
6. Kuas, digunakan untuk alat melapisi permukaan cetakan dengan MAA.
Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat komposit serat widuri adalah sebagai berikut :
1. Resin
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Epoxy
dengan merk DYNASTY. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih (bening). Resin epoxy ini disertai katalis atau biasa disebut hardener
(berwarna kuning)dengan perbandingan pencampuran antara resin dengan hardenernya adalah 1 : 1 .
Gambar 3.2 Resin dan Hardener Epoxy
2. Serat
Gambar 3.3 Tumbuhan Widuri
(Sumber : IPTEKnet.com)
3. Release Agent
Gambar 3.4 Release Agent ( MAA )
3.2.2 Pembuatan Serat Widuri
Untuk mendapatkan serat widuri, maka diperlukan langkah-langkah yang tepat sehingga diperoleh serat dengan kekuatan yang optimal. Adapun langkah-langkah untuk mendapatkan serat widuri adalah sebagai berikut :
a) Buah widuri yang sudah cukup matang dipetik, kemudian dibuka kulitnya, karena seratnya terletak dibagian dalam buah widuri.
Gambar 3.5 Buah widuri yang
Buah widuri dapat dilihat pada Gambar 3.5.
masih dipohon
b) n dalam buah agar biji tidak mengganggu saat proses pembersihan.
Buah yang sudah dibuka, diambil biji-bijinya di bagia
Seperti dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Pemisahan serat dari bijinya
c) Setelah biji dibuang, serat widuri dipisah-pisahkan dari tongkolnya hingga diperoleh serat widuri yang terpisah dari buahnya. Seperti
yang diperlihatkan pada Gambar 3.7.
a) Setelah didapat serat yang masih basah, maka serat harus dibersihkan dari sisa getah yang masih menempel. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Serat basah yang sudah dibersihkan
b) Kemudian serat dikeringkan dengan dijemur dan diangin-anginkan hingga kering. Hal ini bertujuan untuk menurunkan kadar air pada serat, sebelum disimpan agar tahan lama, dan didapatlah serat widuri yang sudah kering. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.9
Serat yang sudah kering disimpan dalam tempat yang sejuk dan kering (tidak lembab).
3.2.3 Perlakuan Serat Widuri
Perlakuan serat yang dilakukan adalah perendaman dengan menggunakan NaOH (Natrium Hidroksida) selama 3 jam, perendaman NaOH selama 3 jam ini dilakukan karena dari data hasil penelitian sebelumnya waktu yang paling baik untuk merendam serat organik adalah kurang lebih selama 3 jam (Li X, Panigrahi, S.A, Tabil, L.G, Crerar, W.J, 2004), setelah itu diteruskan perendaman dengan NaCl (Natrium Chlorida) selama 2 jam pada temperatur 70o C.
Untuk membuat variasi konsentrasi NaOH (Natrium Hidroksida) dengan prosentase 2,5% ; 5% ; dan 7,5 % yang dilarutkan dengan air suling (Aquades) dengan komposisi masing-masing dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
Prosentase yang digunakan untuk setiap 1 liter larutan adalah :
• 2,5 % NaOH ►
komposisi aquades adalah 975 mL.
• 5 % NaOH ► 100
5
x 1000 mL = 50 gram NaOH, jadi
komposisi aquades adalah 950 mL.
• 7,5 % NaOH ►
Begitu juga menentukan kadar NaCl (Natrium Chlorida) yang digunakan dalam
komposisi aquades adalah 975 mL.
• 5 % NaCl ► 100
5
x 1000 mL = 50 gram NaCl, jadi
komposisi aquades adalah 950 mL.
• 7,5 % NaCl ►
komposisi aquades adalah 925 mL.
Setelah setiap konsentrasi dan volume aquades diketahui, maka alat-alat yang perlu kita persiapkan adalah :
1. Akuarium (wadah untuk merendam serat) 2. NaOH
3. NaCl
4. Timbangan digital (digunakan untuk menimbang NaOH dan NaCl yang diperlukan)
5. Air suling (Aquades)
6. Gelas ukur (untuk mengukur volume aquades)
7. Pengaduk kaca (untuk mengaduk NaOH dengan aquades)
9. Sarung Tangan (untuk mengambil serat setelah proses perendaman selesai)
Setelah seluruh alat tersedia, langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk proses perendaman serat adalah :
1. Mempersiapkan wadah, yaitu akuarium yang telah dibersihkan. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.10
Gambar 3.10 Akuarium untuk perendaman serat
2. Mempersiapkan serat yang akan diberi perlakuan.
3. Menimbang berat NaOH menggunakan timbangan digital.
4. Menuang aquades ke dalam gelas ukur sesuai dengan volume yang telah ditentukan lalu dimasukkan kedalam aquarium.
5. Melarutkan NaOH yang telah ditimbang ke dalam aquades yang berada di dalam akuarium.
6. Mengaduk NaOH dengan air suling (aquades) sampai rata dan benar-benar bercampur (cair).
Gambar 3.11 Proses perendaman serat
1. Mengaduk serat dengan pengaduk kaca, dimaksudkan agar setiap serat
dapat benar-benar terendam dengan larutan NaOH dengan aquades.
2. Setelah 3 jam, serat diambil dari dalam akuarium dengan menggunakan
sarung tangan.
3. Setelah diambil dari aquarium serat dimasukkan ke larutan NaCl sesuai
kadar yang telah dibuat.
4. Larutan NaCl yang telah direndami serat dimasukkan ke dalam oven yang
temperaturnya telah diset pada temperature 70o C.
5. Proses perendaman serat dengan NaCl dilakukan selama 2 jam. Setelah itu
serat di bersihkan dan dibilas dengan air lalu dikeringkan.
6. Setelah serat kering, maka serat tersebut dapat siap dibuat sebagai bahan
komposit. Perbedaan serat sebelum dan sesudah perendaman dapat dilihat
Serat tanpa perendaman Serat setelah perendaman
Gambar 3.12 Perbandingan Serat Sebelum dan Setelah Perendaman
3.3 Pembuatan cetakan
Komposit yang akan dibuat adalah komposit dengan serat acak. Bahan
yang digunakan untuk membuat cetakan adalah kaca, dengan alasan bahwa kaca
mempunyai rata permukaan yang bagus, sehingga tidak diperlukan pengerjaan
permukaan. Alat yang digunakan dalam pembuatan cetakan antara lain:
1. Pemotong kaca, untuk memotong kaca yang akan digunakan sebagai
cetakan.
2. Lem kaca (silicon sealant), untuk mengelem susunan kaca sehingga
membentuk suatu cetakan. Lem ini juga berfungsi sebagai penutup pada
celah antar kaca, sehingga cairan resin tidak merembes keluar cetakan.
3.3.1 Cetakan Uji Tarik
5 mm
Gambar 3.13 Skema cetakan uji tarik
3.3.2 Cetakan Uji Impak
Skema cetakan uji impak dapat dilihat pada Gambar 3.14.
150 mm
Gambar 3.14 Skema cetakan uji impak
3.4 Pembuatan Komposit
Pembuatan benda uji matrik dan komposit menggunakan cetakan
cara Hand Lay-Up karena cara ini paling mudah, dan sesuai diterapkan untuk
produksi skala kecil.
3.4.1 Pencetakan benda uji matrik untuk pengujian tarik
Langkah-langkah pencetakan benda uji matrik pengikat adalah sebagai
berikut:
1. Cetakan dipersiapkan, permukaan cetakan dilapisi release agent.
Pelapisan dilakukan sebanyak 3 kali, setiap pelapisan dikeringkan
terlebih dahulu pada sinar matahari sampai menjadi keras seperti
lapisan lilin. Pelapisan release agent dilakukan untuk mempermudah
pelepasan benda uji dari cetakan.
2. Menyiapkan resin dan hardener sesuai dengan volume cetakan 200 ml
menggunakan gelas ukur. Perbandingan antara resin dan hardener
adalah 1 : 1.
Vcetakan = V(resin+katalis) = p x l x t
= 250 x 200 x 4
= 200.000 mm3 = 200 ml
Maka didapat volume resin = 100 ml, dan volume hardener =100 ml.
3. Mencampur resin dan hardener kedalam gelas kaca dan diaduk sampai
rata. Pengadukan ini harus dilakukan secara cepat agar resin dan
hardener dapat tercampur dengan sempurna sebelum menjadi kental
dan mengeras. Selain itu hindari pengadukan yang dapat menyebabkan
gelembung, sebab gelembung yang timbul pada waktu proses
4. Setelah campuran resin dan hardener tercampur rata, adonan tersebut
dapat dituang kedalam cetakan lalu cetakan ditutup menggunakan
kaca. Agar hasil yang didapat padat dan mendapatkan ukuran yang
sesuai kebutuhan, bagian atas penutup cetakan diberi beban + 20kg.
5. Proses pengeringan membutuhkan waktu ± 24 jam. Setelah resin
kering berarti resin siap dikeluarkan dari cetakan. Dimensi hasil
cetakan dapat dilihat pada Gambar 3.15.
6. Hasil cetakan benda uji tarik dipotong menurut standar pengujian tarik
200 m
m
250 mm
4 mm
Gambar 3.15 Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik
3.4.2 Pencetakan benda uji matrik untuk pengujian impak
Proses pembuatan dan pencetakan benda uji matrik pengikat untuk uji
impak sama dengan pembuatan benda uji matrik untuk uji tarik, menggunakan
media kaca sebagai cetakan. Perbedaannya hanya pada ukuran dan dimensinya.
Langkah-langkah pencetakan adalah sebagai berikut:
1. Cetakan disiapkan, kemudian cetakan dilapisi release agent 3 kali.
3. Campuran resin dan hardener diaduk sampai rata dengan menggunakan
pengaduk dari kaca selama + 3 menit. Setelah campuran teraduk rata
kemudian dituang kedalam cetakan lalu cetakan ditutup menggunakan
kaca. Agar hasil yang didapat padat dan mendapatkan ukuran yang sesuai
kebutuhan, pada bagian atas penutup cetakan diberi beban + 20 kg.
Dimensi hasil cetakan uji impak matrik dapat dilihat pada Gambar 3.16
4. Setelah proses pengeringan ± 24 jam, resin siap dikeluarkan dari cetakan,
matrik dapat dilepas dari cetakan.
5. Hasil cetakan benda uji matrik dipotong sesuai standar pengujian impak.
Gambar 3.16 Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak Matrik
3.4.3 Benda Uji Komposit
Langkah pertama dalam pembuatan benda uji komposit adalah
mengetahui massa jenis (ρ) serat widuri. Metode perhitungan massa jenis (ρ) serat
widuri adalah sebagai berikut :
1. Menimbang massa serat.
2. Menimbang massa plastik.
55 m
m
10 mm
3. Memasukkan serat widuri tadi ke dalam plastik.
4. Memvakumkan plastik tadi yang telah dimasuki serat widuri.
5. Memasukkan air kedalam gelas ukur dan dicatat volume air yang
ada didalamnya.
6. Memasukkan plastik yang telah dimasuki serat widuri dan telah
divakumkan tadi ke dalam gelas ukur dan mencatat pertambahan
volume air (∆V) yang naik.
7. Pertambahan volume air yang naik tadi dicatat dan hasilnya
dikurangi massa plastik
8. Melakukan perhitungan dengan rumusan sebagai berikut:
ρ =
Karena alat-alat yang digunakan untuk mencari massa jenis (ρ)
serat widuri kurang memadai, maka massa jenis (ρ) diasumsikan
= 1,2 gr/cm3 atau sama dengan massa jenis (ρ) rata-rata serat alam.
3.4.4 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik
Proses pembuatan dan pencetakan benda uji komposit sama dengan
pembuatan benda uji matrik, perbedaannya pada proses pembuatan benda uji
komposit ini menggunakan serat widuri sebagai bahan penguat. Langkah-langkah
1. Cetakan disiapkan, kemudian cetakan dilapisi release agent 3 kali.
2. Serat widuri disiapkan sesuai dengan prosentase volume serat yang
dibutuhkan.
Digunakan fraksi volume serat 10 % serat widuri :
Serat = 10% x Vcetakan x ρ
3. Mempersiapkan resin dan hardener serta diaduk sampai rata.
Resin + hardener = 250 3
Karena perbandingan resin dan hardener adalah 1 : 1, maka
volume resin = 112,5 ml dan hardenernya = 112,5 ml.
4. Sebagian campuran resin dan hardener ± 30 % dituang kedalam cetakan
merata diseluruh setakan kemudian diberikan serat secara acak (mat)
menutupi campuran resin dan hardener, lalu diberikan lagi sisa campuran
resin dan katalis tersebut diatas serat sampai rata menutupi seluruh serat.
5. Cetakan ditutup menggunakan media kaca yang telah diberi release
agent 3 kali, bagian atas penutup cetakan diberi beban (+ 20 kg) agar
didapat hasil yang padat dan ukuran yang sesuai kebutuhan (± 4 mm).
6. Setelah ± 24 jam campuran resin dan hardener mengering dan komposit
perendaman 2.5% NaOH 2.5% NaCl, 5% NaOH 5% NaCl Dan 7.5%
NaOH 7.5% NaCl serta tanpa perendaman. Hasil cetakan benda uji
komposit dipotong menurut standar pengujian tarik.
3.4.5 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak
Proses pembuatan dan pencetakan benda uji komposit untuk uji impak
ini sama dengan proses – proses sebelumnya. Langkah-langkah pembuatan benda
uji komposit untuk pengujian impak adalah sebagai berikut:
1. Cetakan disiapkan, kemudian dilapisi release agent 3 kali.
2. Serat widuri disiapkan sesuai dengan prosentase serat yang dibutuhkan.
Digunakan fraksi volume serat 10 % serat widuri :
Serat = 10% x Vcetakan x ρ
3. Mempersiapkan resin dan hardener serta diaduk sampai rata.
Resin + hardener = 90 3 100
90
cm
× = 81 cm3 = 81 ml.
Karena perbandingan resin dan hardener 1 : 1, maka volume
resin = 40.5 ml dan hardenernya = 40.5 ml.
4. Sebagian campuran resin dan hardener ± 30% dituang kedalam cetakan
merata diseluruh setakan kemudian diberikan serat secara acak
menutupi campuran resin dan katalis, lalu diberikan lagi sisa campuran
5. Cetakan ditutup menggunakan media kaca yang telah diberi release
agent 3 kali, kemudian diberi beban agar hasil yang didapat padat dan
mendapatkan ukuran yang sesuai kebutuhan (±10 mm). Proses
pencetakan untuk 4 variasi yaitu tanpa perendaman, 2.5% NaOH 2.5%
NaCl, 5% NaOH 5% NaCl Dan 7.5% NaOH 7.5% NaCl
6. Setelah ± 24 jam, komposit dapat dilepas dari cetakan.
7. Hasil cetakan benda uji komposit dipotong dan difinishing menurut
standar pengujian impak
3.5 Bentuk dan dimensi benda uji
3.5.1 Benda uji matrik untuk pengujian tarik
Pengujian tarik matrik pengikat mengacu pada standar pengujian ASTM
D638-1 (Standar Test Methode for Tensile Properties of Plastic). Bentuk dan
dimensi benda uji tarik matrik pengikat yang digunakan dapat dilihat pada
Gambar 3.17 dan gambar benda uji tarik matrik dapat dilihat pada Gambar 3.18.
Gambar 3.18 Benda Uji Tarik Matrik
4 60
R13
200
20 12.5
Satuan : mm
50
3.5.2 Benda uji komposit untuk pengujian tarik
Pengujian tarik komposit mengacu pada standar pengujian ASTM A370.
Bentuk dan dimensi benda uji tarik komposit yang digunakan dapat dilihat pada
Gambar 3.19 dan gambar benda uji tarik komposit dapat dilihat pada Gambar
3.20.
Gambar 3.20 Benda uji tarik komposit
2 45 O
55
10
10
Satuan : mm 3.5.3 Benda uji matrik dan komposit untuk pengujian impak
Pengujian impak matrik pengikat dan komposit mengacu pada standar
pengujian ASTM A370. Bentuk dan dimensi benda uji impak matrik pengikat
yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 3.21 dan gambar benda uji impak
matrik dapat dilihat pada Gambar 3.22.
Gambar 3.22 Benda Uji Impak Matrik Epoxy
3.6 Metode Pengujian
3.6.1 Metode Pengujian Tarik
Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik matrik pengikat dan komposit
digunakan pengujian tarik dengan menggunakan mesin uji tarik. Dalam pengujian
matrik pengikat ini digunakan 5 buah benda uji matrik pengikat dengan dimensi
benda uji sesuai dengan standar ASTM D 638-1. Sedangkan pengujian komposit
menggunakan 4 variasi komposit yaitu tanpa perendaman serat, komposit
perendaman serat kadar NaOH dan NaCl 2,5%, komposit perendaman serat kadar
NaOH dan NaCl 5% serta komposit perendaman serat kadar NaOH dan NaCl
7,5%. Masing-masing berjumlah 5 benda uji, jadi ada 20 buah benda uji komposit
dengan dimensi benda uji sesuai standart ASTM A370.
Pengujian tarik matrik pengikat dan komposit menggunakan mesin uji
tarik yang berada di laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.
a. Mencatat dan menandai dengan nomor benda yang akan diuji.
b. Mencatat ukuran-ukuran benda uji sampai ketelitian 0,3 mm.
c. Memasang benda uji pada penjepit (grip) atas dan bawah pada mesin uji.
Diusahakan agar benda uji betul-betul vertikal, kemudian
mengencangkan kedua penjepit.
d. Mengoperasikan mesin uji tarik
e. Mencatat data-data hasil pengujian
Hasil pengujian tarik berupa print-out grafik hubungan beban dan
pertambahan panjang selama pengujian berlangsung. Mesin uji tarik diperlihatkan
pada Gambar 3.23.
Gambar 3.23 Mesin Uji Tarik
3.6.2 Metode Pengujian Impak
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya harga tenaga impak
pada penelitian adalah jenis mesin uji impak Charpy yang dapat dilihat pada
Gambar 3.24. Langkah-langkah pengujian impak sebagai berikut:
a. Mempersiapkan Benda Uji
Benda uji dibuat dengan bentuk empat persegi panjang dengan ukuran
10 x 10 x 55 mm dan diberi takik sedalam 2 mm dengan sudut 450 yang
berada ditengah-tengah benda uji, kemudian dihaluskan dulu sisi-sisinya
menggunakan amplas agar permukaan benda uji menjadi rata.
b. Pelaksanaan Penelitian
Penelitian dilakukan dengan cara benda uji diletakkan pada tempat
dimana bila lengan pada alat uji impak dijatuhkan maka akan tepat
mengenai bagian tengah (takik) benda uji sehingga benda uji akan patah
setelah mendapat beban kejut dari lengan yang dilepas dari sudut 1500,
kemudian lengan membentuk sudut (β) yang dibentuk setelah palu
mematahkan benda uji.
Dalam penelitian ini, dilakukan beberapa pengujian yaitu pengujian tarik
untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan, sedangkan pada pengujian impak
untuk mengetahui ketahanan patah dan keuletan. Setelah itu dilakukan pengujian
tarik dan impak dilakukan foto mikro dan makro Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui beberapa sifat mekanik komposit serat widuri dan matrik pengikat
resin epoxy. Hasil pengujian dan perhitungan disajikan dalam bentuk tabel dan
grafik, sedangkan analisis dalam bentuk tulisan.
4.1 HASIL PENGUJIAN TARIK
Pengujian terhadap benda uji menghasilkan print-out grafik hubungan
beban-pertambahan panjang pada masing-masing benda uji, print-out grafik hasil
pengujian disajikan pada lampiran. Dengan pembacaan grafik beban pertambahan
panjang tersebut diperoleh nilai kekuatan tarik dan regangan komposit. Dari
pengujian masing-masing jenis komposit dapat diambil nilai rata-rata tegangan
Tabel 4.1. Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata Komposit
No. Jenis Komposit Kekuatan Tarik Rata-Rata Regangan Rata-Rata
σ(kg/mm2) ε(%)
1 Resin Epoxy 4,62 3,00
2 Tanpa Perendaman 1,66 0,6
3 2,5% NaOH + 2,5%NaCl 1,39 1,88
4 5% NaOH + 5% NaCl 1,37 2
5 7,5% NaOH + 7,5%NaCl 1,57 1,78
Dari pengujian tarik komposit serat widuri dengan perendaman NaOH
tanpa NaCl sebelumnya didapat nilai-nilai tegangan tarik dan regangan yang
ditampilkan pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata Komposit Tanpa NaCl
No. Jenis Komposit Kekuatan Tarik Rata-Rata Regangan Rata-Rata
σ(kg/mm2) ε(%)
1 2,5% NaOH 1,56 0,7
2 5% NaOH 0,96 0,8
3 7,5% NaOH 0,90 0,7
Dari Tabel 4.1 dapat dilihat matrik epoxy memiliki nilai kekuatan tarik
dan regangan rata-rata tertinggi. Komposit tanpa perendaman NaOH + NaCl
mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dibandingkan komposit dengan
serat NaOH + NaCl mempunyai nilai kekuatan tarik yang relatif sama meskipun
pada komposit perendaman 7,5 % NaOH + NaCl cenderung naik walaupun
sedikit. Ini bisa disebabkan kurang besarnya prosentase NaOH + NaCl yang
digunakan. Faktor fraksi serat yang kecil juga cenderung merusak kekuatan dari
komposit tersebut, dimana faktor matrik masih sangat dominan dalam
menentukan kekuatan dari komposit itu, serta faktor lain seperti pada saat proses
pembuatan, void, kurang meratanya serat pada saat pembuatan komposit
sehingga kekuatan komposit tidak dapat merata pada setiap titik. Grafik kekuatan
tarik rata-rata komposit serat perendaman NaOH + NaCl dapat dilihat pada
Gambar 4.1. Sedangkan grafik regangan rata-rata komposit serat perendaman
NaOH + NaCl dengan dapat dilihat pada Gambar 4.2.
GRAFIK KEKUATAN TARIK RATA-RATA
GRAFIK REGANGAN RATA-RATA
4.2 HASIL PENGUJIAN IMPAK
Metode yang digunakan dalam pengujian impak ini adalah metode
Charpy. Berbeda dengan pengujian tarik, pada pengujian impak ini tidak ada
print-out grafiknya. Dalam penelitian dilakukan beberapa pengujian impak secara
terpisah, yaitu: terhadap matrik pengikat dan komposit yang dihasilkan. Data yang
didapat adalah berupa sudut (β) yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk terhadap
dial (piringan angka). Dari pengujian ini dapat diambil nilai rata-rata tenaga patah
Tabel 4.3 Tenaga Patah dan Keuletan Rata-Rata Komposit
No. Jenis Komposit Tenaga Patah Rata-Rata Keuletan Rata-Rata
(Joule) (Joule/m2)
1 Resin Epoxy 0,1612 1930
2 Tanpa Perendaman 0,8173 10170
3 2,5% NaOH + 2,5%NaCl 1,0717 11266
4 5% NaOH + 2,5% NaCl 0,7049 7454
5 7,5% NaOH + 2,5%NaCl 0,5141 5885
Dari pengujian impak komposit serat widuri dengan perendaman NaOH
tanpa NaCl sebelumnya didapat nilai-nilai tenaga patah dan keuletan yang
ditampilkan pada tabel 4.4.
Tabel 4.4 Tenaga Patah dan Keuletan Rata-Rata Komposit Tanpa NaCl
No. Jenis Komposit Tenaga Patah Rata-Rata Keuletan Rata-Rata
(Joule) (Joule/m2)
1 2,5% NaOH 1,0328 12170
2 5% NaOH 0,2056 2500
3 7,5% NaOH 0,7074 8480
Pada Tabel 4.3 dapat dilihat bahwa matrik lebih getas dari komposit
dimana harga tenaga patah dan keuletannya lebih kecil dari komposit. Komposit
yang paling tinggi dibanding matrik dan komposit lainnya, komposit ini berarti
yang paling kuat menahan beban impak (kejut). Keuletan rata-rata yang tertinggi
dimiliki oleh komposit tanpa perendaman serat, komposit inilah yang paling ulet
atau liat (tough) Dengan hasil tersebut maka perendaman serat dengan
NaOH + NaCl justru menurunkan nilai tenaga patah dan keuletan komposit, dan
agar lebih jelas maka data pada tabel tersebut akan disajikan dalam bentuk grafik.
Grafik tenaga patah rata-rata komposit serat perendaman NaOH + NaCl
ditampilkan pada Gambar 4.3, dan grafik regangan rata-rata komposit serat
perendaman NaOH + NaCl dapat dilihat pada Gambar 4.4.
GRAFIK TENAGA PATAH RATA-RATA
GRAFIK KEULETAN RATA-RATA
Gambar 4.4 Grafik Keuletan Rata-Rata Komposit
4.3 PENGAMATAN BENTUK PATAHAN
Analisa struktur makro bertujuan untuk mengetahui bentuk patahan
benda uji secara makroskopis setelah dilakukan pengujian tarik dan impak.
Matrik polimer dalam aplikasi komposit secara umum dikenal dengan
sifat regangan yang tinggi. Pada gambar 4.5 dapat dilihat bentuk patahan yang
terjadi pada matrik epoxy setelah dilakukan uji impak. Jika meninjau model
kerusakan matrik yang terjadi, kerusakan tersebut tergolong kerusakan jenis patah
getas karena patahan yang terjadi pada benda uji memiliki patahan yang rata dan
mempunyai permukaan mengkilap.
Pada pengujian impak komposit serat widuri dengan perendaman serat
2,5 % NaOH dan NaCl patahan yang terjadi adalah patahan campuran, sedangkan
patahan yang terjadi pada komposit tanpa perendaman NaOH + NaCl dan
komposit dengan variasi lainnya, patahan yang terjadi berupa patahan getas. Jenis
patahan yang terjadi pada komposit ini dapat disebabkan karena fraksi volume
serat hanya 10% sehingga warna permukaan patahan cenderung mengkilat, hal ini
menunjukkan konsentrasi matrik masih sangat dominan dalam menentukan jenis
patahan yang terjadi. Selain itu terjadi kegagalan ikatan (debounding failure) yang
menyebabkan ikatan tidak sempurna sehingga dapat menurunkan kekuatan pada
komposit.
Pada pengujian tarik, patahan yang terjadi sebagian besar adalah patahan
campuran. Ini dapat dilihat pada patahan mempunyai patahan yang sebagian getas
dan sebagian liat. Foto makro bentuk patahan-patahan komposit dapat dilihat pada
Pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, Gambar 4.8 dan Gambar 4.9.
Patahan uji tarik Patahan uji impak
Patahan uji tarik Patahan uji impak
Gambar 4.7 Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 2,5 %
Patahan uji tarik Patahan uji impak
Gambar 4.8 Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 5 %
Patahan uji tarik Patahan uji impak
Gambar 4.9. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH+ NaCl) 7,5 %
4.4 PENGAMATAN STRUKTUR MIKRO
Tujuan analisa struktur mikro adalah untuk mengetahui struktur komposit
sesudah dilakukan pengujian tarik dan impak serta mengetahui perubahan struktur
komposit berdasarkan perlakuan kimia pada serat yaitu dengan dilakukannya
Gambar 4.12, Gambar 4.13 dan Gambar 4.14 dapat dilihat foto struktur mikro
komposit serat widuri dari berbagai jenis perlakuan kimia serat.
100 μm
Gambar 4.10 Foto Struktur Mikro Komposit Tanpa Perendaman Serat
100 μm
100 μm
Gambar 4.12 Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH + NaCl) 5%
100 μm
Gambar 4.13 Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH + NaCl) 7,5 %
Dari pengamatan yang dilakukan secara mikro, dapat disimpulkan bahwa
kerusakan yang terjadi dikarenakan ikatan antara serat dan matrik. Hal tersebut
bisa dikarenakan matrik tidak mengikat serat secara menyeluruh. Serta dibeberapa
bagian komposit dapat dilihat serat berada mengelompok. Pengelompokan ini
sehingga permukaan serat-serat itu tidak terikat matrik secara merata dan
akibatnya tidak ada transfer tegangan dari bagian lain dalam komposit tersebut
yang mengakibatkan komposit akan menurun kekuatannya.
100 μm
Gambar 4.14 Foto Mikro Kawat Tembaga
Untuk mengetahui ukuran nyata hasil foto mikro, digunakan
pembanding berupa kawat tembaga yang berdiameter 0,11 mm. Gambar 4.14
menunjukkan gambar kawat tembaga pembanding dimana penampang kawat
memiliki diameter 12 mm dengan perbesaran pada lensa kamera 100X. Dengan
perbandingan antara ukuran nyata kawat pembanding dan ukuran kawat
pembanding pada gambar, dapat diketahui ukuran nyata dari variabel yang diukur
pada foto mikro komposit dengan catatan perbesaran antara foto mikro komposit
4.5 KERUSAKAN PADA KOMPOSIT
Kemungkinan yang bisa menyebabkan turunnya kekuatan komposit
tersebut adalah sebagai berikut:
1. Adanya udara terperangkap (void) dalam komposit.
Kerusakan komposit dapat terjadi karena adanya void didalam komposit
yang bisa menyebabkan komposit akan patah pada daerah void. Hal
tersebut dikarenakan semakin besar fraksi volume serat penguat pada
komposit, semakin banyak pula void yang terdapat dalam komposit
tersebut. Pemakaian serat yang digunakan untuk membuat komposit
masih banyak mengandung prosentase air, hal ini juga bisa
menyebabkan terjadinya void.
2. Orientasi serat yang tidak searah (acak).
Mengakibatkan beban yang diterima tidak dapat didistribusikan secara
merata oleh matrik pengikat, sehingga hanya sebagian dari serat yang
ikut menahan beban bersama dengan matrik pengikat.
3. Distribusi serat yang kurang merata.
Sehingga kekuatan komposit yang dihasilkan juga tidak merata pada tiap
titiknya.
4. Kurang kuatnya ikatan antara matrik pengikat dengan serat penguat.
Ini akan menyebabkan debounding (lepasnya ikatan antara serat dengan
Selain yang tersebut di atas, dimungkinkan juga ada faktor lain yang
menyebabkan hasil pengujian tarik menyimpang. Faktor tersebut antara lain
adalah sebagai berikut:
1. Proses pembuatan benda uji
Benda uji dibuat secara manual dengan proses hand lay-up yang
sederhana sehingga hasil pencetakan kurang sempurna dan susahnya
menghindari kehadiran void yang terjebak di bawah untaian serat.
2. Faktor pengujian dan pengambilan data
Faktor ini merupakan faktor teknis yang sulit dihadirkan dalam pengujian
yang disebabkan beberapa hal antara lain:
a. Kurang hati-hati dalam pemasangan benda uji kedalam mesin uji
tarik yang dapat mengakibatkan kerusakan awal pada benda uji
yang tidak dideteksi sebelum beban diberikan.
b. Pemasangan benda uji yang tidak lurus dengan arah penarikan pada
mesin uji tarik sehingga menimbulkan momen lengkung pada
benda uji. Hal ini mempengaruhi patahan pada daerah dekat
5.1 Kesimpulan
1. Pengaruh perendaman serat mengakibatkan nilai kekuatan tarik turun. Nilai kekuatan tarik dan regangan paling tinggi terjadi pada matrik epoxy
yaitu 4,62 kg/mm2 dan 3 %. Komposit tanpa perendaman NaOH dan NaCl mempunyai harga kekuatan tarik yang tertinggi yaitu 1,66 kg/mm2. Sedangkan pada nilai regangan, komposit dengan pengaruh NaOH dan NaCl mengalami kenaikan. Karena kekuatan tarik dan regangan matrik lebih besar, maka komposit serat widuri yang terbentuk tidak sesuai dengan hasil yang diharapkan.
2. Perendaman NaOH dan NaCl mempengaruhi hasil energi patah dan keuletan dari komposit. Nilai energi patah dan keuletan rata-rata paling tinggi terjadi pada komposit dengan pengaruh 2,5 % NaOH dan NaCl yaitu 1,07 Joule dan 11266 Joule/m2.
