ANALISA KEKUATAN TARIK DAN IMPAK MATERIAL KOMPOSIT
SERAT KULIT BATANG MELINJO DENGAN PERLAKUAN NaOH
5% DAN POLIMER MATRIK RESIN EPOXI
Hendra Suherman1), Iqbal2), Bayu Jamil Hidayat3) Jurusan Teknik Mesin, Universitas Bung Hatta PadangKampus III: Jl. Gajah Mada, Gunumg Pangilun E-Mail: bayumild29@gmail.com
Abstrak
Serat kulit batang melinjo telah digunakan secara tradisional seperti bahan dasar pembuatan tali kekang kuda, dan sebagai tali busur panah, untuk itu perlu dikembangkan pemanfaatan serat kulit batang melinjo secara optimal. Epoksi adalah suatu polimer thermosetting yang akan bertambah bagus bila dicampur dengan suatu agen katalis atau pengeras. Komposit adalah perpaduan dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda sehingga menjadi suatu material baru yang memiliki properti lebih baik dari keduanya. Bila epoksi dan serat kulit batang melinjo dicampur untuk pembuatan komposit, diharapkan dapat menambah kekuatan polimer dan memiliki nilai ekonomis. Penelitian ini dilakuakan untuk mengetahui sifat mekanik komposit yang dihasilkan melalui parameter uji tarik dan uji impak. Pada penelitian ini resin epoksi sebagai matrik dan serat kulit batang melinjo sebagai penguat, dengan memvariasikan berbagai komposisi resin epoxi dan serat (resin : serat= 70% : 30%, 60% : 40%, 50% : 50%) penjang serat 3cm dan 5cm perlakuan perebusan meggunakan larutan NaOH 5% dan air biasa. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan diperoleh nilai rata-rata uji tarik dan impak terbaik adalah 30,12N/mm2 tarik dan impak 0,105 J/mm2 pada perbandingan komposisi resin epoksi : serat = 60% : 40% untuk uji tarik, 70% : 30% untuk uji impak dengan perebusan larutan NaOH 5%, sedangkan nilai rata-rata uji tarik dan impak terendah adalah 19,9 N/mm2, 0.06 J/mm2 perbandingan komposisi resin epoksi : serat 50% : 50% dengan panjang serat 3cm perebusan air biasa.
Abstract
Melinjo bark fiber has been used traditionally as the manufacture of a horse bridle, and a rope bow, for it is necessary to develop the use of bark fiber melinjo optimally. Epoxy is a thermosetting polymer that will grow good when mixed with a catalyst agent or hardener. Composite is a combination of two or more materials that have different phases so that it becomes a new material that has better properties than both. When the epoxy and fiber bark mixed melinjo for composite manufacturing, is expected to add to the strength of the polymer and has economic value. This study dilakuakan to determine the mechanical properties of composites produced through the parameters tensile test and impact test. In this study as an epoxy resin matrix and fibers as reinforcement melinjo bark, by varying the composition of the various epoxy resins and fibers (resin: fiber = 70%: 30%, 60%: 40%, 50%: 50%) penjang fiber 3cm and 5cm boiling treatment meggunakan 5% NaOH solution and water. From the research that has been done shows the average value of the tensile test and the best impact is 30,12N / mm2 tensile and impact 0,105 A / mm2 on a comparison of the epoxy resin composition: fiber = 60%: 40% for the tensile test, 70%: 30 % for the impact test with a boiling solution of NaOH 5%, while the average value of tensile and impact lowest was 19.9 N / mm2, 0:06 J / mm2 comparison epoxy resin composition: fiber 50%: 50% to the length of 3cm fiber boiling water usual.
Keywords: Epoxy Resin, Fiber Leather Trunk Melinjo, NaOH5%, Tensile Test, Impact Test.
1.1 PENDAHULUAN
Seiring dengan kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan, kebutuhan manusia akan material komposit semakin meningkat. Seiring dengan itu juga perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan disulitkan oleh bahan konvensional untuk memenuhi kebutuhan aplikasi baru. Untuk memenuhi tuntutan tersebut, maka ilmu teknologi memberikan solusi dengan penemuan suatu material yang mampu memenuhi kebutuhan permintaan pasar.
Difinisi komposit adalah perpaduan 2 material atau lebih yang berbeda fasa yang menghasilkan material baru dengan sifat yang lebih baik dari pada komponen penyusunnya. Ikatan antara partikel dan interaksi yang terjadi antar komponen penyusun merupakan hal yang mempengaruhi secara langsung sifat mekanik pada komposit yang dihasilkan. Material tersussun atas matrik dan bahan penguat, yang dapat berupa serat dengan penambahan bahan penguat pada konsentrasi tertentu, dapat menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik di bandingkan sifat material penyusunnya.
Dari sekian banyak resin yang ada di pasar, ada tiga jenis resin yang banyak digunakan yaitu polyester, vinil ester, dan epoxy. Dalam penelitian ini digunakan resin
epoxy. Pemilihan resin epoxy sebagai bahan dasar disebabkan kekuatan dan kekakuan epoxy resin lebih besar dibandingkan dengan polimer lainnya. Epoxy merupakan suatu polimer thermosetting yang umumnya di hasilkan dari reaksi antara epichlorohydrin dan bisphenol-A.
Serat kulit batang melinjo merupakan sejauh ini belum dimanfaatkan secara komersial, melainkan hanya diguanakan untuk bahan tradisional. Padahal jumlah serat kulit batang melinjo akan memiliki nilai jual yang menguntungkan apabila dimanfaatkan sebagai bahan penguat komposit dan secara
ekonomis sangat
menguntungkan bagi produsen. Untuk itu penelitian ini dilakukan sebagai upaya pemanfaatan serat kulit batang melinjo dan juga menghasilkan produk material yang ramah lingkungan.
1.2 METODOLOGI PENELITIAN Metode penelitian menggunakan serat kulit batang malinjo (gnetum gnemon). Serat batang dipilih dari pahon yang berumur di atas 5 tahun. Serat yang di uji diambil dari bagian batang pohon dengan ketinggian 100cm dari atas permukaan tanah untuk mendapatkan keseragaman serat. Matrik yang digunakan pada pengujian ini adalah resin epoxy.
Serat yang akan di uji dibedakan menjadi 2 tipe perlakuan yaitu, perebusan serat denga air biasa dan perebusan serat dengan larutan NaOH5% pada saat penguraiannya. Pada pengujian ini panjang serat divarisaikan masing-masing 5cm dan 3cm. 1.2.1 Prosedur Kerja
1. Tahap Proses Persiapan serat kulit batang melinjo
Pada tahap ini dilakukan perlakuan terhadap serat kulit batang melinjo, dimana tahap pertama yaitu proses perebusan serat kulit batang melinjo dengan menggunakan NaOH 5% dan air biasa kemudian dijemur dan diurai menjadi serat.
2. Tahap Pembuatan material komposit
Sampel serat kulit batang melinjo disusun pada cetakan dengan bentuk serat sejajar dan panjang serat bervariasi 3cm dan 5cm. Campuran epoxy dan katalis dituang secara perlahan kedalam cetakan yang telah disusun serat kulit batang melinjo didalamnya dan dibiarkan selama 5 menit untuk meghilangkan gelembung udara yang terperangkap didalamnya.
Penyusunan harus dilakukan secara padat dan merata sehingga bisa tercipata komposit yang kuat dan tidak midah pecah. Setelah yakin penyusunan serat telah dilakukan dengan sempurna, proses selanjutnya yaitu pemberian resin. Sesaat setelah resin dituangkan kedalam cetakan, tunggu selama 2-3jam sampai serat dan komposit tersebut mongering.
3. Tahap Pengujian
Tahap ini merupakan tahpa terakhir dari penelitian, dimana komposit telah diperoleh dan dilakukan analisa karakteristik. Tahap ini merupakan tahap untuk menganalisa karateristik komposit dari serat kulit batang melinjo dengan uji tarik dan uji impak.
1.2.2 Analisa 1. Uji Tarik
Pengujian sifat mekani dilakuakan dengan uji kekuatan tarik dari material komposit dengan menggunakan ASTM A370, diman alat tersebut dikondisikan pada beban 105 kg dengan kecepatan penarikan 20m/menit, material komposit diamati sapai putus, dicatat tegangan maksimum (Fmaks) dan regannya
2. Uji Impak
Pengujian impak untuk mengetahui kegetasan bahan polymer, berapa energy yang dapat diserap suatu material sampai material tersebut patah. Pengujian impak merupakan respon terhadap beban kejut atau beban tiba-tiba. Pengujian impak terdiri dari dua teknik pengujian standar yaitu Charpy dan Izod. Pengujian ini menggunakan ASTM D256-06.
1.3 HASIL DAN PEMBAHASAN 1.3.1 Analisa uji tarik
Analisa uji tarik ini menggunakan ASTM A370 dimana dimensi specimen lebarlnya tiga kali dari tebal. Pada penelitian ini komposisi epoksi dengan serat kulit batang melinjo divariasiakan 30%, 40%, 50% dan sedangkan pada panjang serat yaitu 3 cm dan 5 cm,
kedua parameter ini diuji kekuatan tarik untuk melihat bagaimana pengaruh kemampuan tarik terhadap komposit yang dibuat.
Berdasarkan grafik tegangan vs regangan diatas perbandingan antara serat Kulit Batang Melinjo dengan perlakuan NaOH 5% dan air biasa panjang serat 3cm dan berat serat 30%,40%,50% dimana tegangan terbesar terjadi pada spesimen 3cm berat serat 40% dengan perlakuan NaOH 5% yaitu sebesar 27.72N/mm2 sedangkan tegangan terkecil terjadi pada spesimen 3cm berat serat 50% perlakuan air biasa yaitu sebesar 19.9N/mm2, selanjutnya regangan terbesar terjadi pada spesimen 3cm berat serat 40% dengan perlakuan NaOH 5% dengan nilai sebesar 0.008417 sedangkan regangan terkecil terjadi pada spesimen 3cm berat serat 40% perlakuan air bisa yaitu sebesar 0.00202. Dari nilai rata-rata pada grafik tegangan serat yang memiliki panjang 3cm dengan perlakuan NaOH 5% lebih kuat dibandingkan dengan nilai tegangan kekuatan tarik serat yang berukuran panjang 3cm dengan perlakuan air biasa, disini dapat
dilihat bahwa perlakuan terhadap alkali mempengaruhi sifat mekanik spesimen, dimana perlakuan alkali memberikan pengaruh unsur kimia terhadap serat pada saat perebusannya begitu juga yang terjadi pada regangan pada specimen.
Jika dilihat dari hasil nilai rata-rata uji tarik pada spesimen dengan perlakuan NaOH 5% dan air biasa nilai tegangan terbesar terlihat pada specimen 5cm berat serat 40% perlakuan NaOH 5% yaitu sebesar 30.12667N/mm2 dan nilai terendah terlihat pada spesimen 5cm berat serat 30% air biasa yaitu sebesar 20.97667N/mm2 selanjutnya nilai regangan terbesar terjadi pada specimen 5cm berat serat 50% sebesar 0.01567 dan regangan terkecil pada spesimen 3cm berat serat 40% 0.00202. Maka dapat dilihat bahwa nilai rata-rata dari perbedan perlakuan serat berpengaruh terhadap kekuatan taraik pada material komposit serat kulit batang melinjo,
0 5 10 15 20 25 30 0 0.005 0.01 Tegan gan (σ m ax) N /m m 2 Regangan (ε)
Perbandingan σ vs ε Dengan Perlakuan NaOH 5% Dan Air Biasa untuk Serat
3cm spesimen 3cm 30% Perlakuan NaOH 5% spesimen 3cm 40% Perlakuan NaOH 5% spesimen 3cm 50% Perlakuan NaOH 5% 0 5 10 15 20 25 30 35 0 0.01 0.02 Tegan gan (σ m ax) N /m m 2 Regangan (ε) Perbandingan σ vs ε Dengan Perlakuan NaOH 5% Dan Air
Biasa Untuk Serat 5cm
spesimen 5cm 30% Perlakuan NaOH 5% spesimen 5cm 40% Perlakuan NaOH 5% spesimen 5cm 50% Perlakuan NaOH 5%
dimana perlakuanan dengan NaOH 5% memberikan nilai tegangan tarik tertinggi dibandingkan dengan perlakuan air biasa, hal ini disebabkan karena adanya unsur kimia yang membentuk atom baru pada serat yang di rebus dengan larutan NaOH 5%.
1.3.2 analisa uji impak
Analisa uji impak ini menggunakan ASTM D256-06 l. Pada penelitian ini komposisi epoksi dengan serat kulit batang melinjo divariasiakan 30%, 40%, 50% dan sedangkan pada panjang serat yaitu 3 cm dan 5 cm, kedua parameter ini diuji kekuatan tarik untuk melihat bagaimana pengaruh kemampuan tarik terhadap komposit yang dibuat.
Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat Harga impak rata-rata (HI) terbesar terjadi pada spesimen komposit serat Kulit Batang Melinjo dengan perlakuan NaOH 5% spesimen 3cm berat serat 30% sebesar 0.105333J/mm2 dan Harga Impak rata-rata (HI) terkecil terjadi pada spesimen dengan spesimen 3cm berat serat 30% yaitu sebesar 0.06J/mm2. Hal ini
dikarenakan pada proses cetakan spesimen yang menggunakan satu cetakan sehingga saat pemotongan spesimen serat dengan panjang awal 3cm banyak ditemui pengurang panjang serat yang mempengaruhi kekuatan impak spesimen. Selain itu susunan serat yang tidak beraturan juga berpengaruh terhadap kekuatan impak material dimana ada kemungkinan terjadinya void pada komposit tersebut.
Berdasarkan grafik diatas dapat dilihat Harga impak rata-rata (HI) terbesar terjadi pada spesimen komposit serat Kulit Batang Melinjo dengan perlakuan air biasa spesimen 5cm, berat serat 50% sebesar 0.075 J/mm2 dan Harga Impak rata-rata (HI) terkecil terjadi pada spesimen dengan spesimen 5cm berat serat 30% yaitu sebesar 0.064333J/mm2. Hal ini dikarenakan pada proses pencetakan spesimen serat tidak terdistribusi secara merata dan juga pada saat
0 0.05 0.1 0.15 H ar ga Im p ak H i (J /m m 2)
Perbandingan Harga Impak / Hi Dengan Perlakuan NaOH 5% Dan Air Biasa Untuk Serat 3cm
spesimen 3cm 30% Perlakuan Naoh 5% spesimen 3cm 40% Perlakuan NaOH 5% 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 H ar ga Im p ak H i (J /m m 2)
Perbanding Harga Impak / Hi Dengan Perlakuan NaOH 5% dan
Air Biasa Untuk Serat 5cm
spesimen 5cm 30% Perlakuan NaOH 5% spesimen 5cm 40% Perlakuan NaOH 5%
pemotongan spesimen serat dengan panjang awal banyak ditemui pengurang panjang serat yang mempengaruhi kekuatan impak spesimen. 1.4 KESIMPULAN
Penelitian tentang material komposit serat kulit batang melinjo dengan perlakuan rebusa larutan NaOH 5% dan air biasa yang disusun sejajar dalam matrik resin epoxi ini memberikan kesimpulan sebagai berikut:
Dari hasil pengujian tarik yang diperoleh dari jenis komposit serat kulit batang melinjo dengan panjang serat 3cm dan 5cm berat serat 30%, 40%, 50%. Sehingga di dapatkan tegangan tarik maksimum rata-rata (max) terbesar pada
komposit serat kulit batang melinjo dengan larutan NaOH 5% panjang serat 5cm berat serat 40% yaitu sebesar 30,12 N/mm2, sedangkan tegangan tarik maksimum rata-rata (max) terkecil pada komposit serat
kulit batang melinjo dengan perlakuan rebus air biasa panjang serat 3 cm berat serat 50% yaitu sebesar 19,9 N/mm2. Dari hasil pengolahan data dapat kita lihat bahwa perlakuan perebus serat sangat berpengaruh terhadap kekuatan tarik spesimen, hal ini terlihat dari hasil perbandingan perlakuan dengan menggunakan larutan NaOH 5% memiliki tegangan tarik yang lebih tinggi dibandingkan perlakuan rebus air biasa. Dilihat dari regangan, material yang memiliki regangan terbesar terjadi pada material
komposit serat kulit batang melinjo perlakuan rebus larutan NaOH 5% dengan panjang serat 5 cm berat 40% yaitu sebesar 0,008793, sedangkan regangan terkecil terjadi pada material komposit serat kulit batang melinjo dengan perlakuan rebus air bisa panjang serat 3 cm berat serat 40% sebesar 0,0202.
Dari hasil pengujian impak yang diperoleh dari jenis komposit serat kulit batang melinjo dengan panjang serat 3cm, dan 5cm berat serat 30%, 40%, 50%. Sehingga di dapatkan harga impak rata-rata (HI) terbesar pada komposit serat kulit batang melinjo dengan perlakuan rebus larutan NaOH 5% panjang serat 3 cm berat serat 30% sebesar 0,105333 J/mm2, sedangkan harga impak rata-rata (HI) terkecil pada komposit serat kulit batang melinjo dengan perlakuan rebus air biasa panjang serat 3 cm berat serat sebesar 0,06 J/mm2. Dari sini dapat dilihat karena perbedaan perlakuan perebusan serat mempengaruhi, hal ini disebabkan karena adanya pengaruh unsur kimia pada serat yg direbus dengan larutan NaOH 5%.
Kekuatan tarik dan harga impak material komposit berpenguat serat kulit batang melinjo dengan menggunakan matrik polimer resin epoxy sangat dipengaruhi oleh perlakuan perebusan. Perlakuan perebusan larutan NaOH 5% lebih kekuatan tarik dan harga impaknya tinggi, hal ini disebabkan pengaruh unsur kimia yang diserap oleh serat pada saat perebusan. begitu juga sebaliknya.
DAFTAR PUSTAKA
Callister.,2010, Materials Science and Engineering an Introduction, Wiley & Sons . Matthews, F.L., Rawlings, RD., 1993, Composite Material Engineering And
Science,Imperial College Of Science, Technology And Medi-cine, London, UK.
Schwartz, M.M. (1984). Composite Materials Handbook. New York: McGraw-Hill Inc.
ASTM, 2006, Standards and Literature References for Composite Materials, “American Society for Testing and Materials”, Philadelphia, PA.
Burmawi, Muhammad Ilham, 2014. „‟Analisa Sifat Mekanik Material Komposit
Serat Kulit Durian Matriks Polimer‟‟. Jurusan Teknik Mesin.
Universitas Bung Hatta Padang.
Burmawi, Safran, 2014. „‟Analisa Kekuatan Tarik dan Impak Material Komposit
Dengan Variasi Ukuran Panjang Serat TKKS yang Disusun Sejajar
Dalam Matrik Resin Polyester ‟‟. Jurusan Teknik Mesin. Universitas
Bung Hatta Padang.
Muh Amin, Samsudin Raharjo, 2012. “Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap
Kekuatan Tarik Bahan Serat Rambut Manusia” Dosen S1 Teknik
Mesin Universitas Muhammadyah semarang.
Sri Chandrabakty, 2011. “Pengaruh Panjang Serat Tertanam Terhadap Kekuatan
Geser Interfacial Komposit Serat Batang Melinjo Matriks Resin
Epoxy” Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tadulako.
Yudo Hartono dkk.2008. “Analisa Teknis Kekuatan Mekanis Material Komposit berpenguat Serat Ampas Tebu (Baggase) Ditinjau dari Kekuatan Tarik
dan Impak”. Program Studi Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik,
Universitas Diponegoro.
http://ramatwa.wordpress.com/2008/11/23komposit-part-definisi-klasifikasi-aplikasi. Supardi, Edi, 1999, Pengujian Logam, Angkasa Bandung, Bandung.
