Sifat mekanis material komposit berpenguat partikel cangkang kepiting dengan menggunakan variasi fraksi volume partikel 10%, 20% dan 30%

(1)

i

SIFAT MEKANIS MATERIAL KOMPOSIT BERPENGUAT

PARTIKEL CANGKANG KEPITING DENGAN

MENGGUNAKAN VARIASI FRAKSI VOLUME PARTIKEL

10%, 20% DAN 30%

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

oleh :

HENDRIKE FERDINAN CHERRY SUMARAUW

NIM: 135214012

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

MECHANICAL PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS

REINFORCED CRAB SHELLS PARTICLE WITH VOLUME

FRACTION VARIATION 10%, 20% AND 30%

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by :

HENDRIKE FERDINAN CHERRY SUMARAUW

Student Number: 135214012

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

STTAT

MEKN{IS

MATERIAL

KOMFOSIT

BERPENGTIAT

PARTIKEL

CAIYGKANG

KEPITING DENGAN

MENGGLNAKAN YARIASI

FR.AKSI

VOLTIME

PARTIKEL

lSa/o720o/s

DAN StlYo

Pembimbing Utama

Budi Setyahandana, S.T.,

MT.

(4)

SKRIPSI

SIFAT

FIEKANIS

MATERIAL

KOMPOSIT BERPENGUAT

PARTIKEL

CANGKANG

KEPITING I}ENGAN

1IIilNGGUNAKANYARTJTST{R4K.SIYOL{]MEPARTTKEL

lff/o,m"/oDAl{

}Do/o

K€tLla

Sekretaris

Anggota

DiprSiap{can dan ditrilis oleh:

Nama: Ilendrike Feidinan Cheny Sunramrrw

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata

nhrma

(5)

M

Dengsn

iai

saya menyatakan bahwa daltrn slaipsi ioi tidak t€rdapat karya yang pernah diajrrkan untr* memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Pergtruan Tinggi,

dan s€panjang pmgehhum srya juga

tid*

teildryt karya atau pmdap* yang

p€rnah dihrlis atau diterbitkan oleh orang laiq kecrdi yang s€oara tertulis diacu

d'lam aarkah ini dan dis€ftlutkan dalam daftar pustaka

Yogyakcta t4 Juti 20f7

(6)

vi

INTISARI

Limbah cangkang kepiting yang sering dihasilkan oleh rumah makan, biasanya hanya dibuang begitu saja, karena limbah cangkang kepiting dianggap belum memiliki nilai atau manfaat yang baik. Namun berbeda dengan pemikiran penulis. Penulis melihat bahwa limbah cangkang kepiting bisa dimanfaatkan. Oleh karena itu penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang penggunaan cangkang kepiting sebagai bahan penguat pada komposit. Dalam penelitian ini digunakan variasi fraksi volume partikel sebesar 10% 20% dan 30% dengan ukuran diameter partikel sebesar 100 mesh.

Manufaktur komposit menggunakan metode hand lay-up, dengan menggunakan cetakan kaca berukuran 30×20×0.5 cm. jenis matrik yang digunakan adalah resin polyester. Untuk mengetahui sifat mekanis dilakukan pengujian kekuatan tarik dengan menggunakan standar ASTM D 638-14 dan untuk pengujian impak digunakan standar ASTM D 611-02 dengan menggunakan metode Charpy impact test.

Data-data hasil penelitian kemudian dibandingkan dengan spesimen atau benda uji tanpa bahan penguat yaitu hanya bahan matrik resin polyester. Hasil dari pengujian impak, komposit berpenguat partikel cangkang kepiting dengan fraksi volume 20% merupakan variasi fraksi volume terbaik diantara fraksi volume yang lain, dengan nilai tenaga patah 688,1 J dan harga keuletan 7,6 J/mm2_.

Pada pengujian tarik, komposit berpenguat cangkang kepiting tidak memiliki pengaruh yang signifikan, dengan nilai kekuatan tarik tertinggi pada spesimen atau benda uji resin polyester yaitu 22,9 MPa dan kekuatan tarik terendah pada spesimen atau benda uji dengan fraksi volume 30% yaitu 11,1 MPa. Untuk nilai regangan tertinggi pada spesimen atau benda uji resin polyester yaitu 5.3% dan nilai regangan terendah yaitu 0.5% pada spesimen atau benda uji dengan fraksi volume 30%. Untuk nilai modulus elastisitas terendah pada spesimen atau benda uji resin polyester yaitu 4.6 MPa dan nilai terbesar pada spesimen atau benda uji dengan fraksi volume 20% yaitu 21.9 MPa.

(7)

vii

ABSTRACT

Crab shells’ wastes often produced by restaurants are usually thrown away. The fact is because they are still considered to have no value or beneficial usage. However, the researcher has the opposite thought which observes crab shell can be useful. This leads the researcher to conduct research about the use of crab shells as a reinforcement material for composite particles with polyester matrix. This research usesvariation of particle volume fraction by 10%, 20%, and 30% with the particle diameter size is 100 mesh.

Manufacturing composite uses hand lay-up method. Using a glass mold measuring 30 × 20 × 0.5 cm.The type of matrix used is polyester resin. A trial of tensile strength test uses ASTM D 638-14 standard while a trial of impact test uses ASTM D 611-02 standard which using Charpy impact test method.

Data of the research results are then compared to specimens or the trial stuffs without reinforcement material, as matrix polyester resin material. The result of impact test, the composite used crab shells’ particles with variation fraction volume 20%, with the modulus of rupture 688,1 J and module of elasticity 7,6 J/mm2, is the best among others.

In tensile strength test, the composites using crab shells do not give significant effect, which the highest tensile strength in specimens or polyester resin trial stuffs is 22.9 MPa while the lowest 30% is 11,1 MPa. As in tensile strain biggest value, specimen or polyester resin trial stuff is 5.3%, while the smallest is 0.5%, which owned by specimens or trial stuffs with volume fraction 30%. In the biggest modulus of elasticity value, specimen or polyester resin trial stuff has the smallest value which is 4.6 MPa while the biggest module of elasticity value is owned by specimen or trial stuff with volume faction 20% is 21.9 MPa.

(8)

LEMBAR

PER}TYATAATI PERSETUJUAI\I

PTJBLIKASI

KARYA

ILMIAH

T'NTIIK KEPENTINGAI\

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta:

Nama

.: Hendrike Ferdinan Cherry Sumarauw

NIM

:135214012

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul:

SIFAT

MEKAI{IS MATERIAL

KOMPOSIT BURPf,NGUAT

PARTIKEL CANGKAI{G

KOPTTING

DENGAI\

MENGGUNAKAFT

VARIASI IMAKST

VOLI}ME PARTIKEL

l$o/o,Z$Ya DAI\[ 30o/o

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta hak unttrk menyimpan, mengalihkan dalam benhrk media lain,

mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis taqrtnerlu meminta rjin dari saya sebagai penulis.

Demikian pernyafaan ini yang saya buat dengan sebenamya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 14 Juli 2017 Yang menyatakan,

(Hendrike Ferdinan Cherr), Sumarauw)

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat, berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi merupakan salah satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Skripsi ini membahas tentang sifat mekanis material komposit berpenguat partikel cangkang kepiting dengan menggunakan variasi fraksi volume 10%, 20% dan 30%.

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math. Sc., Ph. D. Dekan Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Unversitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Budi Setyahandan, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T., M.Si., sebagai Dosen Pembimbing Akademik.

5. Sonny Sumarauw dan Paula Palandi selaku kedua orang tua saya, yang telah memberikan motivasi, kasih sayang dan dukungan baik berupa materi dan spiritual.

6. Edwardo Lamalo, Eric Siagian, Emanuel Roberto, Junior Kamagi, dan Heind Daime, Novera Wisda, selaku teman-teman seperjuangan dalam perkuliahan. 7. Nehemia Saragih, Firman Aritonang, Greg Estu, Simon Adiwijaya, Robertus

Paska, Nelson Tarran, Yoshanta Epifani, Chikana Prahesti, dan Inri Sagala, selaku teman-teman saya, yang selalu ada disaat suka dan duka.

(10)

9.

Para karyawan di restoran Bang Ja'i yang telah memberikan dukungan dan bantuan.

10. Selunrh staff pengajar dan laboran Program Studi Teknik Mesin Universitas

Sanata Dhanna Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

11. Semua teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013 yang telatr berproses bersarna dalam perkuliahan.

12. Serta semua pihak yang tidak mrmgkin disebutkan satu persatu yang telah ikut membantu dalam menyelesaikan slripsi ini.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang perlu

dipeftaiki dalam slaipsi ini, untuk itu

penulis

masukan dan kritik,

serta saran dari berbagai pihak untuk menyemptrnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terirne kasih.

Yogyakart4

14luli20l7

(11)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

INTISARI ... vi

ABSTRACK ... vii

HALAMAN TERSETUJUAN PUBLKASI ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xviii

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Perumusan Masalah ... 3

1.3Tujuan Penelitian ... 3

1.4Batasan Masalah ... 4

1.5Manfaat Penelitian ... 5

BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian Komposit ... 6

2.2 Penggolongan Komposit ... 8

2.2.1 Bahan Penguat (Reinforcement) Komposit ... 9

2.2.2 Material Pengikat (Matrik) ... 11

2.3 Metoda Pembuatan Komposit ... 14

2.3.1 Proses Cetakan Terbuka (Open-Mold Process) ... 14

(12)

xii

2.4 Bahan Penyusun Komposit ... 21

2.4.1 Komposit Partikel (Butiran Atau Serbuk) ... 22

2.4.2 Matrik ... 23

2.4.3 Cangkang Kepiting ... 23

2.4.4 Bahan Tambahan ... 26

2.5 Fraksi Volume ... 27

2.6 Mekanika Komposit ... 27

2.7 Ukuran Partikel ... 29

2.8 Uji Tarik (Tensile Test) ... 29

2.9 Uji Impak ... 33

2.10Tinjauan Pustaka ... 37

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Skema Penelitian ... 39

3.2 Persiapan Penelitian ... 40

3.2.1 Alat-Alat Yang Digunakan ... 40

3.2.2 Bahan-Bahan Yang Digunakan ... 45

3.3 Perhitungan Komposisi Partikel ... 48

3.3.1 Mencari Massa Jenis Partikel ... 48

3.3.2 Mencari Volume Cetakan ... 49

3.3.3 Mencari Volume Cetakan Pada Setiap ... 50

Fraksi Volume Partikel 3.4 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Partikel ... 52

Cangkang Kepiting 3.5 Standar Pengujian Dan Dimensi Benda Uji ... 57

3.5.1 Uji Tarik ... 57

3.5.2.1Langkah-Langkah Pengujian Tarik ... 57

3.5.2 Uji Impak ... 58

3.5.2.1Langkah-Langkah Pengujian Impak ... 58

(13)

xiii

4.2 Pengujian Tarik ... 60

4.2.1 Pembahasan Uji Tarik ... 71

4.3 Pengujian Impak ... 72

4.3.1 Pembahasan Uji Impak ... 84

4.4 Massa Jenis Spesimen ... 86

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 89

5.2 Saran ... 90

DAFTAR PUSTAKA ... 91

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Matrik dan reinforcement dalam komposit ... 6

Gambar 2.2 Komposit partikel ... 9

Gambar 2.3 Komposit serat ... 10

Gambar 2.4 Komposit laminat ... 11

Gambar 2.5 Pengelompokan komposit ... 11

Gambar 2.6 Hand lay-up process ... 15

Gambar 2.7 Proses vacuum bag ... 16

Gambar 2.8 Pressure bag process ... 17

Gambar 2.9 Proses spray-up ... 17

Gambar 2.10 Proses filament winding ... 18

Gambar 2.11 Compression Molding ... 19

Gambar 2.12 Proses continuous pultrusion ... 21

Gambar 2.13 Limbah cangkang kepiting bakau (Scylla olivacea) ... 24

Gambar 2.14 Bagian-bagian cangkang kepiting ... 25

Gambar 2.15 Diagram tegangan dan regangan ... 29

Gambar 2.16 Alat uji tarik ... 30

Gambar 2.17 Sketsa spesimen benda uji tarik menurut ASTM 638-14 ... 33

Gambar 2.18 Uji impak charpy ... 34

Gambar 2.19 Sketsa dan dimensi spesimen benda uji impak ASTM A370 ... 36

Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian ... 39

Gambar 3.2 Timbangan digital ... 40

Gambar 3.3 Cetakan kaca ... 41

Gambar 3.4 Gelas ukur ... 41

Gambar 3.5 Suntikan ... 42

(15)

xv

Gambar 3.7 Spatula atau skrap ... 43

Gambar 3.8 Kuas ... 43

Gambar 3.9 Gerinda ... 44

Gambar 3.10 Penggaris ... 44

Gambar 3.11 Mesin milling ... 45

Gambar 3.12 Mesin uji tarik ... 45

Gambar 3.13 Limbah cangkang kepiting ... 46

Gambar 3.14 Resin polyester dan katalis ... 47

Gambar 3.15 (NaOH) ... 47

Gambar 3.16 Release Agent (Mirror Glaze) ... 48

Gambar 3.17 Membersihkan cangkang kepiting ... 53

Gambar 3.18 Pelakuan alkalisasi ... 53

Gambar 3.19 Penjemuran cangkang kepiting ... 54

Gambar 3.20 Menumbuk cangkang kepiting ... 54

Gambar 3.21 Penyaringan partikel ... 55

Gambar 3.22 Pencampuran resin dan katalis ... 55

Gambar 3.23 Penaburan partikel cangkang kepiting ... 56

Gambar 3.24 Komposit cangkang kepiting ... 57

Gambar 4.1 Grafik nilai kekuatan tarik pada spesimen ... 62

tanpa bahan penguat Gambar 4.2 Grafik nilai regangan pada spesimen tanpa bahan penguat ... 62

Gambar 4.3 Grafik nilai modulus elastisitas pada spesimen ... 62

tanpa bahan penguat Gambar 4.4 Grafik nilai kekuatan tarik pada fraksi volume ... 64

bahan penguat 10% Gambar 4.5 Grafik nilai regangan pada fraksi volume ... 64

(16)

xvi

Gambar 4.6 Grafik nilai modulus elastisitas pada fraksi volume ... 64 bahan penguat 10%

Gambar 4.7 Grafik nilai kekuatan tarik pada fraksi volume ... 66 bahan penguat 20%

Gambar 4.8 Grafik nilai regangan pada fraksi volume ... 66 bahan penguat 20%

Gambar 4.10 Grafik nilai kekuatan tarik pada fraksi volume ... 68 bahan penguat 30%

Gambar 4.11 Grafik nilai regangan pada fraksi volume ... 68 bahan penguat 30%

Gambar 4.13 Grafik nilai Kekuatan tarik rata-rata pada setiap bahan ... 70 penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

Gambar 4.14 Grafik nilai regangan rata-rata pada setiap bahan ... 70 penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

Gambar 4.15 Grafik nilai modulus elastisitas rata-rata pada setiap ... 70 bahan penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

Gambar 4.16 Grafik nilai tenaga patah masing-masing spesimen ... 74 tanpa bahan penguat

Gambar 4.17 Grafik harga keuletan masing-masing spesimen ... 74 tanpa bahan penguat

(17)

xvii

Gambar 4.19 Grafik harga keuletan masing-masing spesimen pada ... 76 fraksi volume bahan penguat 10%

Gambar 4.20 Grafik nilai tenaga patah masing-masing spesimen ... 78 pada fraksi volume bahan penguat 20%

Gambar 4.22 Grafik nilai tenaga patah masing-masing spesimen pada ... 80 fraksi volume bahan penguat 30%

Gambar 4.24 Grafik tenaga patah rata-rata pada setiap bahan ... 84 penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

Gambar 4.25 Grafik tenaga patah rata-rata pada setiap bahan ... 84 penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

(18)

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Dimensi spesimen menurut ASTM 638-14 ... 33

Tabel 2.2 Dimensi spesimen menurut ASTM D611-02 ... 35

Tabel 4.1 Dimensi masing-masing spesimen tanpa bahan penguat ... 61

Tabel 4.2 Kekuatan tarik masing-masing spesimen tanpa bahan penguat ... 61

Tabel 4.3 Regangan dan modulus elastisitas masing-masing ... 61

spesimen tanpa bahan penguat Tabel 4.4 Dimensi masing-masing spesimen pada fraksi ... 63

volume bahan penguat 10% Tabel 4.5 Kekuatan tarik komposit pada fraksi volume ... 63

bahan penguat 10% Tabel 4.6 Regangan dan modulus elastisitas komposit pada fraksi ... 63

volume bahan penguat 10% Tabel 4.7 Dimensi masing-masing spesimen pada fraksi ... 65

volume bahan penguat 20% Tabel 4.10 Dimensi masing-masing spesimen pada fraksi ... 67

(19)

xix

Tabel 4.13 Kekuatan tarik rata-rata pada setiap bahan penguat ... 69 dan spesimen tanpa bahan penguat

Tabel 4.14 Nilai regangan dan modulus elastisitas rata-rata pada setiap ... 69 bahan penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

Tabel 4.15 Dimensi dan sudut masing-masing spesimen ... 73 tanpa bahan penguat

Tabel 4.16 Tenaga patah dan harga keuletan masing-masing ... 73 spesimen tanpa bahan penguat

Tabel 4.17 Dimensi dan sudut masing-masing spesimen pada fraksi ... 75 volume bahan penguat 10%

Tabel 4.18 Tenaga patah dan harga keuletan masing-masing ... 75 spesimen pada fraksi volume bahan penguat 10%

Tabel 4.23 Standar deviasi kekuatan impak pada spesimen ... 81 tanpa bahan penguat

Tabel 4.24 Standar deviasi kekuatan impak pada spesimen ... 82 Dengan variasi fraksi volume 10%

(20)

xx

Tabel 4.26 Standar deviasi kekuatan impak pada spesimen ... 83 Dengan variasi fraksi volume 30%

Tabel 4.27 Tenaga patah dan harga keuletan rata-rata pada setiap ... 83 bahan penguat dan spesimen tanpa bahan penguat

(21)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi yang semakin maju saat ini, menuntut kebutuhan bahan atau material yang mempunyai sifat yang lebih baik dari bahan yang sudah ada. Bahan atau material seperti besi, baja, keramik, dan bahan polimer yang umumnya mempunyai sifat yang berat, mudah terkorosi, dan rentan terhadap kerusakan. Kebutuhan bahan material yang lebih baik sangat dibutuhkan di dunia industri, seperti industri perkapalan, otomotif, pesawat terbang, perumahan dan lainnya. Bahan atau material yang lebih baik adalah bahan atau material yang memiliki sifat ringan, tidak mudah korosi, tidak berbahaya, tahan terhadap benturan dan terbuat dari bahan yang mudah didapatkan dan lain sebagainya yang tentunya bersifat lebih baik dari bahan atau material yang sudah ada. Maka dari itu bahan atau material komposit merupakan jawaban atas bahan apa yang berpengaruh dalam perkembangan teknologi yang semakin maju.

Komposit adalah suatu bahan atau material baru hasil rekayasa yang berasal dari penggabungan dua atau lebih bahan material yang berbeda, yaitu fase matrik dan fase penguat (reinforcement) untuk menghasilkan material yang baru dan mempunyai sifat yang lebih baik dari material penyusunnya. Komposit merupakan benda dari hasil penggabungan beberapa bahan, maka sifat komposit akan lebih unggul setelah dilakukan penggabungan, keunggulan sifat-sifatnya antara lain:

(22)

b) Terhindar dari korosi.

c) Dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik. d) Sifat kelenturan (fatigue) lebih baik dari logam biasa dan ketangguhan

(toughness) yang baik.

Selain matrik, material utama dalam komposit adalah bahan penguat (reinforcement). Bahan penguat merupakan penanggung beban yang utama, oleh kerena itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih baik dari pada bahan matriknya. Selain itu ikatan matrik dan bahan penguat harus sangat kritis dan peka, karena bila mendapat pembebanan maka matrik akan meneruskan ke penguat (Van Vlack, 1991: hal 596).

Salah satu jenis penguat yang dipakai adalah katin yang banyak terdapat pada kulit udang dan cangkang kepiting. Kepiting merupakan jenis hewan amfibi yakni dapat hidup didarat maupun diperairan, ada begitu banyak jenis kepiting. Namun yang sering dikonsumsi adalah kepiting bakau. Kepiting terkenal memiliki daging dengan tekstur yang empuk dan memiliki rasa yang nikmat. Kepiting juga memiliki cangkang yang cukup keras. Karena biasanya yang dikonsumsi hanya dagingnya menyebabkan cangkang kepiting sering diabaikan sehingga menghasilkan limbah yang cukup besar dimana pemanfaatan dari limbah tersebut belum maksimal.

(23)

gigi palsu tulang palsu dan produk-produk kecantikan. Oleh karena itu penulis tertarik untuk meneliti pemanfaatan cangkang kepiting ini sebagai bahan penguat (reinforcement) komposit, yang mana diharapkan hasil dari penelitian ini dapat digunakan didunia industri saat ini. Penelitian ini memanfaatkan limbah cangkang kepiting sebagai bahan penguat (reinforcement) pada komposit dengan matrik resin poliester. Komposit ini termasuk dalam jenis komposit partikel.

1.2 Rumusan Masalah

Beberapa faktor yang perlu diperhatikan dalam pemanfaatan cangkang kepiting sebagai bahan penguat (reinforcement) dalam pembuatan komposit adalah ukuran partikel, ikatan antara partikel dan matrik. Daya ikat antara partikel dengan matrik merupakan hal yang sangat mempengaruhi sifat mekanik komposit. Untuk itu dilakukan penelitian untuk menyelidiki bagaimana memvariasikan fraksi volume partikel cangkang kepiting untuk mendapatkan sifat mekanik material komposit berpenguat cangkang kepiting yang baik.

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk :

1. Mengetahui kekuatan tarik komposit berpenguat cangkang kepiting dengan matrik poliester. Pada berbagai variasi fraksi volume partikel cangkang kepiting sebesar 10%, 20%, 30%.

(24)

3. Mendapatkan massa jenis tiap spesimen pada komposit berpenguat cangkang kepiting dengan variasi fraksi volume partikel cangkang kepiting sebesar 10%, 20% dan 30%.

4. Mendapatkan volume fraksi terbaik komposit partikel berpenguat cangkang kepiting.

1.4 Batasan Masalah

Pada pembahasan ini penulis membatasi masalah pada:

1. Bahan penguat komposit adalah partikel cangkang kepiting yang mempunyai ukuran diameter partikel 100 mesh dengan variasi fraksi volume partikel sebesar 10%, 20% dan 30%.

2. Ukuran partikel diatas 100 mesh yang ikut tercampur saat proses mencetak diabaikan.

3. Kandungan benda asing yang ikut terbawa pada proses pembuatan diabaikan.

4. Matrik yang digunakan sebagai bahan campuran dengan bahan pengikat adalah resin poliester.

(25)

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian yang dilakukan diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

1. Diharapkan dapat memberikan informasi tentang pengembangan ilmu komposit, yang dapat ditempatkan di perpustakaan Universitas Sanata Dharma.

2. Diperoleh suatu material komposit baru yang dapat digunakan sebagai material yang mengutamakan tingkat kekerasan dan keuletan dalam aplikasinya pada tingkatan komposit polimer

(26)

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Komposit

Komposit adalah bahan atau material gabungan antara dua macam material atau lebih dengan fase berbeda. Penggabungan ini dimaksudkan untuk mendapatkan bahan komposit dengan sifat lebih baik dari material penyusunnya. Pada komposit dikenal istilah matrik (fase pertama) dan penguat atau reinforcement (fase kedua). Matrik berfungsi sebagai pengikat sedangkan reinforcement berfungsi sebagai material penguatan pada komposit (lihat Gambar 2.1). Komposit merupakan suatu jenis bahan baru hasil dari suatu percobaan yang terdiri dari dua atau lebih bahan yang memiliki sifat bahan yang berbeda satu sama lainnya, baik sifat kimia maupun fisiknya (Nayoroh, 2013:1).

Gambar 2.1 Matrik dan reinforcement dalam komposit (http://www.baekil.com/kr/rd/index2.htm)

(27)

organik atau natural adalah bahan yang ada di alam yang tanpa proses campuran bahan kimia, seperti serat alam pada tumbuhan, sekam, bambu, pasir kerikil, cangkang hewan dan lain sebagainya. Bahan penguat merupakan penanggung beban yang utama, oleh kerena itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih baik daripada bahan matriknya. Selain itu ikatan matriks dan bahan penguat harus sangat kritis dan peka, karena bila mendapat pembebanan maka matrik akan meneruskan ke serat penguat. (Van Vlack, 1991: hal 596).

Bahan penguat (reinforcement) dapat berbentuk bermacam-macam jenis, dapat berbentuk partikel, serat halus, serat kontinu, serat diskontinu, dan lempengan. Jenis penguat yang sering dipakai adalah komposit bentuk serat, komposit jenis ini dapat dibentuk dengan mudah dibandingkan dengan bentuk komposit lain. Komposit berpenguat serat juga memiliki kemampuan meneruskan beban lebih besar dibandingkan komposit berpenguat partikel atau butiran, jenis serat yang umum dipakai sebagai penguat adalah serat karbon, aramid dan serat kaca.

(28)

Karena komposit merupakan penggabungan dua bahan atau lebih yang memiliki fase berbeda, maka komposit mempunyai keunggulan dan kekurangan. 1. Keunggulannya adalah sebagai berikut :

a) Komposit mempunyai sifat yang lebih baik dari pada material konvensional yang sering dipakai.

b) Mempunyai kekuatan dan keuletan yang tinggi. c) Komposit dapat terhindar dari korosi.

d) Dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan yang lebih baik. e) Mempunyai daya redam terhadap getaran dan bunyi yang cukup baik.

2. Adapun kekurangan material komposit, diantaranya :

a) Banyak bahan komposit (umumnya bahan komposit polimer) tidak aman terhadap serangan zat-zat kimia atau larutan tertentu.

b) Bahan baku dan proses pembuatan komposit biasanya biayanya cukup mahal dari pada bahan konvensional biasa.

c) Proses pembuatannya yang relatif sulit jika dibandingkan dengan material kovensional biasanya.

d) Proses pembuatan komposit memerlukan waktu yang relatif lebih lama.

2.2 Penggolongan Komposit

(29)

2.2.1 Bahan Penguat (Reinforcement) Komposit

Bahan penguat (reinforcement) yang digunakan pada material komposit berupa partikel lamina dan serat. Berikut adalah jenis-jenis komposit, yaitu:

1. Komposit partikel (particulate composite)

Komposit jenis ini, menggunakan reinforcement (bahan penguat) yang berbentuk partikel atau butiran yang berukuran mikroskopis (lihat Gambar 2.2). Material partikel yang digunakan sebagai bahan penguat dapat berasal dari satu jenis atau lebih jenis material, bisa dari material logam ataupun material non logam. Partikel ini disisipkan kedalam bahan penguat atau matrik untuk mendapatkan sifat mekanik yang baik sesuai kebutuhan. Komposit partikel memiliki keuntungan seperti meningkatkan kekuatan, menambahkan ketahanan temperature, tahan terhadap oksidasi, dan lain-lain. Contoh dari komposit ini termasuk seperti partikel aluminium pada karet; partikel silicon karbida pada aluminium; kerikil, pasir dan semen untuk membuat beton.

Gambar 2.2 Komposit partikel

( http://teyenx.blogspot.com/2009/10/skripsi-pengaruh-lebar-spesimen-pada_6240.html)

2. Komposit serat (fibrous composite)

(30)

penanggung beban utama. serat yang digunakan memiliki kekuatan dan keuletan yang lebih baik dibanding dengan matrik bahan pengikatnya. Serat yang digunakan bisa berupa serat sintetis (fiberglass, nylon, kawat, plywood, vynil. dll) dan juga serat organik (bahan-bahan yang ada di alam seperti serat batang dan daun tumbuhan).

Penyusunan serat penguat dalam jenis komposit serat ada beberapa metode. Perbedaan cara penyusunan serat ini akan mempengaruhi sifat mekanik komposit yang berbeda beda juga, terutama terhadap kekuatan tarik dan harga keuletannya (lihat Gambar 2.3). Berdasarkan jenis seratnya dibedakan atas:

a)

Serat kontinyu

Dengan orientasi serat yang bermacam-macam antara lain arah serat satu arah (unidireksional), serat dua arah atau biaksial, serat tiga arah atau triaksial.

b)

Serat diskontinyu [image:30.595.84.512.180.733.2]

Serat yang menyebar dengan acak sehingga sifat mekaniknya tidak terlalu baik jika dibandingkan serat kontinyu.

Gambar 2.3 Komposit serat

(31)

3 Komposit laminat (laminated composite)

[image:31.595.83.516.237.736.2]

Komposit laminat (lihat Gambar 2.4) adalah jenis komposit yang terdiri dari dua material atau lebih yang disusun berlapis lapis. Penyusunan lapisan ini bisa searah orientasinya ataupun juga bisa melintang dengan lapisan sebelumnya. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat sifat yang baru. Seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal, sifat isolator dan penampilan yang menarik.

Gambar 2.4 Komposit laminat

2.2.2 Material Pengikat (Matrik)

Sesuai dengan jenis matriknya, maka dikenal Metal Matrix Composites (MMC), Ceramic Matrix Composites (CMC), dan Polimer Matrix Composites

(PMC). (lihat Gambar 2.5)

Gambar 2.5 Pengelompokan komposit

(32)

1. Komposit matrik logam (MMC; metal matrix composite)

Komposit berpengikat logam terdiri dari sebuah logam atau campuran sebagai pengikat yang bersambungan dan penguatnya dapat berupa partikel, serat pendek atau rambut dan serat panjang (Chawla, 2011). Pada komposit ini, bahan penguat (reinforcement) biasanya material logam, ataupun serat karbon dan boron. Proses pembuatan komposit matrik logam biasanya dikerjakan dalam temperatur yang tinggi, karena untuk melelehkan atau mencairkan bahan logam sebelum dicetak menjadi komposit.

Logam yang paling banyak digunakan untuk matik komposit antara lain aluminium, tembaga, kuningan dan timah. Bahan penguat dapat meningkatkan kekakuan lebih spesifik, kekuatan lebih spesifik, tahan terhadap abrasi, tahan terhadap laju mulur, konduktivitas termal, dan ukuran yang stabil. Beberapa keuntungan yang melebihi komposit berpengikat polimer termasuk penggunaan pada temperature yang tinggi, tak mudah terbakar, dan lebih tahan terhadap degradasi yang terjadi oleh cairan organik.

Komposit berpengikat logam jauh lebih mahal dari komposit berpengikat polimer dan dengan alasan tersebut maka penggunaan komposit berpengikat logam menjadi terbatas (Callister dan Rethwisch, 2014).

2. Komposit matrik keramik (CMC; ceramik matriks composite)

(33)

Bahan ini secara ekstrim dapat dengan mudah terkena kejutan termal dan dengan mudah rusak saat pembuatannya dan atau pelayanannya. Pembuatan komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal.

Pembuatan komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi serbuk. matrik yang 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 (PMC; polymer matrix composite)

Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan pengguat dari komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake, yang masing- masing dibedakan lagi menjadi bahan penguat organik dan metal.

Komposit matrik polimer adalah jenis matrik yang berasal dari bahan polimer sebagai bahan penguatnya. Komposit yang menggunakan matrik jenis ini paling banyak digunakan, karena mudah dalam proses pembuatannya dan juga murah biayanya.

(34)

Termosetting adalah Material yang relatif tahan sifat fisis dan mekanisnya bila berada pada temperatur tinggi. Tetapi relatif getas dan mudah retak atau pecah. Bebarapa contoh material ini adalah Phenolic, epoksi, melamine, polyester, casein.

2.3 Metoda Pembuatan Komposit

Secara Garis besar metoda pembuatan material komposit terdiri dari atas dua cara, yaitu :

2.3.1 Proses Cetakan Terbuka (Open mold process)

Metode cetakan terbuka berarti teknik tersebut dilakukan dengan cetakan yang terbuka. Berikut adalah jenis-jenis cetakan terbuka (open-mold process).

a) Contact molding/ hand lay up

Hand lay-up adalah metoda yang paling sederhana dan merupakan proses dengan metode terbuka dari proses fabrikasi komposit. Adapun proses dari pembuatan dengan metoda ini adalah dengan cara menuangkan resin dengan tangan kedalam serat berbentuk anyaman, rajuan atau kain, kemudian memberi tekanan sekaligus meratakannya menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai. Pada proses ini resin langsung berkontak dengan udara dan biasanya proses pencetakan dilakukan pada temperatur kamar.

Kelebihan penggunaan metoda ini: • Mudah dilakukan

(35)

• Volumenya rendah

[image:35.595.91.510.195.621.2]

Pada metoda hand lay up ini resin yang paling banyak di gunakan adalah polyester dan epoxies. Proses ini dapat kita lihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Hand lay-up process

(

http://www.carbonfiberglass.com/Composites-Manufacturing/Composites-Manufacturing-Processes.html)

Aplikasi dari pembuatan produk komposit menggunakan hand lay up ini biasanya di gunakan pada material atau komponen yang sangat besar, seperti pembuatan kapal, bodi kendaraan, bilah turbin angin, bak mandi, perahu.

b) Vacuum bag

(36)

[image:36.595.93.511.205.621.2]

Dibandingkan dengan hand lay-up, metode vakum memberikan penguatan konsentrasi yang lebih tinggi, adhesi yang lebih baik antara lapisan, dan kontrol yang lebih resin / rasio kaca.

Gambar 2.7 Proses vacuum bag

(http://mymachining.blogspot.co.id/2012/01/vacuum-bag-process.html) Aplikasi dari metoda vacuum bag ini adalah pembuatan kapal pesiar, komponen mobil balap, perahu dan lain-lain.

c) Pressure bag

Pressure bag memiliki kesamaan dengan metode vacuum bag, namun

(37)

[image:37.595.89.512.106.740.2]

Gambar 2.8 pressure bag process

(

http://slideplayer.com/slide/9663336/31/images/46/4.+Pressure-Bag+Molding.jpg)

d) Spray-up

Spray-up merupakan metode cetakan terbuka yang dapat menghasilkan

bagian-bagian yang lebih kompleks ekonomis dari hand lay-up. Proses spray-up dilakukan dengan cara penyemprotan serat (fiber) yang telah melewati tempat pemotongan (chopper) (lihat Gambar 2.9). Sementara resin yang telah dicampur dengan katalis juga disemprotkan secara bersamaan Wadah tempat pencetakan spray- up telah disiapkan sebelumnya. Setelah itu proses selanjutnya adalah dengan membiarkannya mengeras pada kondisi atmosfer standar.

Gambar 2.9 Proses spray-up

(38)

Spray-up telah sangat sedikit aplikasi di ruang angkasa. Teknologi ini

menghasilkan struktur kekuatan yang rendah yang biasanya tidak termasuk pada produk akhir. Spray-up sedang digunakan untuk bergabung dengan struktur back-up untuk lembaran wajah komposit pada alat komposit. Spray-up ini juga digunakan terbatas untuk mendapatkan fiberglass splash dari alat transfer. Aplikasi penggunaan dari proses ini adalah panel-panel, bodi karavan, bak mandi, sampan dan lain-lain.

e) Filament winding

Fiber tipe roving atau single strand dilewatkan melalui wadah yang

[image:38.595.84.513.249.654.2]

berisi resin, kemudian fiber tersebut akan diputar sekeliling mandrel yang sedang bergerak dua arah, arah radial dan arah tangensial. Proses ini dilakukan berulang, sehingga cara ini didapatkan lapisan serat dan fiber sesuai dengan yang diinginkan, seperti pada Gambar 2.10. Resin termoseting yang biasa di gunakan pada proses ini adalah poliester, vinil ester, epoxies, dan fenolat.

Gambar 2.10 Proses filament winding

(39)

mekanisme serat, dan tingkat rotasi mandrel tersebut. Adapun aplikasi dari proses filament winding ini digunakan untuk menghasilkan bejana tekan, motor roket, tank, tongkat golf dan pipa.

2.3.2 Proses Cetakan Tertutup (Closed mold process)

a) Proses Cetakan Tekan (Compression Molding)

[image:39.595.85.510.184.614.2]

Proses cetakan ini menggunakan hydraulic sebagai penekannya. Fiber yang telah dicampur dengan resin dimasukkan ke dalam rongga cetakan, kemudian dilakukan penekanan dan pemanasan (lihat Gambar 2.11). Resin termoset khas yang digunakan dalam proses cetak tekan ini adalah poliester, vinil ester, epoxies, dan fenolat.

Gambar 2.11 Compression Molding

(http://kids.britannica.com/students/assembly/view/53835)

(40)

b) Injection Molding

Metoda injection molding juga dikenal sebagai reaksi pencetakan cairan atau pelapisan tekanan tinggi. Fiber dan resin dimasukkan kedalam rongga cetakan bagian atas, kondisi temperature dijaga supaya tetap dapat mencairkan resin. Resin cair beserta fiber akan mengalir ke bagian bawah, kemudian injeksi dilakukan oleh mandrel ke arah nozel menuju cetakan.

Pada proses ini resin polimer reaktif yang di gunakan seperti poliol, isosianat, poliuretan, dan poliamida menyediakan siklus pencetakan cepat cocok untuk aplikasi otomotif dan furnitur. Aplikasi secara umum meliputi bumper otomotif, alat rumah, dan komponen mebel.

c) Continuous Pultrusion

(41)

Gambar 2.12 Proses continuous pultrusion

(http://www.nuplex.com/composites/processes/pultrusion)

Aplikasi penggunaan proses ini digunakan untuk pembuatan batang digunakan pada struktur atap, jembatan dan lain-lain.

2.4 Bahan Penyusun Komposit

Komposit adalah bahan atau material gabungan antara dua macam material atau lebih dengan fase berbeda. Penggabungan ini dimaksudkan untuk mendapatkan bahan komposit dengan sifat lebih baik dari material penyusunnya. Berikut merupakan bahan-bahan penyusun komposit, diantaranya:

2.4.1 Komposit Partikel (Butiran Atau Serbuk)

Komposit partikel merupakan suatu bahan yang terbentuk dari partikel-partikel yang tersebar didalam matriks pengikat. Komposit partikel-partikel dapat dibuat dari partikel dan matriks logam maupun non logam atau kombinasi dan keduanya.

(42)

Pada komposit ini, bahan penguat (reinforcement) yang digunakan mempunyai ukuran yang sangat kecil mulai dari ukuran berskala mikroskopis sampai ukuran berskala makroskopis Mekanisme penguatan oleh partikel tergantung dari ukuran partikel itu sendiri.

Dalam skala mikroskopis, partikel yang digunakan adalah serbuk yang sangat halus yang terdistribusi dalam bahan matrik saat pencetakan. Keberadaan partikel dalam matrik, akan menjadikan matrik menjadi lebih keras dan menghambat gerakan dislokasi yang akan timbul. Dalam kejadian ini sebagian beban luar yang diberikan, akan bekerja pada matrik.

Komposit partikel (particulate composite) dibagi menjadi beberapa jenis, yatu:

a) Non metallic in non metallic particulate composites, merupakan sistem material komposit partikel yang dua atau lebih unsur pembentuknya tidak berupa material logam, misal berupa ceramics matrix-glass particulate.

b) Metallic in metallic particulate composites, merupakan sistem material komposit partikel yang baik matrik maupun pertikel penguat berupa material logam, namun tidak sama dengan model paduan logam, sebab penguat partikel logam tidak melebur di dalam matrik logam.

c) Non metallic in metallic particulate composites, merupakan sistem material komposit partikel yang matriknya berupa material logam, namun material penguat tidak berupa material logam melainkan dari jenis nonlogam, misal ceramics particulate dalam matrik stainless steel.

(43)

komposit partikel yang memiliki matrik yang tidak berupa material logam, misalnya aluminium powder dalam polyurethane atau polysulfide rubber.

2.4.2 Matrik

Matrik merupakan komponen dalam pembuatan komposit yang berfungsi sebagai pengikat reinforcement matrik juga berfungsi sebagai penerus daya dari partikel yang satu ke partikel yang lainnya. Pada umumnya matrik terbuat dari bahan-bahan yang lunak dan liat. Polimer (plastis) merupakan bahan yang umum digunakan dalam pembuatan komposit. Contoh bahan polimer yang sejak dulu banyak digunakan sebagai matrik adalah polyester, vinylester, dan epoksi. Polimer terbagi atas dua jenis, yaitu; polimer termoseting dan polimer termoplastik. Polimer termoseting adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak berubah karena panas. Sedangkan polimer termoplastik adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan berubah karena panas.

2.4.3 Cangkang Kepiting

(44)

Gambar 2.13 Limbah cangkang kepiting bakau (Scylla olivacea)

Spesies ini memiliki warna yang relatif sama dengan warna lumpur, yaitu cokelat kehitam-hitaman pada karapasnya dan putih kekuning-kuningan pada abdomennya. Pada propodus bagian atas terdapat sepasang duri yang runcing dan satu buah duri pada propodus bagian bawah.

Scylla olivacea memiliki warna karapas hijau tua kecokelatan. Dengan

panjang maksimum 150 mm, dan sering ditemukan di daerah hutan mangrove (Rahayu dan Setyadi, 2009). Scylla olivacea memiliki sistematika sebagai berikut:

Filum : Arthropoda Class : Crustacea Ordo : Decapoda Family : Portunidae Genus : Scylla

Spesies : Scylla olivacea H.

Scylla olivacea, merupakan kepiting yang sangat penting di negara-negara

(45)

[image:45.595.86.515.249.628.2]

cardiac intestinal dan branchial dibatasi oleh alur yang lebar tetapi dangkal. Bagian frontal bergigi tumpul 4 buah. Tepi anterolateral mempunyai 9 gigi yang tidak sama besarnya. Capit kuat, pada capit yang kecil terdapat gigi-gigi yang tajam pada sisi pemotongnya, sedangkan pada capit yang besar gigi berbentuk seperti geraham pada sisi pemotongnya; carpus tanpa 2 duri besar pada sisi luarnya. Capit dan kaki jalan berwarna merah bata tanpa pola polygonal yang berwarna lebih gelap (Rahayu dkk,2009) (lihat Gambar 2.14).

Gambar 2.14 Bagian-bagian cangkang kepiting (Rahayu dan Setyadi, 2009)

Kulit kepiting mengandung protein (15,60% - 23,90%), kalsium karbonat (53,70% - 78,40%) dan katin (18,70% - 32,20%), sedangkan kulit udang mengandung protein (25% - 40%), kalsium karbonat (45% - 50%) dan kitin (15% - 20%) (Focher dkk, 1992).

(46)

tahap ini dengan nama tahap dekalsifikasi. Tahap kedua adalah tahap penghilangan protein (deproteinasi). Tahap ini bertujuan untuk menghilangkan protein. Biasanya dilakukan dengan menambahkan larutan natrium hidroksida (NaOH), sambil dipanaskan pada suhu yang tidak terlalu tinggi ± 60-70ºC. Tahap ketiga adalah tahap penghilangan warna. Tahap ini dapat dilakukan atau tidak, tergantung keperluan. Penghilangan warna dapat menggunakan larutan oksidator, seperti asam oksalat, kaporit atau Potassium Permanganate (KMnO4). Tahap penghilangan warna untuk tujuan tertentu cukup dengan menggunakan alkohol atau aseton.

2.4.4 Bahan Tambahan

Bahan tambahan yang biasanya dipakai yakni katalis, yang berfungsi sebagai pemicu untuk memulai dan mempersingkat reaksi pengeringan pada temperatur ruang. Kelebihan katalis akan menimbulkan panas saat proses pengeringan dan hal ini bisa merusak produk yang dibuat jika pencampuran katalis kedalam resin terlalu banyak atau tidak sesuai takaran.

Katalis yang bereaksi dengan resin akan memberikan reaksi berupa panas. Pada proses pengeringan perbandingan komposisi yang dipergunakan sebagai campuran untuk katalis menggunakan perbandingan 0,25% - 0,5 % dari volume total.

(47)

Untuk menghindari lengketnya produk dengan cetakan maka diadakan proses pelapisan terhadap cetakan dengan release agent sebelum dilakukan pembuatan. release agent yang bisa digunakan berupa waxes (semir), alcohol, film forming, oli dan sebagainya. Selain bahan-bahan diatas masih banyak lagi bahan-bahan tambahan yang dapat diaplikasikan sebagai penambah kemampuan terhadap suhu tinggi, tahan aus dan sebagainya.

2.5 Fraksi Volume

Fraksi volume (%) adalah aturan perbandingan untuk pencampuran volume serat atau serbuk dan volume matrik bahan pembentuk komposit terhadap volume total komposit. Biasanya penggunaan istilah fraksi volume mengacu pada jumlah prosentase (%) volume bahan penguat atau reinforcement yang digunakan dalam proses pembuatan komposit.

Perhitungan untuk menentukan fraksi volume campuran komposit:

V

composite

= V

partikel

+V

matrik

+ V

katalis (2.1)

Keterangan:

Vcomposite = 100% volume total komposit Vreinforcement = % volume serat/partikel Vmatrik = % volume matrik/resin Vkatalis = % volume katalis (hardener)

2.6 Mekanika Komposit

(48)

homogen isotropik. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun atas dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda sehingga analisis mekanik komposit berbeda dengan bahan teknik konvensional. Sifat mekanik bahan komposit merupakan fungsi dari:

a) Sifat mekanis komponen penyusunnya b) Geometri susunan masing-masing komponen c) Inter fase antar komponen

Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang yaitu dengan analisa mikro dan analisa makro mekanik, dimana analisa mikro bahan komposit dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya dan hubungan antara komponen penyusunnya tersebut dengan sifat-sifat akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisis makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa memperlihatkan sifat maupun hubungan antar komponen penyusunnya (Jones, R.M, 1975).

(49)

2.7 Ukuran Partikel

Variasi yang digunakan pada penelitian ini merupakan variasi ukuran dari partikel pengisi, yaitu ukuran pengisi pada komposit uang berupa serbuk cangkang kepiting yang masih pada ukuran makro. Ukuran yang termasuk pada ukuran partikel adalah ukuran partikel dengan kisaran antara 1×10-7_sampai 1×10-4 m, kisaran antara 0,1 sampai dengan 100 mikron (Tantra, 2015 : 20). Pada penelitian ini satuan yang digunakan adalah satuan mesh. Nilai ukuran partikel yang digunakan divariasikan sebesar 100 mesh.

2.8 Uji Tarik (Tensile Test)

Pengujian tarik adalah suatu pengukuran terhadap bahan untuk mengetahui keuletan dan ketangguhan suatu bahan terhadap tegangan tertentu serta pertambahan panjang yang dialami oleh bahan tersebut. Pada uji tarik (Tensile Test) kedua ujung benda uji dijepit, salah satu ujung dihubungkan dengan perangkat penegang. Diagram tegangan dan regangan (lihat Gambar 2.15).

Gambar 2.15 Diagram tegangan dan rengangan

(

(50)

Pengujian tegangan dapat digunakan untuk mengetahui sifat mekanik material yang sangat diperlukan dalam dunia teknik. Dalam pengujian tarik, spesimen uji terdeformasi, biasanya sampai patah dengan peningkatan bertingkat gaya tarikan yang dibebankan sacara uniaxial pada kedua sumbu spesimen (Callister, 1997: 111).

Uji tarik merupakan salah satu pengujian untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan ini bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiiliki cengkeraman yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Alat pengujian tarik seperti yang terlihat pada Gambar 2.16.

(51)

Pengujian dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanis suatu material, khususnya logam diantara sifat-sifat mekanis yang dapat diketahui dari hasil pengujian tarik adalah sebagai berikut:

1. Kekuatan tarik.

2. Keuletan dari material.

3. Modulus elastic dari material.

Perhitungan yang dapat digunakan untuk mengetahui kekuatan tarik (tensile strength) yang dialami material dapat dihitung dengan persamaan: a) Engineering stress (tensile strength)

Engineering stress (tensile strength) adalah gaya per unit luas dari

material yang menerima gaya tersebut. Adapun persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:

σ =

��

�₀ (2.2)

Keterangan:

σ = stress atau tegangan (kg/mm2) F = pembebanan maksimal (kg)

A = luas penampang awal ÷ lebar x tebal (mm2)

b) Engineering strain (tensile strain)

Engineering strain (tensile strain) merupakan ukuran perubahan panjang

(52)

� =

�−

=

∆ (2.3)

Keterangan:

E = Engineering strain

Lo = Panjang mula-mula spesimen sebelum ditarik Li = Panjang spesimen setelah ditarik

∆� = Pertambahan panjang

c) Modulus young atau modulus elastisitas

Modulus young atau modulus elastisitas adalah ukuran kekuatan suatu bahan akan keelastisitasannya. Makin besar modulus, makin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan.Modulus elastisitas ditentukan oleh gaya ikat antar atom, karena gaya-gaya ini tidak dapat dirubah tanpa terjadi perubahan mendasar pada sifat bahannya. Maka modulus elastisitas salah satu sifat-sifat mekanik yang tidak dapat diubah. Sifat ini hanya sedikit berubah oleh adanya penambahan paduan, perlakuan panas, atau pengerjaan dingin. Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk perhitungan modulus young atau modulus elastisitas:

� =

�_� (2.4)

Keterangan:

E = Modulus elastisitas / modulus young (N/m2)

� = Engineering strain

(53)

Pada pengujian uji tarik bentuk dari komposit disesuaikan dengan bentuk ASTM (American standard testing and material) D638-14. Bentuk dan dimensi dari bentuk benda uji dapat dilihat pada Gambar 2.16 dan Tabel 2.17.

Tabel 2.1 Dimensi spesimen menurut ASTM 638-14

Gambar 2.17 Sketsa spesimen benda uji tarik menurut ASTM 638-14

2.9 Uji Impak

(54)

pembebanan kejut. Energi kejut yang dapat diserap material dari pengujian impact dapat berupa (Horrath,1995: hal 359);

• Deformasi plastis material

• Deformasi elastis material

• Efek histeris material

• Kehancuran material

Pengujian impak yang dilakukan menggunakan alat uji impak charpy (lihat Gambar 2.18). Prinsip dasar dari pengujian ini adalah dengan mengayunkan beban (pendulum) yang dikenakan pada benda uji. Energi yang yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal dijatuhkan dan akhir setelah menabrak spesimen.

Gambar 2.18 Uji impak charpy

Persamaan yang digunakan adalah:

(55)

Harga keuletan = �� ℎ

� � � � � � � �ℎ� joule/mm2 (2.6)

Keterangan:

G = berat pendulum × gravitasi (N) R = radius pendulum (m)

α = sudut ayunan awal sebelum menabrak benda uji β = sudut ayunan akhir setelah menabrak benda uji

Sedangkan harga keuletan material yang diuji merupakan perbandingan dari energi yang diperlukan untuk mematahkan material yang diuji dengan dimensi luasan patahan akibat pengujian ini. Material yang mempunyai keuletan atau keliatan yang baik biasanya bentuk patahannya akan menyerong terhadap arah tumbukan. Selain itu sudut yang akan terbentuk dalam pengujian impak akan besar.

Pada pengujian uji impak dimensi dan bentuk dari komposit disesuaikan dengan bentuk ASTM (American standard testing and material) D611-02. Bentuk dan dimensi dari bentuk benda uji dapat dilihat pada Gambar 2.19 dan Tabel 2.2.

(56)

(57)

2.10 Tinjauan Pustaka

sebelumnya yang bersangkutpaut dengan penelitian penulis ialah penelitian yang dilakukan oleh Billy Tanujaya (2016) yang berjudul “Pengaruh komposisi bahan pengeras (gypsum) terhadap sifat fisik dan mekanik papan

partikel resin poliester berpengisi serbuk kulit kerang”. Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh perbandingan komposisi bahan pengeras (toughening agent) gypsum yang digunakan yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5% terhadap sifat mekanik papan partikel berpengisi serbuk kulit kerang darah yang meliputi kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, Modulus of Rupture (MOR), Modulus of Elastisity (MOE). Sedangkan ukuran

mesh pada bagian makromolekul dengan hasil terbaik ada pada ukuran partikel 170 mesh.Hasil terbaik untuk sifat fisik dan mekanik papan partikel yaitu nilai kerapatan 1,580 gr/ml, nilai kadar air 0,2491%, nilai pengembanagan tebal

0,358%, nilai keteguhan patah (MOR) 47,081 MPa, nilai keteguhan lentur (MOE) 249,09 MPa, nilai kuat rekat internal (IB) 15,809 MPa dan nilai kekuatan bentur 10793,99 J/m2.

Penelitian lainnya yaitu penelitian yang dilakukan oleh Addriyanus Tantra (2015) yang berjudul “Pengaruh komposisi dan ukuran makro serbuk kulit kerang darah (anadora granosa) terhadap komposit epoksi-ps/serbuk kulit

(58)

(59)

39

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Berikut adalah diagram alir dari penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.1 sebagai berikut:

Gambar 3.1 Diagram alir Penelitian

Cetakan kaca Cangkang kepiting

Hasil penelitian

Pembahasan

Kesimpulan Kajian pustaka

Pembelian dan pengumpulan bahan

Resin poliester

Pembuatan benda uji: 1. Komposit tanpa partikel

2. Komposit dengan presentase fraksi volume partikel 10%, 20%, 30%. 3. Membuat benda uji dengan standar ASTM D638-14 dan ASTM D611-02

(60)

3.2 Persiapan Penelitian

Penelitian dilakukan di laboratorium material teknik mesin jurusan teknik mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Sebelum memulai pengujian, alat dan bahan terlebih dahulu dipersiapkan untuk membuat benda uji. Persiapan dimulai dengan membeli alat dan pengumpulan bahan yang diperlukan selama proses pembuatan hingga penyelesaian akhir pembuatan benda uji, lalu mengukur seberapa banyak bahan yang akan dipakai untuk pembuatan benda uji dan terakhir pembuatan benda uji sampai pada proses pengujian.

3.2.1 Alat-alat Yang Digunakan

1) Timbangan digital (timbangan analitik)

Timbangan digital berfungsi untuk menimbang serat, timbangan ini terdapat di lab farmasi Sanata Dharma Yogyakarta seperti pada Gambar 3.2. Alasan penulis menggunakan timbangan digital atau timbangan analitik ini di karenakan keakuratan timbangan dalam membaca massa benda.

(61)

2) Cetakan

Berfungsi untuk mempermudah pada saat pembuatan komposit, sehingga hasil yang diinginkan dapat sesuai keinginan, seperti pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Cetakan kaca

3) Gelas ukur

Gelas ukur berfungsi untuk mengukur seberapa banyak resin yg akan dibutuhkan saat pembuatan komposit dan juga untuk mempermudah pada saat penuangan pada cetakan (lihat Gambar 3.4).

(62)

4) Suntikan

Berfungsi untuk seberapa banyak katalis yang akan digunakan, agar banyaknya katalis yg diperlukan tepat pada ukuran yang sudah ditentukan seperti pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 suntikan

5) Sarung tangan

Berfungsi untuk melindungi tangan dari resin dan katalis pada saat pembuatan komposit (lihat Gambar 3.6).

Gambar 3.6 Sarung tangan karet

6) Spatula atau skrap

(63)

Gambar 3.7 Spatula atau skrap

7) Kuas

Berfungsi untuk membersihkan cetakan dari kotoran dan juga dapat meratakan release agent didalam cetakan (lihat Gambar 3.8).

Gambar 3.8 Kuas

8) Gerinda

(64)

[image:64.595.87.510.107.597.2]

Gambar 3.9 Gerinda

9) Penggaris

Berfungsi untuk mengukur komposit sesuai pada ukuran yang sudah ditentukan (lihat Gambar 3.10).

Gambar 3.10 Penggaris

10)Mesin milling

(65)

[image:65.595.88.508.104.625.2]

Gambar 3.11 Mesin milling 11)Mesin uji tarik

Berfungsi untuk mengetahui sifat mekanis dari komposit yang telah dibuat (lihat Gambar 3.12).

Gambar 3.12 Mesin uji tarik

3.2.2 Bahan-Bahan Yang Digunakan

(66)

1. Limbah cangkang kepiting

[image:66.595.85.510.198.629.2]

Bahan penguat (reinforcement) yang digunakan dalam pembuatan benda uji komposit adalah limbah cangkang kepiting yang dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Limbah cangkang kepiting

2. Resin polyester dan katalis

(67)

[image:67.595.84.511.112.626.2]

Gambar 3.14 Resin polyester dan katalis

3. Alkalisasi menggunakan NaOH

Perlakuan alkalisasi menggunakan NaOH yang berbentuk kristal kemudian dilarutkan dengan air. NaOH kristal dapat dilihat pada Gambar 3.15.

Gambar 3.15 (NaOH)

4. Release Agent

(68)

[image:68.595.86.511.107.644.2]

Gambar 3.16 Release Agent (Mirror Glaze)

3.3 Perhitungan Komposisi Partikel

Komposisi pada komposit dibuat dengan menggunakan fraksi volume bahan penguat partikel terhadap volume total cetakan bahan komposit. Variasi fraksi volume partikel yang digunakan adalah presentasi volume partikel 10%, 20% dan 30%. Perhitungan komposisi komposit dihitung berdasarkan perhitungan volume total cetakan. Di bawah ini adalah perhitungan yang dilakukan:

3.3.1 Mencari Massa Jenis Partikel

1. Massa partikel

Massa partikel (cangkang kepiting) yang diperoleh setelah ditimbang menggunakan timbangan digital adalah 1,2259 gr. Bagian cangkang kepiting yang ditimbang adalah bagian karapas.

2. Volume partikel

(69)

3. Massa jenis partikel

Berikut adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung massa jenis partikel:

� =�_�

= , _�� ₂

, ��/��2

Keteragan;



_{= massa jenis partikel cangkang kepiting}

m

= massa partikel cangkang kepiting V = volume partikel cangkang kepiting

Dengan menggunakan perhitungan diatas, dapat diperoleh massa jenis partikel cangkang kepiting sebagai bahan penguat (reinforcement) adalah 1,2259 gr/cm3_.

3.3.2 Mencari Volume Cetakan

Langkah selanjutnya ialah mencari volume cetakan dengan asumsi sebagai berikut:

Volume cetakan = volume komposit total Vcetakan = Vkomposit

(70)

Vkomposit = 20 cm × 30 cm × 0.5 cm = 300 cm3

3.3.3 Mencari Volume Cetakan Pada Setiap Fraksi Volume Partikel

Menghitung komposisi serat tandan kosong kelapa sawit, resin dan katalis berdasarkan volume cetakan dan prosentase komposisi yang diinginkan. Langkah-langkah perhitungannya adalah sebagai berikut:

1) Fraksi volume 10%

Vpartikel = 10% × Vkomposit

= × cm2

= cm2

Mpartikel =

ρ

partikel

×

Vpartikel

= , gr/cm2_{× cm}2

= , gr

Vkatalis = 0,3% × Vresin

= . × cm2

= , ml

(71)

= − , × cm2

= . ml

= × cm2

= cm2

Mpartikel =

ρ

partikel

×

Vpartikel

= , gr/cm2_{× cm}2

= , gr

= , × , cm2

= , ml

Vresin = (100-20) = 80

= − , × cm2

(72)

= × cm2

= cm2

Mpartikel =

ρ

partikel

×

Vpartikel

= , gr/cm2_{× cm}2

= , gr

= , × cm2

= , ml

Vresin = (100-30) = 70

= − , × cm2

= , ml

3.4 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Partikel Cangkang Kepiting

(73)

[image:73.595.86.512.191.631.2]

1. Cangkang kepiting disiapkan, cangkang kepiting dibersihkan dari kotoran dengan cara direndam selama 6 jam dengan sabun dan disikat setelah itu seperti pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Membersihkan cangkang kepiting

2. Cangkang kepiting yang telah bersih, dijemur selama 1 sampai 2 jam seperti pada Gambar 3.18.

Gambar 3.18 Pelakuan alkalisasi

(74)

[image:74.595.86.513.106.635.2]

Gambar 3.19 Penjemuran cangkang kepiting

4. Cangkang kepiting kemudian ditumbuk hingga berukuran partikel. (lihat Gambar 3.20).

Gambar 3.20 Menumbuk cangkang kepiting

(75)

[image:75.595.84.513.97.693.2]

Gambar 3.21 Penyaringan partikel

6. Cetakan dipersiapkan, cetakan yang telah dibersihkan kemudian diberikan Release Agent (Mirror Glaze) agar hasil benda uji tidak merekat pada cetakan.

7. Resin dan katalis disiapkan, resin dan katalis dicampur kedalam gelas ukur sesuai pada perhitungan masing-masing fraksi volume, lalu diaduk secara perlahan-lahan hingga menjadi homogen (lihat Gambar 3.22).

(76)

[image:76.595.87.513.227.629.2]

8. Penuangan bahan resin (matrik) dan partikel cangkang kepiting (reinforcement) dilakukan metode disusun (sandwich), resin sebanyak 50% dari 100% dituangkan terlebih dahulu kemudian didiamkan selama 3 jam dan dilanjutkan dengan menaburkan partikel ke seluruh permukaan resin secara merata kemudian resin sisa dituang kembali (lihat Gambar 3.23).

Gambar 3.23 Penaburan partikel cangkang kepiting

9. Tutupan cetakan disiapkan, saat bahan resin (matrik) dan partikel cangkang kepiting (reinforcement) telah berada didalam cetakan kemudian cetakan ditutup secara perlahan-lahan, untuk menghindari void atau udara yang terjebak dalam cetakan.

10.Komposit ditunggu sampai kering. Proses pengeringan maksimal membutuhkan waktu ± sekitar 48 jam.

(77)

[image:77.595.86.515.106.627.2]

Gambar 3.24 komposit cangkang kepiting

12.Komposit diukur, dipotong dan dibentuk sesuai dengan standar yang sudah ditentukan.

13.Setelah melewati pengukuran, pemotongan dan pembentukan sesuai dengan standar ASTM D638-14.

14.Komposit disiapkan untuk dilakukan pengujian.

3.5 Standar Pengujian Dan Dimensi Benda Uji

3.5.1 Uji Tarik

Dimensi dan bentuk benda uji komposit yang digunakan menurut standar ASTM (American standard testing and material) D638-14 ditunjukan pada Gambar 2.4 dan Tabel 2.16.

3.5.1.1Langkah-Langkah Pengujian Tarik

(78)

1. Spesimen uji yang sudah dibentuk disiapkan dengan memberi tanda parameter pada daerah perhitungan.

2. Kertas millimeter blok diletakkan pada printer mesin uji tarik. 3. Mesin kemudian dinyalakan, lalu benda uji dipasang pada grip.

4. Grip dikencangkan dan diatur dengan kekuatan secukupnya agar tidak merusak benda uji.

5. Pemasangan extensometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur menjadi nol.

6. Nilai beban di atur juga menjadi nol.

7. Kecepatan uji diatur, area start ditekan sebanyak dua kali kemudian tombol down ditekan.

8. Setelah data dari pengujian tarik didapatkan, proses pengujian tarik diulang untuk benda uji komposit selanjutnya sampai selesai.

3.5.2 Uji Impak

Pada pengujian uji impak dimensi dan bentuk dari komposit disesuaikan dengan bentuk ASTM (American standard testing and material) D611-02. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.2 dan Tabel 2.18.

3.5.2.1Langkah-Langkah Pengujian Impak

Berikut adalah cara atau langkah-langkah melakukan pengujian komposit berpenguat cangkang kepiting

1. Sebelum melakukan pengujian benda uji di sket dan diukur.

(79)

3. Jarum penunjuk diposisikan ke sudut dial lengan ayun.

4. Pengunci pendulum dilepas sehingga beban berayun tanpa ditahan benda uji. 5. Sudut bebas benda uji diamati dan dicatat sebagai sudut (a).

6. Benda uji dipasang pada anvil (dudukan) dengan posisi takikan berada di sisi belakang pendulum dan senter.

7. Pendulum dinaikkan sesuai sudut yang telah ditentukan seperti langkah (b) 8. Pengunci dilepaskan, pendulum berayun dan mematahkan benda uji.

9. Sudut yang dihasilkan pendulum diamati setelah mematahkan pengunci pada jarum penunjuk sebagai (β).

10.Patahan benda uji dan penampang patahannya di sket, beberapa benda uji kemudian dibandingkan.

(80)

60

BAB IV

DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Dalam penelitian ini dilakukan dua pengujian, yaitu pengujian tarik untuk mengetahui tegangan, regangan dan modulus elastisitas komposit dan pengujian impak untuk mengetahui keuletan komposit berpenguat cangkang kepiting.

4.2 Pengujian Tarik

Dari hasil pengujian tarik benda uji komposit diperoleh grafik hubungan antara beban gaya dan pertambahan panjang. Data-data beban gaya dan pertambahan panjang selanjutnya dapat diolah dan dibuat grafik tegangan, regangan dan modulus elastisitas.

Pengujian tarik pada benda uji komposit dilakukan pada spesimen atau tanpa bahan penguat dan spesimen atau spesimen komposit dengan variasi fraksi volume partikel 10%, 20% dan 30% dengan orientasi partikel disusun dengan metode sandwich. Dari hasil pengujian, diperoleh print out grafik hubungan antara beban dengan pertambahan panjang. Dari data tersebut dapat dihitung nilai tegangan dan regangan dari benda uji komposit dari setiap variasi fraksi volume.

(81)

perbandingan dengan rerata spesimen tanpa bahan penguat. Berikut adalah data-data yang diperoleh dari pengujian yang dilakukan:

1) Data pada spesimen tanpa bahan penguat

[image:81.595.88.515.211.764.2]

Data pengujian pada spesimen tanpa bahan penguat dapat dilihat pada Tabel 4.1 s/d 4.3 dan grafik pada Gambar 4.1 s/d 4.3.

Tabel 4.1 Dimensi masing-masing spesimen tanpa bahan penguat No Spesimen Lebar (mm) Tebal (mm) A (mm2)

1 RC-1 13.20 4.70 62.04

2 RC-2 13.20 4.70 62.04

3 RC-3 13.20 4.70 62.04

4 RC-4 13.70 4.80 65.76

Rara-rata 13.33 4.73 62.97

Tabel 4.2 Kekuatan tarik masing-masing spesimen tanpa bahan penguat Spesimen A (mm2₎ _{Beban (kg)} Kekuatan Tarik