i

ANALISA KEKUATAN MEKANIS MATERIAL KOMPOSIT

BERPENGUAT SERAT TEBU DITINJAU DARI KEKUATAN

IMPACK DAN KEKUATAN TARIK

TUGAS AKHIR

BIDANG REKAYASA MATERIAL

Diajukan kepada

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan

Program Sarjana Teknik (S1)

Oleh :

EKO MAULUDIYANTO

201010120311121

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

ii

POSTER

iii

iv

v

vi

LEMBAR SURAT PERNYATAAN

Yang bertandatangan dibawah ini :

Nama : Eko Mauludiyanto

NIM : 201010120311121

Tempat / Tanggal Lahir : Pasuruan, 9 September 1992

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

Instansi : Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa :

Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material

Komposit Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan Tarik”

yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi

(“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk

mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau

instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka

sebagaimana mestinya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan

sebagaimana mestinya.

Malang, 24 Januari 2015

Yang menyatakan,

Eko Mauludiyanto

vii

ABSTRAK

Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak dihasilkan di pabrik-pabrik

pengolahan gula tebu di Indonesia. Serat ini memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain

merupakan hasil limbah pabrik gula tebu, serat ini dapat terdegredasi secara alami (biodegradability)

sehingga nantinya dengan pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi

permasalahan lingkungan.

Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan analisa teknis berupa kekuatan tarik dan impack

dari komposit berpenguat serat tebu dengan fraksi volume serat tebu 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%,

pembuatan spesimen menggunakan metode hand lay-up, adapun persiapan bahan dan alat yaitu: serat

tebu, resin poliester, katalis, timbangan digital, gelas ukur, dll. Cara pembuatan spesimen : menimbang

serat tebu, menambahkan katalis 1%, meratakan resin ke dalam cetakan sesuai standar ASTM D 638-84

M1 dan standar ASTM D265. Kemudian melakukan pengujian sifat mekanik tarik dan impack untuk

mengetahui sifat mekanik serat tebu.

Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan tarik tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar

10,046 N/mm2, sedangkan nilai kekuatan tarik terendah pada komposisi 5% sebesar 5,427 N/mm2.

Kemudian untuk kekuatan impack tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar 0,14 joule/mm2,

sedangkan nilai kekuatan impack terendah pada komposisi 0% sebesar 0,12 joule/mm2.

Kata kunci : Serat, Fraksi, Komposit

ABSTRACT

Fibrous from sugarcane waste (baggase) is organic waste are produced in factories in

Indonesia cane sugar processing. These fibrous have a fairly high economic value not only the result of

sugarcane mill waste, this fibrous is can be naturally degradation (biodegradability) so that later with

the use of a composite reinforcing fibers capable of addressing environmental problems.

This study conducted to obtain technical analysis in the form of tensile strength and impact of

composite sugarcane fiber with sugarcane fibrous volume fraction of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, this

manufacture of specimens using hand lay-up method. The material and tools for this test is:sugarcane

fiber, polyster, catalyst, digital scales of weight, metering glass,etc. the way for testing: to weigh

sugarcan, add catalyst 1% ensure good distribute polyster to casting based standart ASTM D 638-84

M1 and standart ASTM D625. then testing the tensile mechanical properties and impact to determine

the mechanical properties of sugarcane fibrous.

The results showed the highest values of tensile strength at the fiber composition of 20%

amounting to 10.046 N / mm2, while the lowest values of tensile strength at 5% composition of 5.427 N /

mm2. Then for top impact force on the fiber composition of 20% of 0.14 joules / mm2, while the lowest

value on the composition of the force impact 0% 0.12 joules / mm2.

Keywords: Fibrous, Faction, Composite

viii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang

mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas

akhir dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material Komposit

Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan

Tarik” ini akhirnya dapat terselesaikan.

Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang

dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa

ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ucapkan banyak terima

kasih atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide,

saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan

skripsi ini. Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada :

1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non

materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan

terlupakan.

2. Bapak Drs. M. Jufri, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah

memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini

dilakukan.

3. Bapak Murjito, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah

memberikan masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga

terselesaikannya skripsi ini.

4. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UMM.

5. Bapak Budiono, SSi., MT. Selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin UMM.

ix

6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa

bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.

7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010

A, B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan

selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.

8. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas

bantuan kalian semuannya.

Dalam penyusunan skripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak

terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan

sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT

memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan

penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.

Malang, 24 januari 2015

Eko Mauludiyanto

x

DAFTAR ISI

COVER ......................................................................................................... i

POSTER ........................................................................................................ ii

LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI ................................................... iii

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I............... iv

LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II ............. v

LEMBARAN PERYATAAN ...................................................................... vi

ABSTRAK .................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR .................................................................................. viii

DAFTAR ISI ................................................................................................. x

DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL......................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1. Latar Belakang ........................................................................................ 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................................... 4

1.3. Tujuan Penelitian .................................................................................... 5

1.4. Manfaat Penelitian .................................................................................. 5

1.5.Batasan Masalah....................................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 6

2.1. Material komposit ................................................................................... 6

2.2. Klasifikasi Material Komposit ................................................................ 8

2.2.1. Komposit serat (fiber komposite) .................................................. 8

xi

2.2.2. Komposit Laminat (laminated composite) .................................... 14

2.2.3. Komposit Partikel (particulated composite) ................................. 14

2.2.4. Komposit serpihan (flake komposite) ............................................ 15

2.3. Polimer .................................................................................................... 16

2.3.1. Polimer thermoplast ...................................................................... 18

2.3.2. Polimer thermoset ......................................................................... 19

2.4. Matrik ...................................................................................................... 20

2.4.1. Poliester ......................................................................................... 20

2.4.2. Katalis ........................................................................................... 22

2.5. Serat Tebu Sebagai Filler ........................................................................ 22

2.6. Sifat- Sifat Material Komposit Polimer .................................................. 24

2.6.1. Sifat Mekanik ................................................................................ 24

2.6.1.1. Kekuatan tarik................................................................... 24

2.6.1.2. Kekuatan impack .............................................................. 27

2.7. Fraksi Volume Komposit ........................................................................ 28

2.8. Metode Pembuatan Komposit dengan Hand Lay-Up ............................. 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................. 31

3.1. Metode Penelitian.................................................................................... 31

3.2. Tempat Penelitian.................................................................................... 32

3.3. Persiapan Bahan dan Alat ....................................................................... 32

3.4. Penentuan Komposisi Spesimen Komposit ............................................ 36

3.5. Pembuatan Spesimen Komposit .............................................................. 38

xii

3.6. Pengujian Mekanik Spesimen ................................................................. 39

3.7. Metode Analisa Data ............................................................................... 41

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................ 42

4.1. Data Hasil Pengujian ............................................................................... 42

4.1.1. Pengujian Impack .......................................................................... 42

4.1.2. Pengujian Tarik ............................................................................. 43

4.2. Pembahasan ............................................................................................. 44

4.2.1. Pembahasan Uji Impack................................................................ 44

4.2.2. Pembahasan Uji Tarik ................................................................... 50

BAB V KESIMPULAN................................................................................ 56

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 56

5.2 Saran ......................................................................................................... 56

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Bahan klasifikasi komposit ...................................................... 7

Gambar 2.2 : Komposit serat ......................................................................... 9

Gambar 2.3 : Model pengarahan filament satu arah dalam komposit............ 11

Gambar 2.4 : Kurva tegangan-regangan untuk filamen dan matrik ............... 13

Gambar 2.5 : Mikrostruktur lamina ............................................................... 14

Gambar 2.6 : Komposit Partikel..................................................................... 15

Gambar 2.7 : Komposit serpihan ................................................................... 16

Gambar 2.8 : Struktur ikatan silang polimer thermoset ................................. 19

Gambar 2.9 : Tebu dan Serat Tebu ................................................................ 24

Gambar 2.10 : Kurva Tegangan dan regangan............................................... 25

Gambar 2.11 : Uji Tarik ASTM D 638M ...................................................... 26

Gambar 2.12 : Ilustrasi skematis pengujian impack ..................................... 28

Gambar 2.13 : Proses Hand Lay Up............................................................... 30

Gambar 3.1 : Diagram alir proses penelitian ................................................. 31

Gambar 3.2 : Timbangan digital .................................................................... 33

Gambar 3.3 : Gelas ukur ................................................................................ 33

Gambar 3.4 : Gelas dan sendok pengaduk ..................................................... 33

Gambar 3.5 : Alat bantu lain .......................................................................... 34

Gambar 3.6 : Spesimen uji tarik sesuai ASTM D 638 M1 ............................ 35

Gambar 3.7 : Spesimen uji impact sesuai ASTM D265 ................................ 35

Gambar 4.1 : Hubungan Antara Energi Serap ............................................... 45

xiv

Gambar 4.2 : Hubungan Antara Harga Impack ............................................. 46

Gambar 4.3 : Bentuk patahan spesimen impack ............................................ 48

Gambar 4.4 : Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Percobaan ............ 50

Gambar 4.5 : Hubungan Antara Tegangan Tarik ........................................... 51

Gambar 4.6 : Hubungan Antara Regangan .................................................... 53

Gambar 4.7 : Hubungan Antara Modulus Elastisitas ..................................... 54

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin .................................... 21

Tabel 3.1 : Dimensi Uji tarik ASTM D 638 M1 ............................................ 35

Tabel 3.2 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Impack ........................ 37

Tabel 3.3 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Tarik ........................... 38

Tabel 4.1 : Data Hasil Pengujian Impack....................................................... 42

Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian Tarik .......................................................... 43

Tabel 4.3 : Nilai Rata-rata Energi Serap dan Harga Impack.......................... 44

Tabel 4.4 : Bentuk Patahan Spesimen Dilihat dari Luas Penampang ............ 45

Tabel 4.5 : Nilai Rata-Rata Tegangan, Regangan dan Modulus Young ........ 50

xvi

DAFTAR PUSTAKA

Hartono Y, Sukanto J, 2008. Analisa Teknis Kekuatan Material Komposit

Berpenguat Serat Ampas Tebu (Baggase).Jurnal, Universitas

Diponegoro, Semarang.

Budi N. R, 2010. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat

Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik

Poliester. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Shirley, S, 2012. Sifat-sifat Mekanik Komposit Serat TKKS-

Poliester.Jurnal, Universitas Lampung.

Sujito, 2013. Pengembangan Bahan Komposit Ramah Lingkungan

Berpenguat Serat Ampas Tebu dan Resin Biodegradable.Jurnal,

Universitas Jember.

Surdia, T. S, 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya

Paramita.

Djaprie, 1991. Teknologi Bahan. Jakarta: Erlangga.

M. Saefudin, 2014. Analisa Sifat Mekanik Material Komposit Dengan

Menggunakan Serat Bulu Domba. Skripsi, Universitas Muhammadiyah

Malang.