KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT …benda uji komposit mengacu pada standar pengujian...

KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT

POHON SONOKELING DENGAN VARIASI JUMLAH

LAPISAN SERAT PADA MATRIK POLYESTER

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagai persyaratan

mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin

Oleh :

EMANUEL MARIO WIDJANARKO

NIM : 135214078

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE STRENGTH CHARACTERISTIC OF TREE BARK

SONOKELING COMPOSITE WITH LAYER

VARIATION AT POLYESTER MATRIX

FINAL PROJECT

As partial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

By

EMANUEL MARIO WIDJANARKO

Student Number : 135214078

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


iii


iv


v


vi


vii

INTISARI

Penelitian ini membahas tentang karakteristik kekuatan tarik komposit serat

kulit pohon sonokeling dengan variasi jumlah lapisan serat pada matrik polyster.

Serat yang dipakai adalah serat kulit pohon sonokeling dengan susunan serat

searah. Komposit yang dibuat terdiri dari serat kulit pohon sonokeling sebagai

penguat, resin everpol 323 dan katalis trigonox sebagai pengikat. Tujuan dari

penelitian ini untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan pada komposit serat

kulit pohon sonokeling dengan jumlah lapisan serat.

Langkah pertama dengan membuat cetakan utama dari kaca dengan ukuran

20 x 30 x 0,5 cm. Benda uji yang dicetak pertama adalah benda uji matrik tanpa

serat dengan ukuran 20 x 30 x 0,5 cm. Kedua, membuat benda uji komposit

dengan jumlah lapisan serat 1 lapis, serat 2 lapis , dan 3 lapis. Komposit dibuat

dengan menggabungkan 30% serat, 69,7% resin dan 30% katalis. Pembuatan

benda uji komposit mengacu pada standar pengujian ASTM 3039-76. Pengujian

tarik dilakukan sebanyak 5 kali untuk setiap lapisan serat pada benda uji

komposit. Proses pengujian tarik dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Fakultas

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa semakin

bertambahnya jumlah lapisan akan membuat kekutan tarik semakin meningkat

walaupun kekuatan tarik tertingginya masih lebih rendah dibandingkan dengan

kekuatan tarik matrik. Kekuatan matrik tanpa serat sebesar 48,23 MPa. Kekuatan

tarik komposit serat 1 lapis 30,6 MPa, 2 lapis 37,64 MPa dan 3 lapis 44,01 MPa.

Regangan yang dihasilkan bervariasi namun tidak dapat dipastikan bahwa jumlah

lapisan serat akan berpengaruh terhadap regangan. Regangan pada matrik tanpa

serat sebesar 2,03%, regangan serat 1 lapis 1,84%, regangan serat 2 lapis 1,51%,

dan regangan serat 3 lapis 2,3%. Kerusakan yang terjadi pada komposit setelah

dilakukan pengujian tarik kebanyakan adalah patahan getas.

Kata kunci : pohon sonokeling, komposit, sifat-sifat mekanik, resin polyester


viii

ABSTRACT

The research discusses tensile strength characteristic of layer the composite

tree bark Sonokeling on with the variation at polyester matrix. The fiber used tree

bark Sonokeling in the same direction. The composite made by fiber tree bark

Sonokeling as reinforcement, the resin used was Everpol 323 and the catalyst used

was trigonox as fastener. The purpose of this research was of determine the

tensile strength and strain in tree bark sonokeling fiber composite with number of

different layer.

The first step is to make molds made of glass 20 x 30 x 0,5 cm. The first

specimen was printed are the matrix without the fiber with a size 20 x 30 x 0,5

cm. Second, make a composite test specimen with the number 1 layer, 2 layer and

3 layer. Composite made by combining 30% fiber, 69,7% resin and 0,3 catalyst.

Making a composite test specimen referable to testing ASTM 3039-76.

Composite testing performed 5 times of fibers specimen composite that have been

made. The whole testing processes take on Science Metal Laboratory of

Mechanical Engineering at Sanata Dharma University.

Than on the result of this research, it can be concluded that increasingly

number of layers will make the tensile strength increase even though the tensile

strength is still lower than the matrix tensile strength. The tensile strength of

matrix without fiber was 48,23 MPa. The tensile strength of fiber composite

number 1 layer fiber was 30,6 MPa, tensile strength 2 layer fiber was 37,64 MPa,

and tensile strength 3 layer fiber was 44,01 MPa. The strain of results have

variation but it is not ascertained that number of layers of fibers will affecting the

strain. The strain of matrix without fiber is 2,03%, the strain of 1 layer of fiber

was 1,84%, the strain of 2 layer of fiber was 1,51%, and the strain of was 3 layer

of fiber was 2,3%. The damage of composite after this research of tensile strength

a mostly is the brittle fracture.

Keywords : tree sonokeling, composite, mechanical properties, polyester resin.


ix

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, atas segala

kasih karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini penulis susun sebagai salah satu syarat bagi setiap mahasiswa

program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata

Dharma Yogyakarta untuk mendapatkan Gelar Sarjana S-1 Teknik Mesin.

Selama melakukan penelitian ini, penulis telah menerima banyak bantuan,

masukan, perhatian dari banyak pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini

penulis menyampaikan rasa penghargaan dan terima kasih yang dalam kepada:

1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang

telah memberi arahan dan saran selama penyusunan skripsi.

4. Doddy Purwadianto S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Mardiman dan Anna, selaku orang tua penulis di Bengkulu yang telah

memberikan doa, motivasi, semangat, serta dukungan selama penyusunan

skripsi dan menyelesaikan perkuliahan.

6. Osa, Anes, Agil, Bulek Prini, dan Alm. Mama Elis, selaku kakak,adik dan

keluarga penulis di Bengkulu yang telah memberikan doa dan memberikan

dorongan kasih dan menjadi keluarga yang humoris.


x

7. Teman-teman Teknik Mesin USD, Angkatan 2013.

8. Seluruh teman-teman Waton Seneng yang telah memberi semangat kepada

penulis.

9. Seluruh staff pengajar dan laboran Program Studi Teknik Mesin, Fakultas

Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah

mendidik dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu

diperbaiki dalam skripsi ini, untuk itu penulis mengharapkan masukan dan kritik,

serta saran dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Semoga skripsi ini

dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.

Yogyakarta, 31 Oktober 2017

Penulis


xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

TITLE PAGE .......................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................................. v

HALAMAN PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ........................... vi

INTISARI ......................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................ viii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... ix

DAFTAR ISI ...................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xiv

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xv

DAFTAR SIMBOL .......................................................................................... xviii

BAB I

PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

1.1.Latar belakang .......................................................................................... 1

1.2.Perumusan masalah .................................................................................. 2

1.3.Tujuan Penelitian ..................................................................................... 2

1.4. Batasan masalah....................................................................................... 3

1.5. Manfaat Penelitian ................................................................................... 3

1.6.Sistematika Penulisan .............................................................................. 4


xii

BAB II

DASAR TEORI ...................................................................................................... 6

2.1.Definisi Komposit .................................................................................... 6

2.2.Bahan Penyusun Komposit ...................................................................... 7

2.2.1.Matriks .................................................................................... 7

2.2.1.1.Polimer ................................................................................ 8

2.2.2.Penguat(reinforcement) ........................................................... 9

2.3.Klasifikasi Komposit .............................................................................. 12

2.3.1.Klasifikasi Komposit Menurut Matrik Pengikat ................... 12

2.3.2.Klasifikasi Komposit Menurut Penguatnya........................... 16

2.4.Serat ........................................................................................................ 17

2.5.Partikel .................................................................................................... 21

2.6.Flake ....................................................................................................... 22

2.7.Katalis ..................................................................................................... 22

2.8.Orientasi Serat ........................................................................................ 22

2.9.Perlakuan Alkali (NaOH) ....................................................................... 24

2.10.Komposisi Serat Kulit Pohon Sonokeling ............................................ 25

2.11.Pencampuran Pada Komposit ............................................................... 26

2.11.1.Teknik Pembentukan Material Komposit ...................................28

2.12.Rumus Perhitungan Kekuatan Tarik dan Regangan ............................. 30

2.13.Kerusakan Pada Komposit .................................................................... 31

2.13.1.Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal.............................31

2.13.2.Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal...............................32

2.14.Tinjauan Pustaka ................................................................................... 33


xiii

BAB III

METODE PENIITIAN ......................................................................................... 35

3.1.Skema penelitian ..................................................................................... 35

3.2.Persiapan Benda Uji ............................................................................... 36

3.2.1.Bahan ...........................................................................................36

3.2.2.Alat ...............................................................................................38

3.3.Perendaman Serat Dengan NaOH 5 % ................................................... 43

3.4.Perhitungan Komposisi Komposit .......................................................... 44

3.5.Cara Membuat Benda Uji Tarik ............................................................. 46

3.6.Cara Pengujian ........................................................................................ 47

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .................................................... 49

4.1.Hasil Pengujian ....................................................................................... 49

4.1.1.Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Matrik .....................................49

4.1.2.Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Komposit ................................52

4.1.3.Hasil Rata-rata Benda Uji Tarik Komposit .................................59

4.1.Pembahasan ............................................................................................ 60

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 66

5.1.Kesimpulan ............................................................................................ 66

5.2.Saran ...................................................................................................... 66

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 68

LAMPIRAN .......................................................................................................... 69


xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 : Sifat Resin Poliester dan Epoksi ....................................................... 9

Tabel 2.2 : Karakteristik Pohon Sonokeling ..................................................... 25

Tabel 4.1 : Dimensi Matrik everpol .................................................................. 50

Tabel 4.2 : Sifat mekanik matrik everpol .......................................................... 50

Tabel 4.3 : Sifat mekanik matrik everpol .......................................................... 51

Tabel 4.4 : Dimensi komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 1 ................. 52

Tabel 4.5 : Sifat mekanik komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 1 ........ 53


Tabel 4.7 : Dimensi komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 2 ................. 55


Tabel 4.9 : Sifat mekanik komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 2 ....... 55

Tabel 4.10 : Dimensi komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 3 ................ 57



Tabel 4.13 : Hasil nilai rata-rata kekuatan tari dan regangan serat kulit pohon

sonokeling ......................................................................................... 59


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 : Fiber composites ............................................................................ 10

Gambar 2.2 : Particulate Composites ................................................................... 11

Gambar 2.3 : Laminated Composite ..................................................................... 11

Gambar 2.4 : Klasifikasi komposit menurut matrik pengikat ............................... 12

Gambar 2.5 : Serat Sebagai Penguat Komposit .................................................... 17

Gambar 2.6 : Partikel Sebagai Penguat Komposit ................................................ 21

Gambar 2.7 : Flake Sebagai Penguat Komposit ................................................... 22

Gambar 2.8 : Orientasi serat ................................................................................. 23

Gambar 2.9 : Diagram Hubungan Antara Kekuatan , Fraksi Volume dan

Susunan Serat .................................................................................... 24

Gambar 2.10 : Batang Pohon Sonokeling .............................................................. 26

Gambar 2.11 : Daun Pohon Sonokeling ................................................................ 26

Gambar 2.12 : Serat Sonokeling ............................................................................ 26

Gambar 2.13 : Interphase. (a) Crack (b) Interface dalam komposit .................... 27

Gambar 2.14 : Proses pencetakan semprot (spray lay-up) ..................................... 28

Gambar 2.15 : Proses pencetakan tangan (Hand Lay-Up) ..................................... 29

Gambar 2.16 : Proses pengemasan vakum (vacuum bagging) .............................. 29

Gambar 2.17 : Pultrusion ...................................................................................... 30

Gambar 2.18 : Cetakan Pemindah Resin (Resin Transfer Moulding) .................... 30

Gambar 2.19 : Kerusakan pada komposit akibat beban tarik longitudinal ............. 32

Gambar 2.20 : Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal ......... 33

Gambar 3.1 : Skema alur penelitian ..................................................................... 35

Gambar 3.2 : Serat kulit pohon Sonokeling ......................................................... 36


xvi

Gambar 3.3 : Everpol 323 ................................................................................... 37

Gambar 3.4 : Katalis Trigonox ............................................................................. 37

Gambar 3.5 : Mirror Glaze ................................................................................... 38

Gambar 3.6 : Cetakan kaca .................................................................................. 38

Gambar 3.7 : Gelas Ukur ..................................................................................... 39

Gambar 3.8 : Suntikan .......................................................................................... 39

Gambar 3.9 : Gunting ........................................................................................... 39

Gambar 3.10 : Cutter .............................................................................................. 40

Gambar 3.11 : Jangka sorong ................................................................................ 40

Gambar 3.12 : Masker ........................................................................................... 41

Gambar 3.13 : Gerinda ........................................................................................ 41

Gambar 3.14 : Amplas ............................................................................................ 41

Gambar 3.15 : Kuas ................................................................................................ 42

Gambar 3.16 : Timbangan digital .......................................................................... 42

Gambar 3.17 : Mesin uji tarik ................................................................................. 43

Gambar 3.18 : Proses perendaman NaOH 5% ........................................................ 44

Gambar 3.19 : Standar ASTM D3039 .................................................................... 47

Gambar 4.1 : Grafik diagram kekuatan tarik matrik everpol ................................ 51

Gambar 4.2 : Grafik diagram regangan matrik everpol ....................................... 52

Gambar 4.3 : Grafik diagram kekuatan tarik komposit serat kulit pohon

sonokeling lapis 1 ........................................................................... 54

Gambar 4.4 : Grafik diagram regangan komposit serat kulit pohon sonokeling

lapis 1 ................................................................................................ 54


sonokeling lapis 2 ............................................................................. 56


xvii


lapis 2 ............................................................................................... 56


sonokeling lapis 3 ............................................................................. 58


lapis 3 ................................................................................................ 58

Gambar 4.9 : Diagram rata-rata kekuatan tarik .................................................... 59

Gambar 4.10 : Diagram rata-rata regangan ............................................................ 60

Gambar 4.11 : Gelembung udara (void) pada komposit serat kulit sonokeling ... 62

Gambar 4.12 : Gelembung udara (void) pada komposit serat kulit sonokeling ... 63

Gambar 4.13 : Patahan pada komposit serat kulit sonokeling 1 lapis ................. 64

Gambar 4.14 : Patahan pada komposit serat kulit sonokeling 2 lapis ................... 64

Gambar 4.15 : Patahan pada komposit serat kulit sonokeling 3 lapis ................... 65

Gambar 4.16 : Patahan pada komposit matrik ....................................................... 65


xviii

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan

A0 Luas Penampang awal mm2

𝜎 Tegangan MPa

Fmaks Beban maksimum kg

𝜀 Regangan %

L0 Panjang mula-mula mm

∆L pertambahan panjang mm

E Modulus Elastisitas MPa

𝜌 Massa jenis gr/cm

3

m Massa benda gr

V Volume cm3

P Beban kg


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Tak dapat dipungkiri lagi bahwa saat ini perkembangan teknologi sudah

berkembang sangat pesat. Terutama di bidang manufaktur, salah satu contohnya

ialah bahan material. Saat ini bahan-bahan material berpengaruh sangat besar bagi

kemajuan teknologi. Contohnya bahan material logam yang banyak digunakan di

kehidupan sehari-hari, namun bahan material logam tidaklah ramah bagi

lingkungan. Maka dari itu banyak penelitian untuk mengembangkan bahan

alternatif di bidang manufaktur salah satunya adalah bahan komposit.

Pada saat ini material komposit dengan filler serat alam banyak dapat kita

temui didunia industri manufaktur. Salah satu material yang dapat memenuhi hal

tersebut adalah material komposit dengan material pengisi (filler) yaitu serat alam.

Komposit itu sendiri adalah suatu gabungan dari dua atau lebih bahan material

yang berbeda dan menjadi suatu bentuk mikroskopik dan memiliki sifat mekanik

lebih dari material pembentuk. Komposit dibagi menjadi dua bagian yaitu matrik

sebagai pengikat atau pelindung komposit dan filler sebagi pengisi komposit.

Maka dapat disimpulkan bahwa suatu material komposit memiliki kemampuan

serta dan matrik sebagai pengikat serta memiliki sifat dan bahan yang menjadi

bagian-bagiannya. Filler serat alam saat ini banyak digunakan karena memiliki

kelebihan jika dibandingkan dengan serat sintetis dan dapat digunakan untuk


2

bermacam-macam komposit polimer. Selain itu serat alam mudah didapatkan dan

ramah lingkungan (Kusumastuti, 2009).

Di Indonesia, terutama di Pulau Jawa banyak terdapat pohon Sonokeling.

Pohon Sonokeling merupakan tumbuhan penghasil kayu keras dari famili (suku)

Leguminosae (atau disebut juga Fabaceae). Serat kulit Sonokeling diperoleh dari

pohon Sonokeling (Dalbergia latifolia Roxb) merupakan serat yang memiliki

sifat mekanik yang baik. Sifat mekanik dari serat kulit Sonokeling dengan metode

perlakuan alkali dengan variasi jumlah lapisan serat sehingga didapatkan

pemanfaatan yang tepat terhadap komposisi kekuatannya. Penelitian ini

menggunakan resin Polyester. Karena resin ini mempunyai karakteristik yang baik

karena bentuknya yang dapat dibuat kaku dan fleksibel, trasnparan, tahan air,

tahan cuaca dan tahan terhadap kimia.

1.2 Perumusan Masalah

Rumusan masalah dari penelitian ini adalah bagaimana pengaruh variasi

jumlah lapisan serat terhadap kekuatan tarik dan regangan bahan komposit serat

kulit pohon Sonokeling.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Mengetahui pengaruh variasi jumlah lapisan serat komposit kulit pohon

Sonokeling terhadap kekuatan tarik dan regangan komposit.

b. Mengetahui kerusakan yang terjadi pada komposit serat kulit 1 lapis sampai

3 lapis.


3

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah penelitian ini adalah :

a. Serat yang akan digunakan adalah serat kulit pohon Sonokeling.

b. Perbandingan yang akan digunakan adalah komposit yang dibentuk 1-3

lapis serat dengan menggunakan perlakuan alkali.

c. Untuk benda uji dilakukan perlakuan alkali, serat akan direndam selama 2

jam, setelah itu serat yang sudah direndam akan dibersihkan menggunakan

air dan akan dijemur dengan panas matahari selama 2 hari. Yang dimaksud

alkali adalah perendaman serat kulit pohon Sonokeling dengan NaOH 5%.

d. Fraksi volume benda uji komposit 30% serat, 69,7% resin, dan 0,3% katalis.

e. Proses pengujian akan dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas

Sanata Dharma.

1.5 Manfaat Penelitian

a. Bagi Penulis

Penelitian ini bermanfaat untuk menambah luas wawasan pengetahuan

mengenai pengetahuan bahan komposit serat kulit pohon Sonokeling yang

sesuai sifat fisis dan mekanisnya, sehingga akan tercipta bahan komposit

yang berkualitas baik.

b. Bagi Mahasiswa

Penelitian ini diharap sebagai acuan bagi mahasiswa untuk melakukan

penelitian selanjutnya dengan tujuan lebih pada perkembangan komposit


4

serat kulit pohon Sonokeling dengan lebih bervariatif untuk mendapatkan

material komposit dan sebagai refrensi penelitian selanjutnya.

c. Bagi Masyarakat

Penelitian ini dijadikan sebagai masukan untuk masyarakat agar lebih dapat

mengembangkan komposit yang menggunakan serat kulit pohon Sonokeling

dan menghasilkan nilai ekonomis.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan laporan penelitian ini adalah :

Bab I : Pendahuluan

Bab ini membahas mengenai latar belakang masalah, rumusan

masalah, tujuan penelitian , manfaat penelitian, batasan masalah,

dan sistematika penulisan.

Bab II : Dasar Teori

Bab ini membahas tentang tinjauan pustaka dan ilmu-ilmu teoritis

yang berisi penelitian-penelitian yang berkaitan dan dasar teori

tentang komposit.Bab ini memberikan ilmu dasar yang berguna

sebagai acuan melakukan penelitian.


5

Bab III : Metode Penelitian

Bab ini membahas mengenai pelaksanaan penelitian seperti

mengenai peralatan dan bahan yang digunakan, langkah-langkah

percobaan dan cara pengambilan data.

Bab IV : Analisis Data dan Pembahasan

Bab ini menjelaskan tentang hasil penelitian yang telah diperoleh

yaitu data hasil percobaan yang telah diteliti.

Bab V : Penutup

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran penelitian yang telah

dilakukan.


6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Definisi Komposit

Secara garis besar komposit ialah suatu material yang terbentuk dari

campuran dua atau lebih suatu material sehingga dapat menghasilkan suatu

material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda

dari material pembentuknya. Material komposit tersusun dari campuran atau

kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda di dalam

bentuk dan atau komposisi material yang pada dasarnya tidak dapat dipisahkan

(Schwartz, 1984).

Bahan material yang digabungkan atau dicampur, biasanya material-

material tersebut memiliki sifat yang lebih baik dari sifat asal pembentuknya,

tetapi pada bahan komposit yang menggabungkan dua atau lebih material yang

memiliki fase yang berbeda sifat asli dari bahan pembentuk masih terlihat nyata.

Pengelompokan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik atau dapat

juga dilihat dari bahan yang menjadi matrik pengikat. Untuk komposit yang

dilihat dari bahan penguat dibagi menjadi komposit dengan bahan penguat serat

atau penguat non serat. Komposit dengan penguat serat masih dibagi lagi menjadi

2 bagian:

a. Komposit tradisional (komposit alam) yang biasa berupa serat kayu, jerami,

kapas, dan lain-lain.

b. Komposit sintesis, serat sintesis ini dapat berupa serat gelas karbon, nilon.


7

2.2 Bahan Penyusun Komposit

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya bahwa komposit merupakan

penggabungan dua macam material atau lebih dengan phase yang berbeda.

Digunakannya istilah phase dalam hal ini untuk menunjukkan bahan tersebut

adalah homogen, seperti logam atau keramik yang semua butiran-butirannya

mempunyai struktur kristal yang sama. Penggabungan beberapa fase yang berbeda

akan tercipta suatu bahan dengan unjuk kerja (performance) yang dapat lebih baik

dari fase-fase awal sebagai penyusunnya. Efek ini dapat disebut dengan

synergistic. Ada beberapa bahan yang berfungsi sebagai bahan penyusun suatu

komposit. Bahan-bahan tersebut antara lain : phase pertama (matrik), phase kedua

(reinforcing), katalis dan bahan tambahan lain.

Dua jenis material pembentuk komposit antara lain adalah :

2.2.1 Matriks

Matrik berfungsi sebagai pengikat serat menjadi satu struktur komposit serta

melindungi serat dari kerusakan akibat kondisi lingkungan dan mengikat serat

menjadi satu kesatuan struktur.

Sifat-sifat yang dapat diperbaharui (Jones,1975) antara lain :

a. Kekuatan (Strength)

b. Kekakuan (Stiffness)

c. Tahan lama

d. Ketahanan korosi (Corrosion resistance)

e. Ketahanan gesek/aus (Wear resistance)

f. Ketahanan lelah (Fatigue life)


8

Secara alami kemampuan tersebut diatas tidak ada semua pada waktu yang

bersamaan (Jones, 1975). Sekarang ini perkembangan teknologi komposit mulai

berkembang dengan pesat.

2.2.1.1 Polimer

Polimer yang sering digunakan menurut (Sudira,1985) adalah polimer yang

biasa disebut plastik. Plastik dibagi dua kategori menurut sifat-sifatnya pada suhu

ialah thermoplastic dan thermoset. Thermoplastic merupakan plastik yang dapat

dilunakan berulang kali (reycle) dengan menggunakan panas. Namun

Thermoplastic akan menjadi keras bila di didinginkan dan akan meleleh pada suhu

tertentu. Dan Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversible). Dan

sesekali pengerasan telah terjadi dan bahan tidak dapat dilunakan kembali. Tetapi

bila dipanaskan dengan suhu tinggi tidak akan melunakan thermoset melainkan

akan membentuk arang dan terurai karena sifat dari thermoset. Dalam pembuatan

komposit, resin yang sering digunakan ialah jenis polimer Thermosetting yang

terdiri dari :

a. Resin Polyester

Resin polyester ialah bahan matrik polimer yang banayak digunakan karena

sebagai pengikat matrik yang luas penggunaannya. Selain itu polyester memiliki

kekuatan mekanis yang baik serta ketahanan terhadap bahan kimia. Bahan

polyester banyak digunakan untuk komposit berpenguat serat glass.

b. Resin Epoksi

Resin epoksi memiliki keunggulan dalam hal kekuatan yang tinggi dan

penyusutan yang relative kecil setelah curing. Bahan epoksi banyak digunakan


9

untuk komposit berpenguat serat kabon atau Kevlar. Sifat-sifat resin Polyester dan

Epoksi dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat Resin Poliester dan Epoksi

Sifat Poliester Epoksi

Kekuatan tarik (MPa) 40-90 55-130

Modulus elastis (Gpa) 2,0-4,4 2,8-4,2

Kekuatan impak (J/m) 10,6-21,2 5,3-53

Kerapatan (g/cm3) 1,10-1,46 1,2-1,3

2.2.2 Penguat (reinforcement) / pengisi

Material ini memiliki sifat yang kurang elastis tetapi memiliki kekuatan dan

kekakuan yang lebih kuat. Serta memiliki fungsi sebagai peningkatan kekuatan

dan kekakuan matriks. Penguatan dalam bentuk serat atau serbuk.

Keuntungan yang terkandung dalam bahan komposit ialah :

a. Tahan terhadap korosi

Bahan ini memiliki sifat tahan terhadap korosi jika dibandingkan dengan

bahan yang terbuat dari logam.

b. Sifat Fisik.

c. Bahan yang dibuat dari komposit akan awet jika dipakai hingga waktu yang

lama dan memiliki permukaan yang lebih halus.

Kerugian yang terkandung dalam bahan komposit ialah :

a. Bahan yang dibuat dari komposit biasanya tidak tahan terhadap zat kimia.

b. Biaya dari bahan komposit masih relatif mahal.


10

Secara garis besar terdapat 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang

digunakan adalah :

a. Penguat Berbentuk Serat (Fibre Composites)

Merupakan komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan

yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat yang digunakan berupa

glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (polyaramide) dan masih banyak yang

lainnya. Contoh Fiber composites dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Fiber composites

b. Penguat berbentuk partikel (Particulate Composites)

Particulate composite material (material komposit partikel) terdiri dari satu

atau lebih partikel yang tersuspensi di dalam matriks dari matriks lainnya. Partikel

logam dan non-logam dapat digunakan sebagai matriks. Empat kombinasi yang

dapat digunakan sebagai matriks komposit partikel:

1. Material komposit partikel non-logam di dalam matriks non-logam.

2. Material komposit partikel logam di dalam matriks non-logam.

3. Material komposit partikel non-logam di dalam matriks logam.

4. Material komposit partikel logam di dalam matriks logam.


11

Contoh Particulate Composites dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Particulate Composites

c. Komposit Lapis (Laminated Composite)

Komposit lapis yaitu komposit yang terdiri dari lapisan dan bahan penguat,

yang merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebuh yang

digabungkan menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri

contohnya polywood, sering kita jumpai pada sebagai bahan bangunan. Contoh

Laminated Composite dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Laminated Composite


12

2.3 Klasifikasi Komposit

2.3.1 Klasifikasi Komposit Menurut Matrik Pengikat

Gambar 2.4 klasifikasi komposit menurut matrik pengikat

a. Komposit matrik keramik (Ceramic Matrix Composites/CMC)

CMC merupakan material 2 fasa dengan 1 fasa berfungsi sebagai

reinforcement dan 1 fasa sebagai matriks, dimana matriksnya terbuat dari

keramik. Reinforcement yang umum digunakan pada CMC adalah oksida,

carbide, dan nitrid. Salah satu proses pembuatan dari CMC yaitu dengan proses

DIMOX, yaitu proses pembentukan komposit dengan reaksi oksidasi leburan

logam untuk pertumbuhan matriks keramik disekeliling daerah filler (penguat).

Matrik yang sering digunakan pada CMC adalah :

1. Gelas anorganic.

2. Keramik gelas

3. Alumina

4. Silikon Nitrida


13

Keuntungan dari CMC :

1. Dimensinya stabil bahkan lebih stabil daripada logam.

2. Sangat tangguh , bahkan hampir sama dengan ketangguhan dari cast iron.

3. Mempunyai karakteristik permukaan yang tahan aus.

4. Unsur kimianya stabil pada temperature tinggi.

Kerugian dari CMC

1. Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar.

2. Relative mahal dan non-cot effective.

Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut :

1. Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk

perkakas potong.

2. Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser.

3. SiC/litium aluminosilikat (LAS) untuk calon material mesin panas.

b. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites/PMC)

Bahan ini merupakan bahan komposit polimer dengan serat sebagai

penguatnya (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics). Bahan ini

menggunakan suatu polimer dengan resin sebagai matriknya. Polymer Matrix

Composites/PMC memiliki sifat yang lebih tahan karat, korosi dan lebih ringan.

Matriks polimer terbagi 2 yaitu termoset dan termoplastik. Perbedaannya polymer

termoset tidak dapat didaur ulang sedangkan termoplastik dapat didaur ulang.


14

Komposit ini bersifat :

1. Biaya pembuatan lebih rendah.

2. Dapat dibuat dengan produksi massal.

3. Ketangguhan baik.

4. Tahan simpan.

5. Lebih ringan.

Keuntungan dari PMC :

1. Ringan.

2. Specific stiffness tinggi.

Jenis polimer yang banyak digunakan :

a. Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle)

dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan

menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic meleleh pada suhu tertentu,

melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversibel)

kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh ari

thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, Poliester sulfon, dan Poliester

eterketon (PEEK).

b. Thermoset

Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali

pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali.Pemanasan

yang tinggi tidak akan melunakkan termoset melainkan akan membentuk arang


15

dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel,

seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis termoset tidak begitu menarik dalam

proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih

sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat termoplastik. Contoh

dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan Poli-imida (PI).

Aplikasi PMC, yaitu sebagai berikut :

1. Matrik berbasis poliester dengan serat gelas

2. Matrik berbasis termoplastik dengan serat gelas = Kotak air radiator.

3. Matrik berbasis termoset dengan serat carbon

c. Komposit matrik logam (Metal Matrix Composites / MMC)

Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik

logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya

yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi

aerospace. Contoh : Almunium ,Magnesium, Titanium beserta paduannya.

Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC :

1. Transfer tegangan dan regangan yang baik.

2. Ketahanan terhadap temperature tinggi.

3. Tidak menyerap kelembapan.

4. Tidak mudah terbakar.

Kekurangan MMC :

1. Biayanya mahal.

2. Standarisasi material dan proses yang sedikit.


16

Matrik pada MMC :

1. Mempunyai keuletan yang tinggi.

2. Mempunyai titik lebur yang rendah.

3. Mempunyai densitas yang rendah.

Proses pembuatan MMC :

1. Casting/liquid ilfiltration

2. Compocasting

3. Squeeze casting

Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut :

1. Komponen automotive (blok-silinder-mesin, pully, dll)

2. Peralatan militer (sudu turbin, cakram kompresor, dll)

3. Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)

2.3.2 Klasifikasi Komposit Menurut Penguatnya

Berdasarkan penguat komposit dibagi menjadi dua, yaitu :

a. Komposit isotropik

Komposit isotropik merupakan penguat yang memberikan penguatan yang

sama untuk berbagai arah, dengan itu menjadikan pengaruh tegangan atau

regangan dari luar akan mempunyai nilai kekuatan yang sama baik arah

transversal maupun arah longitudinal.

b. Komposit anisotropik

Komposit anistotropik merupakan penguatan yang tidak samm terhadap

arah yang berbeda, dengan itu menjadikan pengaruh tegangan atau regangan dari


17

luar akan mempunyai nilai kekuatan yang tidak sama baik arah transversal

maupun arah longitudinal.

2.4 Serat

Serat atau fiber memiliki peran penting dalm pembuatan komposit yaitu

sebagai bagian yang penahan beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan

komposit sangat tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil

bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat bahan

tersebut, karena minimnya cacat pada material (Triyono,& Diharjo k, 2000).

Fungsi utama dari serat adalah:

a. Sebagai pembawa beban

b. Memberikan sifat kekakuan, kekuatan, stabilitas panas

c. Pemberi penghantar listrik pada komposit

Serat Sebagai Penguat Komposit dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.5 Serat Sebagai Penguat Komposit


18

Bahan serat yang dapat dipakai ialah :

a. Glass

Serat glass ialah bahan yang banyak digunakan dalam pembuatan komposit

polimer. Sifat-sifat serat glass anatara lain :

1. Tidak mudah terbakar.

2. Isolasi listrik yang baik.

3. Memiliki kekuatan tarik yang tinggi.

Kelemahan serat glass

Serat gelas dapat dibedakan dalam berbagai jenis antara lain:

1. Serat gelas A

Serat gelas yang digunakan pada awal material ini mempunyai

kandungan alkali yang tinggi. Material ini tak banyak dipakai dalam proses

produksi sebagai reinforcement agent.

2. Serat gelas E

Komposisi serat gelas E berupa kalsium, aluminium hidroksida,

borosilikat, pasir silika dan memiliki kandungan alkali rendah. Serat gelas

jenis ini mempunyai kekuatan tarik dan tekan serta geser yang baik sehingga

mempunyai sifat isolator atau penghantar listrik yang baik tetapi merupakan

material yang cukup getas

3. Serat gelas D

Serat ini memiliki karakteristik dielektrik yang baik maka serat gelas

jenis ini sering dipakai dalam produksi pembuatan peralatan elektronik.


19

4. Serat gelas R & S

Serat jenis ini memiliki komposisi kimia yang berbeda, tetapi kedua

serat ini merupakan bahan penguat dengan kemampuan tinggi. Serat gelas R

dan S ini diaplikasikan sebagai reinforcement agent dalam pembuatan

pesawat terbang. Serat gelas yang mempunyai massa jenis yang hamper

sama dengan serat gelas E ini masing-masing diproduksi di Eropa untuk

serat gelas R dan di Amerika untuk serat gelas S.

Serat gelas diproduksi dalam berbagai bentuk penyusunan, karena sangat

berpengaruh untuk menyesuaikan dengan penggunaannya. Pemilihan bentuk

susunan serat secara tepat akan mempermudah pengguna untuk memperoleh sifat

sifat dari komposit yang diinginkan. Macam-macam tipe (bentuk) serat tersebut

antara lain:

1. Continuous Roving

Adalah gabungan dari serat-serat paralel menjadi satu strand dengan

sedikit atau tanpa pengikat. Seratnya tersusun secara sejajar satu sama lain

dan memanjang. Serat bentuk ini biasa digunakan dalam proses spray up,

centrifugal casting, continuous laminating process. Jenis ini mempunyai

sifat mekanis yang baik.

2. Woven Roving

Adalah serat yang berbentuk lembaran yang dianyam dari beberapa

continuous roving. Terdapat berbagai macam ukuran lebar, tebal dan berat,

tergantung kebutuhan pemakaian. Bentuk serat jenis ini mempunyai


20

kekuatan yang tinggi dan dapat menurunkan biaya untuk produk yang besar.

Biasanya digunakan pada proses hand lay-up, untuk pembuatan tangki,

kapal dan body mobil.

3. Chopped strand mat

Adalah reinforcing mat yang terbuat dari potongan strand dan

digabung secara acak dengan pengikat atau binder tertentu. Biasanya

dipakai untuk pembuatan produk dengan kekuatan sedang, untuk proses

centrifugal casting dan proses hand lay-up.

b. Serat Karbon

Karbon memiliki kerapatan dan koefesien dilatasi rendah serta menjadi fiber

dengan modulus elastis yang tinggi.

c. Serat Keramik

Keramik memiliki satuan fiber antara Carbide silicon (SiC) dan oksida

alumunium (Al2O3). Satuan fiber itu memiliki modulus elastisitas yang tinggi dan

digunakan sebagai penguat logam dengan kerapatan

d. Kevlar 49

Kevlar 49 digunakan sebagai bahan serat untuk polimer. Kevlar 49 memiliki

beberapa sifat, antara lain: ringan, kekuatan dan kekuan tinggi, kerapatannya

rendah dan memberikan kekuatan spesifik terbesar untuk semua fiber yang ada.

Kevlar banyak digunakan pada industri aerospace, marine, dan otomotif.

e. Boron

Serat boron terbuat dari silika berlapis grafit atau filamen karbon. Serat ini

mempunyai modulus elastisitas yang sangat tinggi, harga yang mahal, dan


21

membutuhkan peralatan untuk menempatkan serat dalam matrik dengan ketepatan

(presisi) yang tinggi. Penggunaanya dibatasi pada komponen peralatan industri

pesawat terbang (aerospace).

f. Logam

Filamen baja (kontinyu atau tidak kontinyu) sering digunakan sebagai fiber

dalam plastik.

2.5 Partikel

Ukuran partikel yang digunakan bervariasi dari skala mikroskopis sampai

skala makroskopis. Distribusi partikel di dalam matrik komposit tersusun secara

random sehingga komposit yang dihasilkan mempunyai sifat-sifat isotrop.

Mekanisme penguatan oleh partikel ini tergantung pada ukuran partikel itu

sendiri. Dalam skala mikroskopis, partikel yang digunakan berupa serbuk yang

sangat halus yang terdistribusi dalam matrik dengan konsentrasi maksimum 15%.

Adanya serbuk akan menjadikan matrik mengeras dan menghambat gerakan

dislokasi yang timbul. Dalam keadaan ini, sebagian besar beban luar yang

diberikan bekerja pada matrik.

Gambar 2.6 Partikel Sebagai Penguat Komposit


22

2.6 Flake

Flake pada umumnya berupa partikel dua dimensi. Contohnya adalah mika

mineral (silika K dan Al) dan tale (Mg3Si4O10(OH)2), digunakan sebagai fase

reinforcing pada plastik. Bahan ini relatif murah dan ukurannya bervariasi dengan

panjang antara 0,001–1,0 mm dan tebal antara 0,001-0,005 mm.

Gambar 2.7 Flake Sebagai Penguat Komposit

2.7 Katalis

Pada matrik resin akan ditambahkan katalis yang merupakan bahan kimia

pada proses pembekuan matrik. Katalis sendiri ialah bahan kimia yang dapat

meningkatkan laju suatu reaksi tanpa bahan tersebut menjadi ikut terpakai dan

setelah reaksi berakhir, dan pada bahan itu akan kembali pada bentuk awal tanpa

terjadi perubahan kimia pada bahan tersebut. Tetapi penggunaan yang terlalu

banyak akan membuat perlakuan panas pada proses pengeringan.

2.8 Orientasi Serat

Dalam pembuatan komposit, orientasi serat sangat mempengaruhi dan dapat

menentukan kekuatan suatu bahan komposit. Secara umum penyusunan dari arah

serat tersebut adalah sebagai berikut:


23

a. Unidirectional, yaitu serat disusun paralel satu sama yang lainnya. Disini

kekuatan tarik terbesar terdapat pada bahan yang sejajar dengan arahn serat.

Sedangkan kekuatan yang terkecil pada bahan yang tegak lurus arah serat.

b. Pseudoisotropic, yaitu serat disusun secara acak dan kekuatan tarik pada

satu titik pengujian mempunyai nilai kekuatan yang sama.

c. Bidirectional, yaitu serat disusun tegak lurus satu sama lainnya (orthogonal)

contohnya pada woven roving. Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat

pada arah serat 0o dan 90

o dan kekuatan terendah terdapat pada arah serat

45o.

Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling

proporsional, karena pada pemasangan satu arah serat ini dapat memberi

kontribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena

pemasangan serat yang semakin acak maka konstribusi serat yang dipasang akan

semakin sedikit (fraksi volume kecil) sehingga menyebabkan kekuatan komposit

semakin menurun.

Gambar 2.8 orientasi serat


24

(a dan b sumber James F. Shackelford., Introduction to Materials Science for

Engineers. c. Mel M Schwartz)

Jumlah serat bahan komposit serat dapat dinyatakan dalam bentuk fraksi

volume serat (Vf) yaitu perbandingan volume serat (Vf) terhadap volume bahan

komposit (Vc). Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka

akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.

Gambar 2.9 Diagram Hubungan Antara Kekuatan, Fraksi Volume dan Susunan

Serat (Sumber adiyono : 1996)

2.9 Perlakuan Alkali (NaOH)

NaOH atau sering disebut alkali digunakan untuk menghilangkan kotoran

atau lignin pada serat dengan sifat alami serat adalah Hyrophilic, yaitu suka

terhadap air. Berbeda dengan polimer yang hidrophilic. Dimana serat direndam

dengan mencampurkan NaOH dengan air dalam waktu yang ditentukan.

Alkalisasi pada serat merupakan proses modifikasi permukaan serat dengan cara

perendaman serat ke dalam basa alkali. Tujuan dari proses alkalisasi adalah

mengurangi komponen penyusun serat yang kurang efektif dalam menentukan


25

kekuatan antar muka yaitu hemiselulosa, lignin atau pektin. Dengan pengurangan

komponen lignin dan hemiselulosa, akan menghasilkan struktur permukaan serat

yang lebih baik dan lebih mudah dibasahi oleh resin, sehingga menghasilkan

mechanical interlocking yang lebih baik. (Maryanti B, Sonief AA, dan Wahyudi

S. 2011).

2.10 Komposisi Serat Kulit Pohon Sonokeling

Pohon Sonokeling terutama di daerah Jawa Tengah, Indonesia relatif masih

memegang peranan dalam dunia perkayuan. Tidak dapat dipungkiri pohon

Sonokeling terus tumbuh dengan liar bahkan sekarang sudah ada yang

membudayakannya. Berikut karakteristik pohon Sonokeling dapat dilihat pada

Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Karakteristik Pohon Sonokeling

( https://id.m.wikipedia.org/wiki/Sonokeling )

KARAKTERISTIK POHON SONOKELING

Tinggi

(m)

Diameter

(cm)

Curah hujan

(mm/th)

Temperatur

(Co)

Berat jenis

(g/cm3)

Kadar air

20 - 43 100 – 150 600 – 1.000 24 – 33 0,77-0,86 15%


https://id.m.wikipedia.org/wiki/Sonokeling

26

Gambar 2.10 Batang Pohon Sonokeling

Gambar 2.11 Daun Pohon Sonokeling

Gambar 2.12 Serat Sonokeling

2.11 Pencampuran Pada Komposit

Dalam melakukan penelitian pada komposit sebaiknya kita memilih bahan

komposit yang memiliki kombinasi yang tepat dari sifat-sifat bahan penyusunya.

Pencampuran bahan yang optimum dapat menghasilkan suatu komposit dengan

kualitas yang baik. Sifat komposit dapat dilakukan dengan phase matrik dan phase


27

reinforce sebagai bahan penyusunnya. Rongga udara (void) terjadi karena tidak

meretaknya phase reinforce pada phase matrik. Hal ini dapat menyebabkan rusak

atau retak (crack) pada bahan komposit. Adanya rongga antara phase reinforce

dan phase matrik harus dihindari.

Gambar 2.13 Interphase. (a) Crack (b) Interface dalam komposit (sumber: James

A.J dan Thomas F.K Engineering Materials Techonolgy, Structure Processing

and Selection )

Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan

penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi

regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan

meingkatkan regangan serat. Serat yang memiliki sifat getas tetapi memilii

kekuatan tarik tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik yang

rendah dan kekuatan regangan yang besar, akan menjadi suatu bahan yang

memiliki sifat yang lebih baik.

Beberapa perhitungan bahan komposit antara lain :

a. Massa Komposit (mc)

mc = mm + mr

dengan : mm = massa matrik

mr = massa renforce


28

b. Volume Komposit (Vc)

Vc = Vm + Vr +Vv

dengan : Vm = volume matrik

Vr = volume reinforce

Vv = volume voids (rongga,cacat)

c. Kerapatan komposit ρc =ρc = (fm x ρm) +(fr x ρr)

dengan : ρm =kerapatan matrik

ρr =kerapatan reinforce

fm = fraksi volume matrik

2.11.1 Teknik Pembentukan Material Komposit

a. Pencetakan Semprot (spray lay-up)

Memotong serat yang akan digunakan sebagai penguat, kemudian

diumpankan kedalam penyemprot resin berkatalis secara langsung pada

permukaan cetakan. Aplikasi : panel-panel, bodi karavan, dan bak mandi.

Gambar 2.14 Proses pencetakan semprot (spray lay-up)

b. Pencetakan Tangan (Hand Lay-Up)

Menuang resin dengan tangan kedalam serat berbentuk anyaman, rajuan

atau kain, kemudian memberi takanan sekaligus meratakannya menggunakan rol

atau kuas. Proses tersebut dilakukan berulang-ulang hingga ketebalan yang


29

diinginkan tercapai. Aplikasi : pembuatan kapal, bodi kendaraan, bilah turbin

angin.

Gambar 2.15 Proses pencetakan tangan (Hand Lay-Up)

c. Pengemasan Vakum (vacuum bagging)

Dengan menutupi lapisan pencetakan basah dengan film plastik, udara di

bawah kemasan dikeluarkan dengan pompa vakum bertekanan.

Aplikasi : pembuatan kapal pesiar, komponen mobil balap.

Gambar 2.16 Proses pengemasan vakum (vacuum bagging)

d. Pultrusion

Penarikan serat dari suatu jaring atau creel melalui bak resin, kemudian

dilewatkan pada cetakan yang telah dipanaskan yang berfungsi sebagai pengontrol

kandungan resin, melengkapi pengisian serat, dan mengeraskan bahan menjadi

bentuk akhir setelah melewati cetakan.

Aplikasi : Batang digunakan pada struktur atap, jembatan.


30

Gambar 2.17 Pultrusion

e. Cetakan Pemindah Resin (Resin Transfer Moulding)

Serat penguat dipotong dan dibentuk sedemikian rupa sesuai dengan bentuk

yang diinginkan kedalam cetakan. Cetakan ditutup lalu resin dan katalis

disemprotkan melalui pompa kedalamnya. Ketika cetakan sudah terisi penuh

dengan resin dan katalis pemompaan dihentikan, dan produk telah terbentuk.

Gambar 2.18 Cetakan Pemindah Resin (Resin Transfer Moulding)

2.12 Rumus Perhitungan Kekuatan Tarik dan Regangan

Pada pengujian tarik yang dilakukan, hasilnya berupa print-out grafik

hubungan beban dan pertambahan panjang. Untuk menghitung besarnya kekuatan

tarik dari pengujian tersebut, maka rumus yang digunakan adalah rumus

tegangan,yaitu:

σ=p

A

Dimana: σ = kekuatan tarik (kg/mm2)

P = beban (kg)


31

A = luas penampang (mm2)

= lebar x tebal

Hasil dari pengujian tarik juga dapat digunakan untuk mencari regangan dari

benda uji, yaitu dengan menggunakan rumus:

σ=∆₀

𝐿₀× 100%

Dimana: ε = regangan (%)

ΔL = pertambahan panjang (mm)

Lo = panjang mula-mula (mm)

2.13 Kerusakan Pada Komposit

Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan rusaknya

suatu bahan komposit, yaitu pembebanan tarik tekan baik dalam arah longitudinal

maupun transversal, serta geser.

2.13.1 Kerusakan Akibat Beban Tarik Longitudinal

Pada bahan komposit yang akan diberi beban tarik searah serat, keruskan

bermula dari serat-serat yang patah pada penampang terlemah. Semakin besar

beban, akan semakin banyak pula serat yang patah. Pada kebanyakan kasus,

serat tidak patah sekaligus secara bersamaan. Apabila serat yang patah semakin

banyak, maka akan terjadi beberapa kemungkinan:

a. Bila serat mampu menahan gaya geser dan meneruskan ke serat sekitar,

maka serat yang patah akan semakin banyak. Hal ini akan menimbulkan

yang disebut retakan. Patahan yang terjadi disebut patah getas (brittle

failure).


32

b. Bila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang timbul

di ujung, serat dapat terlepas dari matrik (debonding) dan komposit akan

rusak tegak lurus arah serat.

c. Kombinasi dari kedua tipe diatas, pada kasus ini terjadi di sembarang

tempat disertai dengan kerusakan matrik. Kerusakan yang terjadi berupa

patahan seperti sikat (brush type).

Gambar 2.19 Kerusakan pada komposit akibat beban tarik longitudinal

2.13.2 Kerusakan Akibat Beban Tarik Transversal

Serat pada komposit yang mengalami pembebanan tegak lurus arah serat

(transversal), akan mengalami konsentrasi tegangan pada interface antar serat dan

matrik itu sendiri. Oleh karena itu, bahan komposit yang mengalami beban

transversal akan mengalami kerusakan pada interface. Kerusakan transversal ini

juga dapat terjadi pada komposit dengan jenis serat acak dan lemah dalam arah

transversal. dengan demikian, kerusakan akibat beban tarik transversal terjadi

karena:

a. Kegagalan tarik matrik

b. Debonding pada interface antara serat dan matrik


33

Gambar 2.20 Kerusakan Pada Komposit Akibat Beban Tarik Transversal

2.14 Tinjauan Pustaka

Nurkholis dkk (2008), melakukan penelitian terhadap serat rami sebagai

penguat dengan melakukan pengujian kekuatan tarik komposit dengan perlakuan

alkali (NaOH) selama 2, 4, 6 dan 8 jam dengan fraksi volume serat 10% dan 90%

bermatrik polyester, pembuatan komposit dilakukan dengan pencetakan metode

hand lay up menggunakan kaca sebagai cetakannya dan perlakuan postcure 600˚

selama 4 jam, diperoleh kekuatan tarik tertinggi dimiliki oleh komposit serat rami

dengan perlakuan alkali 8 jam yaitu sebesar 41,9 MPa dengan modulus elastisitas

2743,15 MPa pada perlakuan alkali 2 jam, harga impak tertinggi terjadi pada

perlakuan alkali 4 jam yaitu sebesar 0,0725 J/mm2.

Franswell Saragih (2005) melakukan penelitian dan membahas tentang

pengaruh fraksi berat serat batang pisang terhadap komposit yang berpengaruh

terhadap kekuatan tarik setelah dilakukan pengujian tarik. Benda uji serat

memiliki panjang 12 cm dan diameter 3 mm, kemudian dilakukan uji tarik

sebanyak dua kali. Benda uji komposit dengan fraksi berat 1%, 2%, 3%, 4%, 5%.

Bahan komposit kemudian dipotong dan diuji tarik dengan mengacu pada standar

pengujian ASTM D3039-76. Pengujian dilakukan sebanyak 4 kali pada setiap


34

fraksi masa serat. Setelah proses pengujian dilakukan didapatkan nilai uji tarik

kemudian didapatkan nilai kekuatan tarik pada komposit. Berdasarkan hasil

penelitian maka didapatkan kesimpulannya fraksi berat serat menaikan kekuatan

tarik bahan komposit dibandingkan dengan kekuatan tarik matrik pengikat. Pada

fraksi berat serat 1% dihasilkan kekuatan yang paling besar sekitar 6,9 kg/mm2

sedangkan pada fraksi berat serat 2 % memiliki kekuatan tarik yang paling rendah

sekitar 5,2 kg/mm2

Maka dapat disimpulkan dari kedua tinjauan pustaka diatas adalah jumlah

lapisan serat, resin yang digunakan, katalis dan fraksi berat sangat mempengaruhi

hasil uji tarik. Dengan begitu kita dapat memilih bahan-bahan yang akan

mempengaruhi penelitian komposit.


35

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Penelitian

Sebelum melakukan pengujian tarik dan pengambilan data pada benda uji,

terlebih dahulu membuat alur penelitian agar mempermudah proses pengambilan

data. Gambar 3.1 menunjukan alur penelitian

Gambar 3.1 Skema alur penelitian

Memulai penelitian

Mencari Bahan

Serat kulit pohon

Sonokeling

Serat direndam atau perlakuan alkali

(NaOH 5%) selama 2 jam.

Membeli Bahan

1. Resin polyester

(everpol 323)

2. Katalis Trigonox

Pembuatan benda uji :

1. Resin tanpa serat.

2. Komposit dengan variasi jumlah lapisan serat ( 1-3 lapis ).

Uji Tarik

Hasil Penelitian

Pembahasan

Kesimpulan dan saran

Selesai


36

3.2 Persiapan Benda Uji

3.2.1 Bahan

Bahan-bahan yang akan digunakan untuk melakukan pengujian sebagai

berikut :

a. Serat

Proses penelitian ini menggunakan serat alam sebagai pengis (filler) yaitu

serat kulit pohon Sonokeling. Untuk mendapatkan serat yang akan digunakan

berikut proses yang akan dilakukan, dapat dilihat pada Gambar 3.2 yaitu :

1. Kulit luar dikupas sampai dalam hingga mucul serat dibagian batang.

2. Mengiris dengan cara memisahkan kulit luar dengan serat.

3. Serat dijemur hingga kering.

4. Lalu serat direndam dengan NaOH 5 %

5. Mengeringkan serat yang akan digunakan sebagai pengisi (filler)

hingga kering.

Gambar 3.2 Serat kulit pohon Sonokeling


37

b. Resin

Resin yang akan digunakan dalam pengujian resin polyester. Resin

polyester yang digunakan adalah resin tipe Everpol 323 dapat dilihat pada Gambar

3.3.

Gambar 3.3 Everpol 323

c. Katalis

Katalis yang akan digunakan dalam pengujian ialah katalis trigonox. Katalis

digunakan sebagai bahan tambahan yang berfungsi untuk mempercepat

pengeringan , dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Katalis Trigonox


38

d. Release Agent

Release Agent berfungsi untuk melapisi cetakan supaya komposit yang

dicetak dapat mudah dilepas. Jenis Release Agent yang digunakan adalah mirror

glaze, dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Mirror Glaze

3.2.2 Alat

Dalam melakukan pengujian akan sangat dibutuhkan alat-alat penunjang

pengujian sebagai berikut :

a. Cetakan

Saat dilakukan proses pembuatan komposit dibutuhkan cetakan. Cetakan

komposit ini terbuat dari kaca dengan ukuran panjang 30 cm, lebar 20 cm, dan

tinggi 0.5 cm, yang dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Cetakan kaca


39

b. Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume jumlah resin yang akan

digunakan dan memudahkan untuk pencampuran, dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Gelas Ukur

c. Suntikan

Suntikan digunakan untuk mengukur volume jumlah katalis yang akan

digunakan, dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Suntikan

d. Gunting

Gunting digunakan sebagai pemotong serat, dapat dilihat pada Gambar 3.9.

Gambar 3.9 Gunting


40

e. Cutter

Cutter digunakan untuk memotong serat / membersihkan serabut yang

masih menempel pada serat, dapat dilihat pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Cutter

f. Jangka Sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur ketebalan pada komposit, dapat

dilihat pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Jangka sorong

g. Masker

Masker digunakan untuk melindungi mikroorganisame supaya mencegah

masuk kedalam tubuh dan menghindari debu pada saat proses pengerjaan, dapat



41

Gambar 3.12 Masker

h. Gerinda (Alat Potong)

Gerinda digunakan untuk memotong bahan komposit sesuai dengan ukuran

yang telah dibentuk, dapat dilihat pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13 Gerinda

i. Amplas

Amplas digunakan untuk memperhalus dan mengurangi ketebalan pada

permukaan bahan komposit yang kasar, dapat dilihat pada Gambar 3.14.

Gambar 3.14 Amplas


42

j. Kuas

Kuas digunakan untuk mengoleskan resin pada serat, dapat dilihat pada

Gambar 3.15.

Gambar 3.15 Kuas

k. Timbangan Digital

Timbangan digunakan sebagai penimbang serat yang akan digunakan, dapat


Gambar 3.16 Timbangan digital

l. Mesin Uji Tarik

Digunakan untuk pengujian tarik terhadap benda komposit dengan cara

hanya mengamati material yang sedang diuji dengan menggunakan mesin,


43

misalnya mengamati angka-angka yang muncul pada tampilan layar mesin yang

meliputi besar beban dan bertambahnya panjang yang terjadi pada benda atau

material yang sedang diuji. Dapat dilihat pada gambar 3.17.

Gambar 3.17 Mesin uji tarik

3.3 Perendaman Serat Dengan NaOH 5%

Serat kulit pohon Sonokeling akan dilakukan perendaman dengan NaOH

sebanyak 5 % selama 2 jam, dilakukan nya perendaman bertujuan untuk

menghilangkan unsur-unsur yang terdapat pada serat tersebut seperti kandungan

minyak, kotoran dan lain-lain. Setelah dilakukan perendaman kulit yang telah

diberi NaOH 5% dikeringkan selama 2 hari. Dapat dilihat pada gambar 3.18.


44

Gambar 3.18 Proses perendaman NaOH 5%

3.4 Perhitungan Komposisi Komposit

Komposisi dari komposit yang dibuat adalah 30% serat, 69,7% resin dan

0,3% katalis. Perhitungan komposisi komposit dihitung berdasarkan perhitungan

volume total cetakan.

Berikut perhitungan yang dilakukan:

a. Menghitung volume cetakan:

Dengan asumsi:

Volume cetakan = volume komposit total

Vcet = Vkomp

Maka, volume komposit:

𝑉𝑘𝑜𝑚𝑝 = 20 𝑐𝑚 × 30 𝑐𝑚 × 0,5 𝑐𝑚

= 300 cm3

b. Menghitung volume serat:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 (𝑉𝑠) = 30% × 𝑉𝑘𝑜𝑚𝑝

=30

100× 300𝑐𝑚3

= 90 cm3


45

c. Massa serat berdasarkan volume serat:

𝜌 =𝑚

𝑉 ; dengan massa jenis serat (ρ) = 1,20 gr/cm3

Maka, massa serat (ms):

𝑚𝑠 = 𝜌 × 𝑉𝑠

= 1,20𝑔𝑟

𝑐𝑚3 × 90

= 108 gr/cm3

d. Menghitung volume matrik:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑘 (𝑉𝑚) = 69,7 % × 𝑉𝑘𝑜𝑚𝑝

=69,7

100× 300𝑐𝑚3

= 209,1 cm3

= 209,1 ml

e. Menghitung volume katalis:

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑘𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠 (Vk ) = 0,3% × 𝑉𝑘𝑜𝑚𝑝

=0,3

100× 300𝑐𝑚3

= 0,9 cm3

= 0,9 ml


46

3.5 Cara Membuat Benda Uji Tarik

Proses membuat benda uji tarik ini dibutuhkan 5 spesimen benda uji untuk

tiap lapisan.Terdapat 3 macam lapisan serat yang akan digunakan. Orientasi serat

yang digunakan sama yaitu serat searah dengan perpaduan jumlah resin dan

katalis sama dengan tiap jumlah lapisan.

Langkah-langkah cara membuat benda uji tarik :

a. Cetakan kaca dibersihkan terlebih dahulu hingga tidak ada kotoran.

b. Lalu release agent dioleskan terlebih dahulu pada cetakan dibagian dinding,

dasar dan tutup cetakan hingga rata.

c. Kemudian serat yang telah direndam NaOH 5% dan dikeringkan, dipotong

dengan ukuran 20 x 30 cm sesuai kebutuhan 1 sampai 3 lapisan serat.

d. Resin dan katalis dicampur dan diaduk selama 2-3 menit pada gelas ukur

hingga tercampur rata.

e. Campuran resin dan katalis tadi dituang ke dalam cetakan dengan urutan

resin lalu serat setelah itu serat dilapisi lagi dengan resin. Proses ini

dilakukan hingga 1-3 lapis serat.

f. Lalu resin dituang pada cetakan lalu letakan serat pertama diatas resin yang

sudah merata pada dasar cetakan.

g. Setelah itu resin dituang kembali dan diratakan hingga resin meresap dalam

serat yang telah disusun. Hal ini dilakukan sampai serat lapis kedua tertutup

oleh resin. Lakukan hingga menjadi 3 lapis bagian, tetapi pembagian resin

tidak sama sesuai lapisan serat yang digunakan.


47

h. Selanjutnya komposit dikeringkan hingga benar-benar kering.

i. Setelah itu komposit dikeluarkan dari cetakan

j. Lalu digambarkan sketsa ukuran standar ASTM D3039.

k. Setelah itu komposit dipotong sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan.

Berikut ini spesimen untuk uji tarik dapat dilihat pada gambar 3.19 :

Gambar 3.19 Standar ASTM D3039

3.6 Cara pengujian

Setelah komposit sudah jadi maka saatnya dilakukan pengujian tarik.

Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dari komposit yang

telah dibuat. Berikut langkah-langkah untuk melakukan pengujian tarik pada

benda komposit :

a. Benda uji / komposit dipersiapkan terlebih dahulu pada mesin uji tarik.

b. Kertas milimeter blok diletakkan pada printer.

c. Setelah mesin dinyalakan, lalu benda uji / komposit dipasang pada grip.

d. Lalu grip dikencangkan, tetapi saat mengecangkan jangan terlalu keras

supaya benda uji /komposit tidak rusak.


48

e. Lalu jarak antara benda pada grip diukur terlebuh dahulu supaya dapat

mengitung beban dan kekuatan uji tarik.

f. Pemasangan extensometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur

menjadi nol.

g. Nilai beban diatur terlebih dahulu menjadi nol.

h. Lalu kecepatan pada area start diatur dengan menekan sebanyak 2 kali

kemudian tekan tombol down.

i. Setelah data dari pengujian tarik didapatkan,ulangi pengujian pada benda uji

/ komposit selanjutnya.


49

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengujian

Setelah pengujian tarik terhadap spesimen komposit berpenguat serat

Sonokeling dilakukan pengolahan data serta perhitungan. Berikut hasil yang

didapat akan ditampilkan dalam bentuk Tabel dan Gambar.

4.1.1 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Matrik

Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan sifat-sifat mekanik yaitu

kekuatan tarik dan regangan. Sebelum dilakukan pengujian benda uji diukur tebal

dan lebar terlebih dahulu :

A = Luas penampang matrik

= Tebal x Lebar

= 3,4 x 12,8

= 43,52 mm2

Kekuatan tarik =beban (kg)

A(𝑚𝑚2)=

204,5

43,52 = 4,70 kg/mm

2

𝜎 = beban (kg) x 9,81 (

m

𝑆2)

A(𝑚𝑚2) = 46,10 (MPa)

a. Setelah diperoleh pertambahan panjang, maka dapat dicari regangan sebagai

berikut :

∆L (mm) = pertambahan panjang = 1,3 mm

L0 (mm) = panjang mula-mula = 70 mm


50

𝜀 = ΔL

𝐿0× 100%

= (1,3

70)×100%

= 1,86 %

Dengan contoh perhitungan tersebut, maka dapat dihasilkan tabel

perhitungan yang dapat dilihat pada Tabel 4.1, 4.2 dan 4.3

Tabel 4.1 Dimensi Matrik everpol

Kode

Spesimen

Lebar

(mm)

Tebal

(mm)

Lo

(mm)

A

(mm2)

M1 12,8 3,40 70 43,52

M2 11,2 3,50 70 39,20

M3 12,3 3,80 70 46,74

M4 12,3 3,30 70 40,59

M5 12,2 3,80 70 46,36

Rata-rata 12,16 3,56 70 43,28

Tabel 4.2 Sifat mekanik matrik everpol

Kode

Spesimen

Beban

(Kg)

A

(mm2)

kekuatan tarik

(kg/mm2)

Kekuatan Tarik

(MPa)

M1 204,50 43,52 4,70 46,10

M2 205,20 39,20 5,23 51,35

M3 214,60 46,74 4,59 45,04

M4 219,40 40,59 5,41 53,03

M5 215,60 46,36 4,65 45,62

Rata-rata 211,86 43,28 4,92 48,23


51

Tabel 4.3 Sifat mekanik matrik everpol

Kode

Spesimen

Lo

(mm)

∆L

(mm)

Regangan

( ε % )

M1 70 1,30

1,86

M2 70 1,40

2,00

M3 70 1,30

1,86

M4 70 1,70

2,43

M5 70 1,40

2,00

Rata-rata 70 1,42

2,03

Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan diagram kekuatan tarik dan

regangan matrik dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan 4.2.

Gambar 4.1 Grafik diagram kekuatan tarik matrik everpol

46,1

51,35

45,04

53,03

45,62 48,23

0

10

20

30

40

50

60

M1 M2 M3 M4 M5 Rata-rata

Spesimen

Kek

uata

n T

ari

k (M

Pa)


52

Gambar 4.2 Grafik diagram regangan matrik everpol

4.1.2 Hasil Pengujian Benda Uji Tarik Komposit

Data hasil pengujian tarik serta hasil perhitungan data komposit serat 1

lapis, dapat dilihat pada Table 4.4, 4.5 dan 4.6.

Tabel 4.4 Dimensi komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 1

Kode

Spesimen

Lebar

(mm)

Tebal

(mm)

Lo

(mm)

A

(mm2)

S1 12,3 3,10 70 38,13

S2 12,0 3,10 70 37,20

S3 12,0 3,00 70 36,00

S4 12,2 3,10 70 37,82

S5 12,2 3,00 70 36,60

Rata-rata 12,14 3,06 70 37,15

1,86 2

1,86

2,43

2 2,03

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

M1 M2 M3 M4 M5 Rata-rataSpesimen

Reg

an

gan

(%

)


53

Tabel 4.5 Sifat mekanik komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 1

Kode

Spesimen

Beban

(Kg)

A

(mm2)

kekuatan tarik

(kg/mm2)

Kekuatan Tarik

(MPa)

S1 109,9 38,13 2,88 28,27

S2 117,3 37,20 3,15 30,93

S3 90,90 36,00 2,53 24,77

S4 124,8 37,82 3,30 32,37

S5 136,7 36,60 3,73 36,64

Rata-rata 115,92 37,15 3,12 30,60


Kode

Spesimen

Lo

(mm)

∆L

(mm)

Regangan

( ε % )

S1 70 0,40

0,57

S2 70 1,70

2,43

S3 70 0,85

1,21

S4 70 1,25

1,79

S5 70 2,25

3,21

Rata-rata 70 1,29

1,84

Dari hasil pengujian tarik, didapatkan diagram kekuatan tarik dan regangan

komposit serat kulit pohon sonokeling lapis 1 dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan

4.4.


54

Gambar 4.3 Grafik diagram kekuatan tarik komposit serat kulit pohon sonokeling

lapis 1

Gambar 4.4 Grafik diagram regangan komposit serat kulit pohon

sonokeling lapis 1

28,27

30,93

24,77

32,37

36,64

30,6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

S1 S2 S3 S4 S5 Rata-rata Spesimen

0,57

2,43

1,21

1,79

3,21

1,84

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

S1 S2 S3 S4 S5 Rata-rata

Spesimen

Kek

uata

n T

ari

k (M

Pa)

Reg

an

gan

(%

)


55




Kode

Spesimen

Lebar

(mm)

Tebal

(mm)

Lo

(mm)

A

(mm2)

SS1 12,2 3,3 70 40,26

SS2 12,0 3,5 70 42,00

SS3 12,0 3,5 70 42,00

SS4 12,0 3,5 70 42,00

SS5 12,2 3,4 70 41,48

Rata-rata 12,08 3,44 70 41,548


Kode

Spesimen

Beban

(Kg)

A

(mm2)

kekuatan tarik

(kg/mm2)

Kekuatan Tarik

(MPa)

SS1 129,3 40,26 3,21 31,51

SS2 135,8 42,00 3,23 31,72

SS3 221,8 42,00 5,28 51,81

SS4 140,2 42,00 3,34 32,75

SS5 170,9 41,48 4,12 40,42

Rata-rata 159,6 41,548 3,84 37,64


Kode

Spesimen

Lo

(mm)

∆L

(mm)

Regangan

( ε % )

SS1 70 0,80

1,14

SS2 70 0,80

1,14

SS3 70 1,50

2,14

SS4 70 0,80

1,14

SS5 70 1,40

2,00

Rata-rata 70 1,06

1,51


56



4.6.


lapis 2


sonokeling lapis 2

31,51 31,72

51,81

32,75

40,42 37,64

0

10

20

30

40

50

60

SS1 SS2 SS3 SS4 SS5 Rata-rata

Spesimen

1,14 1,14

2,14

1,14

2

1,51

0

0,5

1

1,5

2

2,5

SS1 SS2 SS3 SS4 SS5 Rata-rataSpesimen

Kek

uata

n T

ari

k (M

Pa)

Reg

an

gan

(%

)


57




Kode

Spesimen

Lebar

(mm)

Tebal

(mm)

Lo

(mm)

A

(mm2)

SSS1 11,9 4,4 70 52,36

SSS2 11,9 4,2 70 49,98

SSS3 12,0 4,1 70 49,20

SSS4 12,0 4,4 70 52,80

SSS5 12,0 4,2 70 50,40

Rata-rata 11,96 4,26 70 50,948


Kode

Spesimen

Beban

(Kg)

A

(mm2)

kekuatan tarik

(kg/mm2)

Kekuatan Tarik

(MPa)

SSS1 207,6 52,36 3,96 38,90

SSS2 131,3 49,98 2,63 25,77

SSS3 252,6 49,20 5,13 50,37

SSS4 297,5 52,80 5,63 55,27

SSS5 255,5 50,40 5,07 49,73

Rata-rata 228,9 50,948 4,49 44,01


Kode

Spesimen

Lo

(mm)

∆L

(mm)

Regangan

( ε % )

SSS1 70 1,1

1,57

SSS2 70 1,35

1,93

SSS3 70 2,1

3,00

SSS4 70 1,8

2,57

SSS5 70 1,7

2,43

Rata-rata 70 1,61

2,30


58



4.8.


lapis 3


sonokeling lapis 3

38,9

25,77

50,37 52,27

49,73

44,01

0

10

20

30

40

50

60

SSS1 SSS2 SSS3 SSS4 SSS5 Rata-rataSpesimen

1,57

1,93

3

2,57 2,43

2,3

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

SSS1 SSS2 SSS3 SSS4 SSS5 Rata-rata

Spesimen

Kek

uata

n T

ari

k (M

Pa)

Reg

an

gan

(%

)


59

4.1.3 Hasil Rata-rata Benda Uji Tarik Matrik dan Komposit

Berikut ini data hasil rata-rata pengujian tarik matrik dan lapisan serat

komposit dari kekuatan tarik dan regangan, dapat dilihat pada Tabel 4.13.

Tabel 4.13 Hasil nilai rata-rata kekuatan tarik dan regangan serat kulit pohon

sonokeling

Spesimen Kekuatan Tarik

(MPa)

Regangan

(%)

Matrik 48,23 2,03

Serat 1 lapis 30,60 1,84



Dari hasil rata-rata pengujian tarik serta hasil perhitungan data matrik dan

lapisan serat komposit didapatkan diagram kekuatan tarik dan regangan yang

dapat dilihat pada Gambar 4.9 dan 4.10.

Gambar 4.9 Diagram rata-rata kekuatan tarik

48,23

30,6

37,64

44,01

0

10

20

30

40

50

60

Matrik Serat 1 lapis Serat 2 lapis Serat 3 lapis

Spesimen

Kek

uata

n T

ari

k (M

Pa)


60

Gambar 4.10 Diagram rata-rata regangan

4.1 Pembahasan

Dalam proses pembuatan komposit dilakukan perbandingan yaitu 30% serat,

69,7% matrik, dan 0,3 katalis. Pembuatan komposit di bagi perbandingan volume

resin pada setiap variasi lapisan yang berbeda.Volume jumlah resin yang dipakai

untuk variasi lapisan serat sama yaitu 209,1 ml. Namun perbedaannya hanya pada

pembagian resin seperti 1 serat lapis dibutuhkan setiap pelapisan yaitu 104,5 ml

dan seterusnya sampai 3 lapis.

Dari Gambar 4.1 kekuatan tarik rata-rata pada matrik adalah sebesar 48,23

MPa, data terbesar terdapat pada spesimen M4 dengan nilai sebesar 53,03 MPa

dan data terkecil terdapat pada spesimen M3 dengan nilai sebesar 45,04 MPa.

Dari Gambar 4.2 regangan rata-rata pada matrik adalah sebesar 2,03%, data

terbesar terdapat pada spesimen M4 dengan nilai sebesar 2,43% dan data terkecil

terdapat pada spesimen M1 dan M3 dengan nilai sebesar 1,86%.

2,03

1,84

1,51

2,3

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Matrik Serat 1 lapis Serat 2 lapis Serat 3 lapis

Spesimen

Reg

an

gan

(%

)


61

Dari Gambar 4.3 kekuatan tarik rata-rata pada komposit lapis 1 adalah

sebesar 30,6 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen S5 dengan nilai sebesar

36,64 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen S3 dengan nilai sebesar 24,77

MPa. Dari Gambar 4.4 regangan rata-rata pada komposit lapis 1 adalah sebesar

1,84%, data terbesar terdapat pada spesimen S5 dengan nilai sebesar 3,21% dan

data terkecil terdapat pada spesimen S1 dengan nilai sebesar 0,57%.


sebesar 37,64 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen SS3 dengan nilai sebesar

51,81 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen SS1 dengan nilai sebesar

31,51 MPa. Dari Gambar 4.6 regangan rata-rata pada komposit lapis 2 adalah

sebesar 1,51%, data terbesar terdapat pada spesimen SS3 dengan nilai sebesar

2,14% dan data terkecil terdapat pada spesimen SS1, SS2 dan SS4 dengan nilai

sebesar 1,14%.


sebesar 44,01 MPa, data terbesar terdapat pada spesimen SSS4 dengan nilai

sebesar 52,27 MPa dan data terkecil terdapat pada spesimen SSS2 dengan nilai

sebesar 25,77 MPa. Dari Gambar 4.8 regangan rata-rata pada komposit lapis 3

adalah sebesar 2,3%, data terbesar terdapat pada spesimen SSS3 dengan nilai

sebesar 3% dan data terkecil terdapat pada spesimen SSS1 dengan nilai sebesar

1,57%.

Dari Gambar 4.9 diketahui rata-rata kekuatan tarik dari matrik, serat 1

lapis, 2 lapis dan 3 lapis. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin

bertambahnya jumlah lapisan akan membuat kekutan tarik semakin meningkat


62

walaupun kekuatan tarik tertingginya masih lebih rendah dibandingkan dengan

kekuatan tarik pada matrik sebesar 48,23 MPa. Kekuatan tarik komposit serat 1

lapis 30,6 MPa, 2 lapis 37,64 MPa dan 3 lapis 44,01 MPa. Gambar 4.9

menyajikan hasil rata-rata regangan dari matrik, serat 1 lapis, 2 lapis dan 3 lapis.

Dari grafik tersebut dapat dilihat regangan pada serat 3 lapis sebesar 2,3% lebih

tinggi dibandingkan regangan matrik sebesar 2,03%, 1 lapis 1,84% dan 2 lapis

1,51%.

Spesimen komposit yang mengandung gelembung udara (void)

menunjukan kekuatan tarik yang tidak terlalu tinggi. Dengan adanya gelembung

udara (void) akan menyebabkan volume pada komposit menjadi berkurang.

Dengan demikian luas area yang menanggung beban menjadi lebih sedikit

sehingga kekuatan tariknya menurun. Gambar beberapa void pada komposit dapat

dilihat pada Gambar 4.11 dan 4.12.

Gambar 4.11 Gelembung udara (void) pada komposit serat kulit sonokeling


63

Gambar 4.12 Gelembung udara (void) pada komposit serat kulit sonokeling

Hasil lain yang menyebabkan penurunan kekuatan tarik pada spesimen

komposit adalah tidak menempelnya serat pada matrik yang mengakibatkan

kekuatan tarik juga menjadi semakin rendah.

Gambar patahan komposit dari masing-masing lapisan dapat dilihat pada Gambar

4.13 – 4.16.


64

Gambar 4.13 Patahan pada komposit serat kulit sonokeling 1 lapis



65


Gambar 4.16 Patahan pada komposit matrik


66

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan, maka penulis dapat mengambil

kesimpulan :

a. Semakin banyak lapisan yang disusun maka kekuatan tarik akan semakin

meningkat. Kekuatan tarik pada matrik 48,23 MPa, komposit 1 serat lapis

sebesar 30,6 MPa, serat 2 lapis sebesar 37,64 MPa, serat 3 lapis sebesar

44,01 Mpa. Regangan yang dihasilkan bervariasi namun tidak dapat

dipastikan bahwa jumlah lapisan serat akan berpengaruh terhadap regangan.

Regangan pada matrik sebesar 2,03%, serat 1 lapis 1,84%, serat 2 lapis

1,51%, dan serat 3 lapis 2,3%.

b. Kerusakan yang terjadi pada komposit setelah dilakukan pengujian tarik

kebanyakan adalah patahan getas, yang cenderung tegak lurus dengan arah

pembebanan.

5.2 Saran

Pada proses penelitian yang telah penulis lakukan, masih terdapat beberapa

kekurangan dan kesalahan dalam proses pembuatan komposit. Maka dari itu

peneliti akan memberikan beberapa saran yang sekiranya dapat digunakan untuk

penelitian selanjutnya, adapun saran sebagai berikut :

a. Pada proses pembuatan komposit, aduk perlahan resin dan katalis yang telah

tercampur untuk mengurangi void.


67

b. Pada proses pembuatan benda uji dengan cara hand lay-out untuk

mendapatkan ketebalan yang seragam sebaiknya pembuatan benda uji

dilakukan dengan teliti pada saat meletakkan cetakan. Tempat yang baik

untuk meletakan cetakan sebaiknya permukaan yang rata, jika tidak maka

dalam penuangan resin dan penekanan hasilnya tidak akan merata.

c. Dalam uji tarik agar dapat diperoleh hasil akurat dan tidak terjadi kesalahan

harus diperhatikan benda yang dijepit oleh griper harus rata, supaya benda

uji benar-benar ditarik tegak lurus dan tidak meleset. Jika griper menjepit

tidak sempurna atau miring data yang dihasilkan kurang akurat.


68

DAFTAR PUSTAKA

Annual book of ASTM, 1985, America Society for Testing Material,

Philadelphia, PA.

Budinski, K. G., Engineering Materials, Properties and Selection, Prentince Hall

International, Inc.

Diharjo, K., dan Triyono,T., 2000, Buku Pegangan Kuliah Material Teknik

Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Gibson, R. F., 1994, Principles of Composite Material Mechanics, Singapore, Mc

Graw Hill, Inc.

Jones, R. M., 1975, Mechanics of Composite Materials. New York: Mc Graw

Hill.

Schwart, M. M., Composite Materials, Processing, Fabrication and Applications,

New Jersey, Prentince Hall PTR.

Smith, W. F., 1996, Principles of Material Science and Engineering, Mc Graw

Hill, Inc.

Surdia, Tata, dan Saito, S., 1985, Pengetahuan Bahan Teknik, Jakarta, Pradnya

Paramitha


69

LAMPIRAN

Matrik


70

Serat 1 lapis


71

Serat 2 lapis


72

Serat 3 lapis


KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT …benda uji komposit mengacu pada standar pengujian...

Documents

Transcript of KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERAT KULIT …benda uji komposit mengacu pada standar pengujian...