Pembuatan dan Karakteristik Komposit

Polimer Berpenguat Bagasse Makalah Ini Disusun Untuk Memenuhi Tugas Sintesis Anorganik

Dosen Pengampu : Bpk. Pardoyo

Disusun Oleh:

Diah Apriliani Amaliah 24030111130040

Hana Failasufa 24030111130042

Intan Shabrina 24030111130047

Devi Saskya Putri 24030111130054

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

JURUSAN KIMIA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2013

1

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan

hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu. Makalah ini

disusun dengan tujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Sintesis Anorganik serta untuk

menambah pengetahuan pembaca mengenai “Pembuatan dan Karakteristik Komposit

Polimer Berpenguat Abu Bagasse”

Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Pardoyo selaku dosen Sintesis

Anorganik yang telah membimbing dalam mempelajari mata kuliah ini, serta semua pihak

yang telah membantu, baik secara langsung maupun tidak langsung, sehingga makalah ini

dapat terselesaikan.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini masih ada kekurangan

sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca agar

kedepannya dapat menunjang kualitas makalah ini. Semoga makalah ini dapat memberikan

manfaat bagi pembaca.

Semarang, 10 November 2013

Penulis

2

DAFTAR ISI

Halaman Judul………………………………………………………1

Kata Pengantar……………………………………………………...2

Daftar Isi……………………………………………………………..3

Bab I Pendahuluan………………………………………………….4

1.1 Latar Belakang………………………………………..4

1.2 Rumusan Masalah…………………………………….5

1.3 Tujuan………………………………………………...5

Bab II Tinjauan Pustaka……………………………………………6

2.1 Pengertian Material Komposit………………………..6

2.2 Tujuan Pembuatan Material Komposit……………….7

2.3 Penyusun Komposit…………………………………..7

2.4 Properties Komposit………………………………….11

2.5 Perbedaan Komposit dan Alloy………………………11

2.6 Klasifikasi Komposit…………………………………12

2.7 Bagasse……………………………………………….19

2.8 Resin Poliester………………………………………..20

Bab III Metode Penelitian…………………………………………..23

3.1 Flowchart Metode Penelitian…………………………23

3.2 Deskripsi Metode Penelitian………………………….26

Bab IV Hasil dan Pembahasan……………………………………..36

4.1 Hasil Karakterisasi……………………………………36

4.2 Pembahasan…………………………………………..40

Bab V Penutup………………………………………………………42

5.1 Kesimpulan…………………………………………...42

5.2 Saran………………………………………………….43

Daftar Pustaka……………………………………………………....44

3

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia termasuk negara penghasil tebu yang terbesar di dunia. Bahkan,

Indonesia pernah menjadi 5 negara penghasil tebu terbesar di dunia. Dari seluruh

perkebunan tebu di Indonesia, Indonesia memiliki hampir 358.000 ha dengan

produksi tebu yang mencapai 6,02 ton/ha pada kisaran tahun 2005. Melimpahnya

tanaman tebu di Indonesia menyebabkan hasil samping produksi tanaman tebu untuk

menjadi gula juga sangat besar. Karena dalam proses produksi gula, tidak seluruh

bagian tebu akan terpakai, sehingga sisanya akan menjadi limbah dari proses produksi

tebu. Sementara ini di Indonesia, pemanfaatan limbah hasil produksi gula sangat

terbatas, seperti halnya untuk pakan ternak dengan proses lebih lanjut, bahan baku

kertas, dan biasanya sebagai bahan bakar untuk memasak tebu itu sendiri yang

berpotensi untuk menimbulkan masalah polusi udara karena menimbulkan asap yang

cukup tebal. Sisa sampingan dari tebu yang digunakan sebagai gula cukup banyak,

salah satunya adalah ampas tebu (bagasse). Perbandingan antara limbah tebu dengan

produksi gula yang dihasilkan tidak sebanding. Dari seluruh produksi tebu diseluruh

indonesia, hanya 2.154,4 ribu ton gula yang dihasilkan. Sedangkan kapasitas limbah

bagasse yang dihasilkan berkisar 4.449,6 ribu ton. Sehingga diperlukan pemanfaatan

terhadap potensi ampas tebu yang cukup besar.

Dalam kehidupan sehari-hari bahan komposit banyak sekali digunakan karena

strukturnya yang kuat namun memiliki berat yang ringan. Diantaranya sebagai bahan

dasar body mobil, bahkan pesawat yang membutuhkan struktur bahan yang kuat

namun memiliki berat yang ringan. Komposit merupakan bahan yang terdiri atas fase

penguat dan matriks. Hal ini yang menyebabkan komposit memiliki struktur yang

kuat namun memiliki berat yang cukup ringan, sehingga sangat cocok digunakan

sebagai bahan dasar berbagai macam bahan baku industri. Dari seluruh limbah tebu,

bagasse memiliki kandungan serat yang cukup besar. Sehingga limbah bagasse sangat

berpotensi digunakan sebagai bahan penguat dalam pembuatan komposit yang akan

dimanfaatkan sebagai bahan baku industri. Selain kuat dan ringan, bahan baku

industri yang berpenguat bagasse ini bisa dibilang cukup murah karena bahan

4

dasarnya didapatkan dari limbah pembuangan industri gula. Kualitas dan karakteristik

dari material komposit polimer merupakan hal yang harus diamati pada pembuatan

material komposit. Kualitas dan karakteristik dari material dapat diamati dengan

melakukan pengujian. Dalam penelitian tugas akhir ini difokuskan pada pengujian

kekuatan tarik dan pengamatan struktur mikro. Pada pembuatan sampel uji komposit

digunakan empat macam ukuran penguat yaitu serat chopped dan partikel berukuran

100 mesh, 140 mesh, dan 200 mesh. Serta fraksi volume penguat divariasi dari 2,5%

hingga 15% dengan metode hand lay-up. Setelah pembuatan sampel uji selesai,

dilakukan pengujian densitas, kekuatan tarik, dan kekuatan impak.

1.2 Rumusan Masalah

1.2.1 Apakah yang dimaksud komposit, bagasse, dan resin polyester?

1.2.2 Apa saja penyusun dan properties komposit?

1.2.3 Apa tujuan penggunaan bagasse dalam pembuatan komposit sebagai bahan

baku industri?

1.3 Tujuan

1.3.1 Mengetahui apa itu komposit, bagasse, dan resin polyester.

1.3.2 Mengetahui penyusun dan properties komposit.

1.3.3 Mengurangi limbah bagasse dari pengolahan tebu yang sangat berpotensi

digunakan sebagai bahan penguat dalam pembuatan komposit yang akan

dimanfaatkan sebagai bahan baku industri.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Material Komposit

Komposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau

lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu

sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut

(bahan komposit). Dengan adanya perbedaan dari material penyusunnya maka

komposit antar material harus berikatan dengan kuat, sehingga perlu adanya

penambahan wetting agent.

Beberapa definisi komposit sebagai berikut

• Tingkat dasar : pada molekul tunggal dan kisi kristal, bila material yang disusun

dari dua atom atau lebih disebut komposit (contoh senyawa, paduan, polymer

dan keramik)

• Mikrostruktur : pada kristal, phase dan senyawa, bila material disusun dari dua

phase atau senyawa atau lebih disebut komposit (contoh paduan Fe dan C)

• Makrostruktur : material yang disusun dari campuran dua atau lebih

penyusun makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak larut

satu dengan yang lain disebut material komposit (definisi secara makro ini yang

biasa dipakai)

Ciri – ciri penggabungan makro adalah :

1. Dapat dibedakan secara langsung dengan cara melihat.

2. Penggabungannya lebih secara fisis dan mekanis.

3. Penggabungannya dapat dipisahkan secara fisis ataupun secara mekanis.

Contoh : Kevlar, Glass Fiber Reinforced Plastic ( GFRP )

Ciri – ciri penggabungan mikro adalah :

1. Tidak dapat dibedakan dengan cara melihat secara langsung.

2. Penggabungannya lebih secara kimiawi.

3. Penggabungannya tidak dapat dipisahkan secara fisis dan mekanis, tetapi dapat

dilakukan dengan secara kimiawi. Contoh : Logam paduan, besi cor, aja, dll.

Dari penjelasan di atas dapat kita ketahui bahwa material komposit dibuat

dengan penggabungan secara makro. Karena material komposit merupakan material

gabungan secara makro, maka material komposit dapat didefinisikan sebagai “ suatu

6

sistem material yang tersusun dari campuran / kombinasi dua atau lebih unsur – unsur

utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material dan

pada dasarnya tidak dapat dipisahkan “ ( Schwartz, 1984 ).

2.2 Tujuan Pembuatan Material Komposit

Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut :

• Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu

• Mempermudah design yang sulit pada manufaktur

• Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya

• Menjadikan bahan lebih ringan

2.3 Penyusun Komposit

Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa:

2.3.1 Matriks

Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau

fraksi volume terbesar (dominan). Syarat utama yang harus dimiliki oleh

bahan matrik adalah bahan matrik tersebut harus dapat meneruskan beban.

Oleh karena itu, serat harus dapat melekat pada matrik secara chemical bond

dan kompatibel antara serat dan matrik ( tidak ada reaksi kimia yang

mengganggu ). Biasanya matrik yang dipilih adalah matrik yang memiliki

ketahanan panas tinggi. Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :

a) Mentransfer tegangan ke serat.

b) Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat.

c) Melindungi serat.

d) Memisahkan serat.

e) Melepas ikatan.

f) Tetap stabil setelah proses manufaktur.

g). Memegang dan mempertahankan serat tetap pada posisinya.

h). Pada saat dikenai beban, matrik harus mampu mendistribusikan tegangan

kepada serat.

i). Memberikan sifat tertentu, misalnya : keuletan, kekasaran, sifat elektrik.

7

Gambar 1. Ilustrasi matriks pada komposit

Dalam proses pembuatan material komposit, matrik harus memiliki kemampuan

meregang yang lebih tinggi dibandingkan dengan serat. Apabila tidak demikian, maka

material komposit tersebut akan mengalami patah pada bagian matriknya terlebih dahulu.

Dan apabila hal itu dipenuhi, maka material komposit tersebut akan patah secara alami

bersamaan antara serat dan matrik.

Berdasarkan bahan penyusunnya matrik terbagi atas matrik organic dan inorganic.

Matrik organic adalah matrik yang terbuat dari bahan – bahan organik. Matrik ini banyak

digunakan karena proses penggunaannya menjadi komposit cepat dan mudah serta engan

biaya yang rendah. Salah satu contoh matrik organik adalah resin polyester. Matrik inorganik

adalah matrik yang terbentuk dari bahan logam yang pada umumnya memiliki berat dan

kekuatan tinggi.

Berdasarkan karakteristik termalnya matrik dapat dibagi dua yaitu matrik

thermosetting dan matrik termoplastik. Ada dua macam resin thermosetting yang banyak

digunakan saat ini, yaitu epoxy dan polyester. Resin unsaturated polyester ( UP ) adalah

matrik thermosetting yang paling banyak dipakai untuk pembuatan komposit GFRP. Resin

UP ini digunakan mulai dari proses pembuatan dengan metode hand lay up hingga metode

yang lebih kompleks seperti filament winding, resin injection molding, dan resin transfer

molding.

THERMOPLASTIC

Film yang terbentuk dapat dikembalikan ke

sifat semula dengan melarutkan ke dalam

solvent

THERMOSETING

Film tidak bisa dikembalikan ke komponen asal,

karena sudah membentuk ikatan tiga demensi

yang kokoh dan kuat

2.3.2 Reinforcement / Filler / Fiber

8

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat)

yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Sifat – sifat

mekanik dari komposit sangat dipengaruhi oleh serat dan orientasinya, dimana

kandungan serat yang tinggi akan menghasilkan kekuatan tarik yang tinggi

pula. Di sisi lain, meningkatnya kandungan resin, berarti akan meningkatkan

ketahanan produk cetaknya terhadap serangan kimia dan cuaca. Oleh karana

itu perbandingan antara serat dan resin memegang peranan yang paling

penting untuk menentukan sifat – sifat mekanisnya.

Sistem penguat dalam material komposit serat bekerja dengan

mekanisme sebagai berikut : material berserat itu akan memanfaatkan aliran

plastis dari bahan matriks ( yang bermodulus rendah ) yang sedang dikenai

tegangan, untuk mentransferkan beban yang ada itu kepada serat – seratnya

( yang kekuatannya jauh lebih besar ). Hasilnya adalah bahan komposit yang

memiliki kekuatan dan modulus yang tinggi. Tujuan menggabungkan

keduanya adalah untuk menghasilkan material dan fase dimana fase primernya

( serat ) disebar secara merata dan diikat oleh fase sekundernya ( matrik ).

Dengan demikian, konstituen utama yang mempengaruhi kemampuan

komposit adalah serat sebagai penguat, matriks dan interface antara serat

dengan matrik.

Diameter serat juga memegang peranan yang sangat penting dalam

memaksimalkan tegangan. Makin kecil diameternya akan memberikan luas

permukaan per satuan berat yang lebih besar, sehingga akan membantu

transfer tegangan tersebut. Semakin kecil diameter serat ( mendekati ukuran

Kristal ) semakin tinggi kekuatan bahan serat. Hal ini dikarenakan cacat yang

timbul semakin  sedikit. Serat yang sering dipakai untuk membuat komposit

antara lain : serat gelas, serat karbon, serat logam ( whisker ), serat alami, dan

lain sebagianya.

Komposit dengan penguat serat ( fibrous composite ) sangat efektif,

karena bahan dalam bentuk serat jauh lebih kuat dan lebih kaku dibandingkan

dengan bahan yang sama dalam bentuk padat ( bulk ). Sebagai contohnya,

gelas padat patah pada tegangan kurang dari 10.000 psi, sedangkan serat gelas

patah pada tegangan antara 400.000 – 700.000 psi.

Serat gelas tersusun dari butiran silica ( SiO2 ). Molekul silicon

dioksida ini mempunyai konfigurasi tetrahedral, dimana satu ion silicon

9

memegang empat ion oksigen. Jaringan dari silica tetrahedral ini adalah dasar

dari terbentuknya serat gelas. Ada tiga macam serat gelas berdasarkan

jenisnya, yaitu E gelas, S gelas, D gelas. Berdasarkan bentuknya serat gelas

dapat dibedakan menjadi beberapa macam antara lain : roving, chopped

strand, reinforcing mat, yarn, woven fabric, dan woven roving.

Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa

daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume

terbesar), Penguat (Penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua

penyusun), interface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase lain).

Gambar 3 Pengertian komposit

Secara strukturmikro material komposit tidak merubah material

pembentuknya (dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material

komposit berbeda dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar

permukaan antara matriks dan filler.

Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara

matriks dan filler. Ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya

10

adhesi dan kohesi. Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi

melalui 3 cara utama:

o Interlocking antar permukaan : ikatan yang terjadi karena kekasaran

bentuk permukaan partikel.

o Gaya elektrostatis : ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik

antara atom yang bermuatan (ion).

o Gaya vanderwalls : ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar

partikel.

Kualitas ikatan antara matriks dan filler dipengaruhi oleh beberapa

variabel antara lain:

o Ukuran partikel

o Rapat jenis bahan yang digunakan

o Fraksi volume material

o Komposisi material

o Bentuk partikel

o Kecepatan dan waktu pencampuran

o Penekanan (kompaksi)

o Pemanasan (sintering)

2.4 Properties Komposit

Sifat maupun Karakteristik dari komposit ditentukan oleh:

• Material yang menjadi penyusun komposit

Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun

menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.

• Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun

Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.

• Interaksi antar penyusun

Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.

2.5 Perbedaan Komposit dan Alloy

Perbedaan antara komposit dan alloy adalah dalam hal sistem proses

pemaduannya:

Komposit bila ditinjau secara mikroskopi masih menampakkan adanya

komponen matrik dan komponen filler, sedangkan alloy telah terjadi

perpaduan yang homogen antara matrik dan filler

11

Pada material komposit, dapat leluasa merencanakan kekuatan material yang

diinginkan dengan mengatur komposisi dari matrik dan filler, sifat material

yang menyatu dapat dievaluasi dan diuji secara terpisah.

2.6 Klasifikasi Komposit

Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga kelompok besar

yaitu:

a. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matrik

b. Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matrik

c. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matrik

Gambar 4. Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya

Gambar 5. Matriks dari beberapa tipe komposit

2.6.1 Komposit Matriks Polimer (Polimer Matrix Composites- PMC)

Komposit ini bersifat :

1) Biaya pembuatan lebih rendah

2) Dapat dibuat dengan produksi massal

3) Ketangguhan baik

12

4) Tahan simpan

5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat

6) Kemampuan mengikuti bentuk

7) Lebih ringan.

Keuntungan dari PMC :

1) Ringan

2) Specific stiffness tinggi

3) Specific strength tinggi

4) Anisotropy

Jenis polimer yang banyak digunakan :

1) Thermoplastic

Thermoplastic adalah plastic 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 dari thermoplastic yaitu

Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon (PES), dan Polieter

eterketon (PEEK).

2) 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 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

13

a) Alat-alat rumah tangga

b) Panel pintu kendaraan

c) Lemari perkantoran

d) Peralatan elektronika.

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

3) Matrik berbasis termoset dengan serat carbon

a) Rotor helikopter

b) Komponen ruang angkasa

c) Rantai pesawat terbang

2.6.2 Komposit Matriks 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.

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.

5) Kekuatan tekan dan geser yang baik.

6) Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik

Kekurangan MMC :

1) Biayanya mahal

2) Standarisasi material dan proses yang sedikit

Matrik pada MMC :

1) Mempunyai keuletan yang tinggi

2) Mempunyai titik lebur yang rendah

3) Mempunyai densitas yang rendah

Contoh : Almunium beserta paduannya, Titanium beserta paduannya,

Magnesium beserta paduannya.

Proses pembuatan MMC :

1) Powder metallurgy

2) Casting/liquid ilfiltration

3) Compocasting

14

4) Squeeze casting

Aplikasi MMC, yaitu sebagai berikut :

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

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

3) Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang)

4) Peralatan Elektronik

2.6.3 Komposit Matriks 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 satuproses 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

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

5) Tahan pada temperatur tinggi (creep)

6) Kekuatan & ketangguhan tinggi, dan ketahanan korosi tinggi.

Kerugian dari CMC

1) Sulit untuk diproduksi dalam jumlah besar

2) Relative mahal dan non-cot effective

3) Hanya untuk aplikasi tertentu

Aplikasi CMC, yaitu sebagai berikut :

1) Chemical processing = Filters, membranes, seals, liners, piping, hangers

15

2) Power generation = Combustorrs, Vanrs, Nozzles, Recuperators, heat

exchange tubes, liner

3) Wate inineration = Furnace part, burners, heat pipes, filters, sensors.

4) Kombinasi dalam rekayasa wisker SiC/alumina polikristalin untuk

perkakas potong.

5) Serat grafit/gelas boron silikat untuk alas cermin laser.

6) Grafit/keramik gelas untuk bantalan,perapat dan lem.

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

Adapun pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat dari

Gambar 6.

Gambar 6. Pembagian komposit berdasarkan penguatnya

Dari Gambar 6. komposit berdasakan jenis penguatnya dapat

dijelasakan sebagai berikut :

a. Particulate composite, penguatnya berbentuk partikel

b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat

c. Structural composite, cara penggabungan material komposit

Adapun Illustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya dapat

dilihat pada Gambar 7

16

Gambar 7. Illustrasi komposit berdasarkan penguatnya

a. Partikel Sebagai Penguat (Particulate composites)

Keuntungan dari komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk

partikel:

a) Kekuatan lebih seragam pada berbagai arah

b) Dapat digunakan untuk meningkatkan kekuatan dan meningkatkan

kekerasan material

c) Cara penguatan dan pengerasan oleh partikulat adalah dengan

menghalangi pergerakan dislokasi.

Proses produksi pada komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk

partikel:

a) Metalurgi Serbuk

b) Stir Casting

c) Infiltration Process

d) Spray Deposition

e) In-Situ Process

Panjang partikel dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut :

1) Large particle

Komposit yang disusun oleh reinforcement berbentuk partikel, dimana

interaksi antara partikel dan matrik terjadi tidak dalam skala atomik

atau molekular. Partikel seharusnya berukuran kecil dan terdistribusi

merata. Contoh dari large particle composite adalah cemet dengan sand

atau gravel, cemet sebagai matriks dan sand sebagai atau gravel, cemet

sebagai matriks dan sand sebagai partikel, Sphereodite steel (cementite

sebagai partikulat), Tire (carbon sebagai partikulat), Oxide-Base Cermet

(oksida logam sebagai partikulat).

17

Gambar 8. a. Flat flakes sebagai penguat (Flake composites)

b.Fillers sebagai penguat (Filler composites)

2) Dispersion strengthened particle

a) Fraksi partikulat sangat kecil, jarang lebih dari 3%.

b) Ukuran yang lebih kecil yaitu sekitar 10-250 nm.

b. Fiber Sebagai Penguat (Fiber composites)

Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari

komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung

dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit

mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat

akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu serat harus

mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada

matrik penyusun komposit.

Fiber yang digunakan harus memiliki syarat sebagai berikut :

a) Mempunyai diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya

(matriksnya) namun harus lebih kuat dari bulknya

b) Harus mempunyai tensile strength yang tinggi

Parameter fiber dalam pembuatan komposit, yaitu sebagai berikut :

a) Distribusi

b) Konsentrasi

c) Orientasi

d) Bentuk

e) ukuran

18

2.7 Bagasse

Bagasse (ampas tebu) merupakan limbah berserat yang diperoleh dari hasil

samping proses penggilingan tanaman tebu (Saccharum oficinarum). Ampas ini

sebagian besar mengandung bahan-bahan lignoselulosa. Bagasse mengandung air

48-52%, gula rata-rata 3,3%, dan serat rata-rata 47,7%. Serat bagasse sebagian besar

terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin dan tidak dapat larut dalam air. Menurut

Lavarack et al. (2002) bagasse merupakan hasil samping proses pembuatan gula tebu

(sugarcane) mengandung residu berupa serat, minimal 50% serat bagasse diperlukan

sebagai bahan bakar boiler, sedangkan 50% sisanya hanya ditimbun sebagai buangan

yang memiliki nilai ekonomi rendah. Penimbunan bagasse dalam kurun waktu

tertentu akan menimbulkan permasalahan bagi pabrik. Mengingat bahan ini

berpotensi mudah terbakar mengotori lingkungan sekitar, dan menyita lahan yang

cukup luas untuk penyimpanannya. Potensi bagasse di Indonesia sangat melimpah

khususnya di luar pulau jawa. Menurut Pusat Penelitian Perkebunan Gula Indonesia

(P3GI) tahun 2008, komposisi rata-rata hasil samping industri gula di Indonesia

terdiri dari limbah cair 52,9%, blotong 3,5%, ampas tebu (bagasse) 32,0%, tetes tebu

(molasses) 4,5%, dan gula 7,05% serta abu 0,1%.

Besarnya jumlah baggase yang belum dimanfaatkan mendorong para peneliti

untuk mengembangkan potensi bagasse agar memiliki nilai ekonomi. Berikut

kandungan lignoselulosa pada bagasse (Howard, et al. 2003):

Tabel 1. kandungan lignoselulosa pada bagasse

Nama Bahan Jumlah (%)

Selulosa

Hemiselulosa

33.4

30

19

Lignin 18.9

(sumber: Howard et al. 2003)

Selulosa merupakan polimer linier dari D-glukosa yang terikat pada ikatan 1,4

glikosidik dan sangat erat berasosiasi dengan hemiselulosa dan lignin. Hemiselulosa

merupakan salah satu penyusun dinding sel tumbuhan yang terdiri dari kumpulan beberapa

unit gula atau heteropolisakarida dan dikelompokkan berdasarkan residu gula utama sebagai

penyusunnya seperti xilan, mannan, galactan dan glucan (Fengel dan Wegener, 1995).

Menurut Perez dkk, (2002), hemiselulosa mempunyai berat molekul rendah dibandingkan

dengan selulosa dan terdiri dari D-xilosa, D-mannosa, D-galaktosa, D-glukosa, L-arabinosa,

4-0-metil glukoronat, D-galakturonat dan asam D-glukoronat. Lignin merupakan polimer

aromatic yang berasosiasi dengan polisakarida pada dinding sel sekunder tanaman. Pada

umumnya, lignin mengandung tiga jenis alkohol aromatik yaitu coniferyl, sinapyl dan p-

coumaryl (Howard dkk, 2003).

2.8 Resin Poliester

Resin Polisester adalah plastik cair yang bisa diwarnai dengan pasta

khusus atau Digunakan tetap bening dengan objek-objek pemanis didalamnya. Resin

dapat dengan mudah di buat dengan berbagai bentuk karena fleksibilitasnya. Karena

20

itulah, Resin merupakan material ideal untuk membuat perhiasan saat ini. Resin

merupakan bagian dari plastik thermosetting yang terbuat dari polimer organik dan

tersusun atas monomer-monomer. Sebuah monomer terbuat dari molekul yang lebih

kecil lagi yaitu atom karbon yang memiliki kemampuan untuk berpolimerisasi

membentuk rantai yang panjang.

Polimerisasi yang dilakukan dengan bantuan katalis ini menghasilkan panas

mencapai 302 F yang merupakan reaksi eksotermik. Panas berlebihan akan membuat

resin retak dan untuk menghindarinya bisa deilakukan dengan mendinginkan

adonannya. Selanjutnya dalam 25 menit resin akan berubah dari cairan menjadi gel

dan 24 jam berikutnya akan terbentuk sempurna dengan keras .

Beberapa materi yang biasa ditambahkan ke dalam resin adalah silikon

polietilen. Sedangkan untuk memperindah, pasta pigmen berwarna seperti cat

minyak biasa ditambahkan dengan dosis sedikit supaya tetap bisa mengeras dengan

baik. Kertas atau plastik bermotif, batuan alam . Bahkan bunga-bunga kecil dan

serangga yang tentunya sudah dikeringkan juga bisa ditambahkan pada resin bening,

tetapi dengan lebih dulu menghilangkan minyak pada tubuh bunga/serangga tersebut

dengan aseton. Ketika resin sudah benar-benar mengeras, tunggu sehari dulu. Untuk

menghilangkan kusam bisa merendam dengan deterjen dan air hangat dan untuk

membuatnya mengkilap bisa menggunakan tangan atau mesin menggunakan

pemoles metal cair seperti Brasso atau Autosol.

Polyester berarti polimer yang disusun dari monomer yang mengandung gugus

ester. UP adalah polimer tak jenuh yang memiliki ikatan kovalen ganda karbon –

karbon rektif yang dapat dihubung – silangkan selama proses curing guna

membentuk suatu material thermosetting.

Curing pada polyester

Curing merupakan proses pengeringan untuk merubah material pengikat ( resin ) dari

keadaan cair menjadi padat. Curing ini terjadi melalui reaksi kopolimerisasi radikal antara

molekul jenis vinil yang membentuk hubungan silang melalui bagian tak jenuh dari polyester.

Reaksi ini dipicu oleh katalis yang ada ( MEPOXE ), yang mulai diaktifkan oleh sejumlah

kecil akselerator.

Standar yang dianjurkan untuk penggunaan katalis adalah 1% pada suhu kamar.

Semakin banyak penggunaan katalis maka waktu pengerasan cairan matrik ( curing time )

akan semakin cepat. Akan tetapi apabila kita mengikuti aturan berdasarkan standar ( 1% )

maka hal tersebut akan menyebabkan curing time menjadi sangat cepat, sehingga dapat

21

merusak produk komposit yang dibuat. Jal ini dikarenakan temperature ruangan pada saat

pembuatan produk komposit tidaklah terkontrol dengan baik ( sumber : Pengamatan secara

langsung dan wawancara dengan para pekerja di PT. INKA ). Temperature pada saat

pembuatan sangat dipengaruhi oleh kondisi cuaca yang terjadi pada saat pembuatan produk

komposit. Temperatur rata – rata pembuatan produk komposit di Indonesia adalah sekitar 35

– 380 C. Oleh karena itu, maka dalam penelitian ini penggunaan katalis dibatasi sebesar 0,3%

dari volume matrik.

Akselerator memiliki fungsi sama dengan katalis, tetapi pengaruhnya tidaklah sekuat

katalis. Jenis akselerator yang digunakan pada pembuatan bodi mobil ini adalah cobalt

naphtenate. Jenis akselerator yang digunakan sangat tergantung pada jenis matrik yang

dipakai. Pada pembuatan bodi ini akselerator hanyadigunakan untuk membuat gel coat.

Gel coat adalah lapisan pelindung yang beerfungsi untuk mencegah masuknya air

kedalam komposit, menahan reaksi kimia, melindungi dari sinar ultraviolet, serta untuk

menahan gesekan. Disamping itu, gel coat juga dapat mempertinggi sifat mekanis bahan

komposit.

Bahan penambah yang lain adalah pewarna yang berfungsi untuk member warna

kepada prosuk komposit yang akan dibuat, sehingga memperindah tampilan dari bahan

komposit. Pemberian warna ini dapat juga menutupi cacat akibat timbulnya void selama

proses pembuatan bahan komposit. Zat pewarna yang akan digunakan dicampurkan ke dalam

matrik yang akan digunakan untuk membuat gel coat.

22

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Flowchart Metode Penelitian

Tahapan Penelitian

23

Persiapan Bahan & Alat

Pembuatan Komposit

Penentuan Komposit

Tahapan Pengujian/Analisis

A. Persiapan Bahan & Alat

1. Preparasi Sampel

2. Alat

24

S a m p e l

A m p a s T e b u ( B a g a s s e )

1 . P e n j em u r a

n d i b a w a

h t e r i k

m a t ah a r i s e l a

m a 4 j a m

2 . P e m a

n a s an

d a l am

f u r n ac e

d e n ga n

s u h u 1 7 5 0 C

s e l am a 2

j a m3 .

P e n gh a l u s

a n m e n g

g u n ak a n d r y

m i l l s e l a

m a 2 , 5

m e n it

4 . p e n ya r i n g

a n5 .

P e n ya r i n g

a n k e m b

a l i6 .

P e n ga y a k a

n d e n g

a n a y a k a

n b e r u k u r a

n 1 0 0 , 1 4 0 , &

2 0 0 m e s h

R e s i n P o l i e s t e r

P o l y e s t e r Y u k a l a c

1 5 7 ® B T Q N - E X

m a s s a j e n i s :

1 , 1 9 g r / c m 3

M o d u l u s Y o u n g :

1 , 1 8 G P a

K a t a l i s

M e m l i k i s e n y a w a M e t y l E t y l K e t o n

P e r o k s i d a ( M E K P O )

S i l i c a r u b b e r & h a r d e n e r V a s e l i n e

Alat

Timbangan

digital

Gelas ukur

Gelas plastik & spatula

kaca

Cetakan spesime

n

Alat uji tarik Ayakan

Alat uji impak

B. Pembuatan Komposit

C. Penentuan Komposisi

25

150 ml air1. Penambahan 10 g bagasse

2. Pengamatan volume kenaikan air

3. Penentuan nilai densitas bagasse

Hasil

Komposisi

Perbandingan resin poliester: katalis

Perbandingan 100:1

Fraksi volume penguat

Fraksi volume yang digunakan:

(0;2,5;5;7,5;10;12,5 & 15)%

D. Tahap Pengujian/ Analisis

3.2 Deskripsi Metode Penelitian

3.2.1 Alat dan Bahan

3.2.1.1 Alat

Timbangan digital

Gelas ukur

Gelas plastik dan spatula kaca

Cetakan spesimen

Ayakan berukuran 100, 140 dan 200 mesh

Alat uji impak charpy.

Alat bantu lain : Penggaris, gunting, kaca, air, plastisin, saringan,

pipet, amplas ukuran P600, dan dry mill merk Miyako

3.2.1.2 Bahan

Ampas Tebu (Bagasse)

Ampas Tebu (Bagasse)

Katalis

Silica Rubber dan hardener

Vaseline

3.2.2 Tahapan Penelitian

26

Pengujian/ Analisis

Uji Karakterisas

i

1. Karakteris

asi densitas

2. Kekuatan

tarik3.

Kekuatan impak

Uji densitas

1. Penimban

gan sampel

komposit2.

Pemasukan ke dalam 300 ml air

3. Pengamatan volume kenaikan

air4.

Penentuan nilai

densitas komposit

Uji Tarik Uji Impak Uji Validitas

Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah persiapan

bahan dan alat, pembuatan sampel komposit, uji densitas, uji tarik, uji impak,

dan uji validitas.

A. Persiapan Bahan dan Alat

Bahan–bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan sampel uji antara lain:

1) Ampas tebu (Bagasse)

Bagasse yang digunakan dalam penelitian tugas akhir ini,

dibentuk menjadi serbuk dan serat. Ukuran serbuk yang digunakan

yaitu 100 mesh, 140 mesh, dan 200 mesh. Serat yang digunakan

adalah serat chopped dengan panjang 6 mm. Pengolahan bagasse

dilakukan dengan cara bagasse dijemur di bawah terik matahari

selama 4 jam. Kemudian dipanaskan dalam furnace dengan suhu

175ОC selama 2 jam. Setelah itu, bagasse dihaluskan

menggunakan dry mill selama 2,5 menit. Bagasse yang telah

dihaluskan kemudian disaring menggunakan saringan teh. Hasil

saringan tersebut disaring kembali agar didapatkan hasil yang

maksimal. Hasil saringan diayak menggunakan ayakan berukuran

100 mesh, 140 mesh, dan 200 mesh. Untuk penguat berukuran

serat chopped, menggunakan serat yang tidak keluar melewati

saringan.

2) Resin poliester

Resin poliester yang digunakan sebagai matriks dalam

pembuatan sampel komposit adalah Yukalac 157® BTQN-EX.

Spesifikasi resin Polyester Yukalac 157® BTQN-EX adalah

sebagai berikut:

- Massa jenis : 1,19 gr/cm3

- Modulus young : 1,18 GPa

3) Katalis

Katalis yang digunakan memiliki senyawa Metyl Etyl Keton

Peroksida. (MEKPO)

4) Silica rubber dan hardener

5) Vaseline

27

Sedangkan Peralatan yang dibutuhkan dalam pembuatan

sampel uji antara lain:

1) Timbangan digital

2) Gelas ukur

3)Gelas plastik dan spatula kaca

4) Cetakan spesimen

Cetakan spesimen yang digunakan terbuat dari kaca

sebagai alas dan plastisin sebagai pembentuk panjang lebar

cetakan, dan silica rubber sebagai pencetaknya. Sampel yang

tersedia dan sesuai dengan standar, digunakan sebagai

“master”. Plastisin yang telah diatur lebar dan panjangnya

dilekatkan di atas kaca sehingga terbentuk sebuah ruang.

Kemudian “master” diletakkan di tengah ruang tersebut. Silica

rubber yang telah dicampur hardener, dimasukkan ke dalam

ruang yang telah terisi master. Setelah 5-7 hari, silica rubber

telah menjadi keras dan dapat diangkat. Bagian dasar dari silica

rubber, terbentuk sesuai dengan “master” nya. Ukuran cetakan

spesimen sesuai dengan standar ASTM D 638 – 03 Standard

Test Method Tensile Properties of Plastics. Cetakan yang telah

jadi, diukur kembali agar didapatkan nilai yang akurat. Setelah

diukur, dihitung volume cetakan. Sehingga didapatkan volume

cetakan sebesar 9.62576 cm3 atau 9.62576 ml. Pembuatan

cetakan untuk sampel uji impak, sama halnya dengan sampel

uji tarik, tetapi dengan ukuran dan standar yang berbeda. Pada

spesimen uji impak, cetakan yang digunakan adalah plastisin

sebagai panjang dan lebar nya serta plastik mika sebagai

alasnya. Plastisin diatur panjang dan lebarnya sesuai dengan

ASTM D 6110 - 02.

5) Alat uji tarik Instron Universal Tensile Machine (UTM)

6) Ayakan berukuran 100, 140, dan 200 mesh

7) Alat uji impak charpy

8) Alat bantu lain

Penggaris, gunting, kaca, air, plastisin, saringan, pipet tetes,

amplas ukuran P600, dan dry mill merk Miyako.

28

B. Pembuatan Komposit

Langkah awal dalam pembuatan komposit adalah penentuan

nilai densitas bagasse. Densitas bagasse didapatkan dengan percobaan.

Percobaan awal yaitu bagasse seberat 10 gr dan air 150 ml disiapkan

terlebih dahulu, kemudian bagasse dimasukkan ke dalam air. Volume

29

air setelah bagasse dimasukkan sebesar 162,5 ml. Volume kenaikan air

merupakan v, m adalah massa bagasse 10 gr, dan ρ adalah densitas.

Jika dimasukkan ke persamaan

didapatkan densitas bagasse sebesar 0,8 gr/cm3.

C. Penentuan Komposisi

Penentuan komposisi merupakan hal penting dalam pembuatan

komposit. Perbandingan komposisi pada komposit dapat dibagi

menjadi dua, yaitu komposisi resin poliester : katalis dan polimer

(resin dan katalis) : penguat (bagasse). Karakteristik komposit

dipengaruhi oleh komposisi tersebut.

1. Perbandingan resin poliester : katalis

Terdapat beberapa referensi yang memberikan penjelasan

mengenai komposisi resin poliester dan katalis. Berdasarkan

penelitian yang dilakukan oleh Lokantara (2012) dan Kartini et al

(2002), perbandingan resin polister : katalis yaitu 100 : 1. Sehingga

perbandingan resin polister : katalis tersebut yang digunakan dalam

penelitian tugas akhir ini.

2. Fraksi volume penguat

Dalam pembuatan komposit perbandingan matriks dan

penguat, tidak menggunakan perbandingan massa melainkan

volume. Fraksi volume penguat yang digunakan adalah 0% , 2,5% ,

5% , 7,5% , 10% , 12,5% , dan 15%. Perbandingan tersebut dalam

satuan % volume. Untuk sampel uji tarik dengan fraksi volume

matriks 100%, yang dimaksud adalah volume cetakan yaitu 9,6258

cm3. Karena pada pembuatan komposit menggunakan satuan

volume, maka untuk kebutuhan pengukuran perlu dikonversikan ke

massa rujuk ke (1). Dimana densitas resin Polyester Yukalac 157®

BTQN-EX adalah 1,215 gr/cm3 dan densitas bagasse adalah 0,8

gr/cm3. Komposisi sampel uji tarik dapat dilihat pada Tabel 3.

Pada cetakan sampel uji impak, berbeda dengan cetakan sampel

uji tarik karena standar yang dipakai pun berbeda. 100% volume

30

matriks sama dengan volume cetakan yaitu 8,001 cm3. Volume cetakan

sampel uji impak lebih kecil daripada cetakan sampel uji tarik. Sama

halnya dengan sampel uji tarik, fraksi volume diubah menjadi satuan

volume dan massa. Sehingga jika dikonversikan menjadi volume dan

massa Tabel 4.

Metode konvensional atau yang biasa dikenal dengan

metode hand lay-up digunakan dalam pembuatan spesimen komposit

tugas akhir ini. Terdapat beberapa langkah dalam pembuatan spesimen

komposit. Langkah awal yaitu massa bagasse yang sudah dalam

bentuk serbuk maupun serat chopped ditimbang sesuai dengan

perbandingan volume yang telah dikonversikan ke massa. Kemudian

resin juga ditimbang sesuai dengan massa dari masing-masing variasi

massa. resin dan bagasse dimasukkan ke dalam gelas plastik kemudian

diaduk dengan spatula kaca. Pengadukan dilakukan secara perlahan

selama 6 menit. Hal tersebut bertujuan agar tidak timbulnya void

ketika pengadukan dan agar tercampur secara merata. Setelah

tercampur merata, ditambahkan katalis sebanyak 1% dari resin.

Kemudian diaduk kembali secara perlahan selama 2 menit. Campuran

tersebut dituang ke dalam cetakan yang telah disiapkan. Kemudian

permukaan spesimen diratakan dan diamkan selama 24 jam. Setelah

spesimen komposit kering, spesimen dikeluarkan dari cetakan dan

diratakan permukaan nya menggunakan amplas halus ukuran P600.

Spesimen yang telah jadi merupakan sampel siap uji.

D. Tahapan Pengujian / Analisis

a) Uji Karakterisasi

Karakteristik dari sampel uji komposit yang akan diuji adalah

karakteristik densitas, kekuatan tarik, dan kekuatan impak.

31

32

b) Uji Densitas

Densitas masing-masing sampel uji tarik dan uji impak rujuk ke

(1). Pengujian densitas komposit dilakukan sama seperti pengujian

densitas bagasse. Sampel uji ditimbang terlebih dahulu kemudian

dimasukkan ke dalam air 300 ml. Kenaikan volume air, merupakan

volume sampel uji. Setelah didapatkan nilai massa dan volume,

maka densitas sampel uji dapat diketahui.

c) Uji Tarik

Kekuatan tarik suatu bahan merupakan salah satu sifat mekanik

dari suatu bahan. Agar kekuatan tarik suatu bahan dapat diketahui,

perlu dilakukannya uji tarik. Uji tarik dilakukan menggunakan

mesin pengujian tarik. Berikut gambar mesin uji tarik

Dari uji tarik tersebut, dapat diperoleh data berupa gaya tarik

maksimum suatu bahan dan perubahan panjang sampel saat ditarik

hingga putus. Panjang mula - mula sampel yaitu 16,25 cm dan luas

mula-mula sampel yaitu 0,84 cm2. Langkah awal dalam uji tarik

yaitu sampel siap uji dipasang bagian atas dan bawahnya pada grip

mesin uji tarik. Kemudian mesin uji tarik dinyalakan dan mulai

menarik sampel ke atas dan ke bawah secara bersamaan dengan

kenaikan gaya sebesar 0,001 KN. Pada gaya tarik tertentu, sampel

akan terjadi deformasi berupa pemutusan. Data-data yang

didapatkan kemudian diolah menjadi bentuk grafik.

33

d) Uji Impak

Kekuatan impak sebuah material merupakan ketahanan sebuah

material terhadap gaya yang diberi secara tiba-tiba. Impak dilakukan

dengan menumbuk benda uji menggunakan pendulum yang

diayukan. Impak merupakan energi kinetik yang dibutuhkan agar

material patah. Berikut gambar mesin uji tarik (Gambar 4). Dalam

pengujian kekuatan impak, langkah awal adalah sampel yang telah

siap uji diletakkan pada mesin uji impak. Letak awal pendulum

diatur pada sudut 130О sebagai α. Setelah posisi takik spesimen tepat

pada pusat pendulum, jarum indikator sudut akhir diatur pada posisi

0О. Pendulum yang telah diatur pada sudut 130О dilepas. Sampel uji

yang terkena beban pendulum mengalami deformasi berupa

patahan. Sudut akhir pergerakkan pendulum dicatat sebagai β. Lalu

sesuai dengan persamaan

maka didapatkan nilai energi impak dan kekuatan impak.

e) Uji Validitas

Uji validitas digunakan untuk membuktikan bahwa modulus

elastisitas suatu bahan setara dengan perhitungan prediksi. Pada uji

validitas, digunakan rule of mixtures. Langkah pertama yaitu

34

menentukan upper bound dan lower bound sesuai dengan

persamaan

Setelah didapatkan data, plot data upper bound dan lower

bound - %vol penguat ke dalam grafik. Setelah didapatkan garis

upper bound dan lower bound kemudian plot grafik modulus

elastisitas sampel yang telah diuji tarik ke dalam grafik upper bound

dan lower bound - %vol penguat. Modulus elastisitas dari sampel uji

yang berada di luar area upper bound dan lower bound merupakan

sampel uji yang nilai modulus elastisitasnya di luar prediksi.

35

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sampel uji dibuat dengan tujuh variasi fraksi volume serta masing-masing sampel

dibuat rangkap tiga. Di dalam variasi fraksi volume dibuat juga polimer tanpa penguat

sebagai sampel pembanding. Sampel uji yang telah dibuat dengan berbagai macam

variasi dianalisis perbedaan dari masing - masing sampel. Sampel uji tersebut dianalisis

densitas, kekuatan tarik, dan kekuatan impaknya.

4.1 Hasil Karakterisasi

Karakterisasi yang diamati pada sampel komposit yang telah dibuat meliputi

karakterisasi kekuatan tarik, kekuatan impak, dan densitas.

4.1.1 Kekuatan Tarik

Sampel komposit dengan empat variasi ukuran penguat dan tujuh

variasi fraksi volume, diuji kekuatan tariknya. Kekuatan tarik sampel

komposit yang telah dibuat tampak pada Gambar 5. Gambar tersebut

menunjukkan bahwa pada semua ukuran penguat, didapatkan nilai kekuatan

tarik terbesar pada fraksi volume 7,5%. Pada fraksi volume 7,5% nilai

kekuatan tarik yang paling kecil dari semua ukuran penguat adalah pada

sampel komposit dengan ukuran penguat 100 mesh. Sedangkan nilai

kekuatan tarik yang paling tinggi dari semua ukuran penguat adalah pada

sampel komposit dengan ukuran penguat 200 mesh. Dari seluruh nilai

kekuatan tarik berbagai ukuran penguat, memiliki pola nilai yang sama

yakni sampai fraksi volume 7,5%, semakin bertambahnya penguat semakin

tinggi kekuatan tariknya. Tetapi fraksi volume melebihi 7,5%, kekuatan

tariknya mengalami kenaikan nilai hingga fraksi volume 7,5% disebabkan

karena bertambahnya penguat semakin menambah kekuatan tarik suatu

komposit dan semakin sedikit cacat yang dimiliki oleh sampel komposit

(perhatikan Gambar 5).

36

4.1.2 Kekuatan Impak

Dalam pengujian kekuatan impak tugas akhir ini, bentuk penguat yang

dipakai hanya serat chopped. Pengujian kekuatan impak bertujuan untuk

mengetahui sifat getas suatu bahan. Serta ketahanan bahan saat diberi gaya

secara tiba-tiba. Dalam pengujian kekuatan impak diperoleh berbagai data

sehingga dapat diketahui kekuatan impaknya.

Nilai awal yang didapatkan dari pengujian kekuatan impak adalah β.

Dimana β adalah sudut ayunan mematahkan benda uji. Saat benda uji

dihantam oleh pendulum, sudut ayunan pendulum tersebut adalah β. Rujuk

ke (2), maka didapatkan nilai energi impak dan kekuatan impak. Nilai

kekuatan impak terbesar adalah pada fraksi volume 2,5%. Sedangkan nilai

kekuatan impak terkecil adalah pada fraksi volume 10%. Kekuatan tarik

berbanding terbalik dengan kekuatan impak. Semakin kecil β, maka

semakin baik kekuatan impak suatu bahan. Karena sudut β yang kecil,

dapat disimpulkan bahwa, sampel uji lebih mampu menahan gerakan

pendulum daripada sudut β besar. Pada karakterisasi kekuatan impak,

sampel komposit dengan fraksi 2,5% memiliki kekuatan impak yang paling

baik.

4.1.3 Densitas

Selain karakteristik kekuatan tarik dan kekuatan impak, sampel uji juga

diuji densitasnya. Densitas suatu bahan sama halnya dengan kerapatan

massa suatu bahan. Densitas juga berarti sifat ringan dari suatu bahan.

37

Densitas dapat dipengaruhi oleh void atau cacat yang ada pada sebuah

bahan. Semakin banyak void, maka densitas akan semakin kecil nilainya

begitu pula sebaliknya. Selain void, densitas juga dapat dipengaruhi oleh

ikatan antar muka bagasse dan polimernya. Basasse dan polimer yang tidak

terikat baik, menyebabkan densitas rendah dikarenakan adanya ruang

kosong di sekitar bagasse yang tidak merekat pada polimer begitu pula

sebaliknya. Hal-hal tersebut dapat diamati dalam struktur mikro permukaan

patah sampel uji tarik. Pada Gambar 6, sampel komposit yang memiliki

nilai hampir sama dengan kondisi ideal adalah pada fraksi volume penguat

7,5%. Sama halnya dengan nilai kekuatan tarik pada Gambar 5, bahwa

semakin banyak penguat yang digunakan sampai batas fraksi volume

penguat 7,5%, maka semakin sedikit pula perbedaan densitas sampel

komposit dengan kondisi ideal. Densitas yang menurun, berbanding lurus

dengan cacat yang dimiliki suatu bahan. Semakin tinggi densitas, maka

semakin sedikit cacat atau sebaliknya. Yang dimaksud dengan kondisi ideal

adalah kondisi dimana sampel komposit dalam keadaan sempurna. Densitas

sampel komposit yang berbeda jauh dari kondisi ideal, sampel komposit

tersebut memiliki banyak void atau tidak meratanya ikatan antar muka

bagasse dan polimernya. Sedangkan, densitas sampel komposit yang paling

mendekati kondisi ideal merupakan sampel komposit dengan cacat paling

sedikit atau bagasse dan polimer memiliki ikatan yang baik.

38

Gambar 7. Uji Validitas Sampel Komposit

Nilai densitas yang memiliki perbedaan paling jauh dari kondisi ideal

adalah pada fraksi volume penguat 0% dan 15%. Pada 15%, banyaknya

penguat yang digunakan semakin menimbulkan banyaknya void pula. Selain

itu, semakin banyak penguat yang digunakan, interaksi antar penguat dan

matriknya semakin tidak merata. Sehingga menyebabkan adanya penguat

yang tidak berikatan dengan matriknya.

4.1.4 Validitas

Dari hasil uji tarik, diperoleh nilai kekuatan tarik dan modulus

elastisitas masing-masing sampel komposit. Nilai modulus elastisitas

sampel komposit dilakukan uji validitas. Hasil uji validitas dapat dilihat

39

pada Gambar 7. Dalam uji validitas ini, digunakan 25 nilai modulus

elastisitas dari tiap fraksi volume dan ukuran penguat. Dari hasil uji

validitas, didapatkan adanya sampel uji yang sesuai dan tidak sesuai dengan

prediksi. Dari 25 nilai modulus elastisitas yang diplot, yang tidak masuk

dalam batas atas dan bawah sebanyak enam nilai modulus elastisitas Enam

nilai modulus elastisitas yang berada di luar batas atas dan bawah dimiliki

oleh fraksi volume 12,5% dan 15%. Pada fraksi volume 12,5%, sampel

komposit yang berada di luar batas atas dan bawah antara lain pada ukuran

penguat 100 mesh, 200 mesh, dan serat chopped. Sedangkan pada fraksi

volume 15% antara lain pada ukuran penguat 100 mesh, 140 mesh, dan 200

mesh. Sedangkan fraksi volume 0 hingga 10%, memiliki nilai modulus

elastisitas yang sesuai dengan prediksi.

4.2 Pembahasan

Untuk menganalisis pengaruh penguat pada karakteristik sampel juga dapat

diamati pada ukuran penguat sampel komposit. Pengaruh ukuran penguat pada

sampel komposit terhadap kekuatan tarik dan densitasnya dapat dilihat pada

Gambar 8. Pada gambar tersebut terlihat bahwa bentuk penguat yang memiliki

kekuatan tarik tertinggi adalah ukuran 200 mesh. Hal ini membuktikan bahwa

semakin kecil penguat yang digunakan, semakin baik kekuatan tariknya. Kekuatan

tarik sampel yang paling rendah yaitu pada fraksi volume penguat 0%, karena

sampel tersebut tidak menggunakan penguat dalam pembuatannya. Pada

karakteristik densitas, semakin kecil ukuran penguat maka semakin besar densitas

sampel uji. Hal tersebut karena semakin kecil penguat, semakin mudah bagasse

berikatan dengan matriksnya sehingga semakin kecil pula kemungkinan

terbentuknya void. Dapat disimpulkan bahwa semakin kecil penguat komposit

maka semakin besar kekuatan dan densitasnya. Dari hasil nilai kekuatan tarik pada

tugas akhir ini, jika dibandingkan dengan penelitian lain dapat dilihat pada Gambar

9. Dari berbagai penelitian, yang menggunakan penguat dan bentuk penguat

berbeda-beda, didapatkan perbedaan nilai. Pada penelitian Daniel (2011) [4],

peneliti mendapatkan kekuatan tarik tertinggi sebesar 40,82 MPa menggunakan

penguat serat gelas dan 38,57 MPa menggunakan serat bambu. Terdapat perbedaan

yang sangat jauh antara hasil penelitian lain dengan tugas akhir ini yang

menggunakan serat bagasse sebagai penguatnya. Tetapi pada bentuk penguat

partikel, tidak terlalu jauh perbedaan nilai kekuatan tariknya. Dalam tugas akhir ini

40

didapatkan nilai kekuatan tarik tertinggi pada penguat serat sebesar 18,73

sedangkan pada penguat serbuk sebesar 28,83 MPa. Penelitian Buyung (2012) [5]

menggunakan serat bambu sebagai penguat komposit polimer dan didapatkan nilai

kekuatan tarik tertinggi 115,64 MPa. Maman (2010) menggunakan serbuk Al2O3

sebagai penguat komposit logam dan memiliki kekuatan tarik tertinggi sebesar

213,38 MPa. Pada penelitian Arfan (2006) [6] menggunakan serbuk aluminium

sebagai penguat komposit polimer dan didapatkan nilai kekuatan tarik tertinggi

sebesar 38,3 MPa. Heryastika (2006) [7] menggunakan serbuk karbon sebagai

penguatnya dan memiliki kekuatan tarik tertinggi sebesar 33,77 MPa. Dan pada

penelitian Wirsanto (2007) [8], peneliti menggunakan serbuk kayu sebagai penguat

komposit polimer dan didapatkan nilai kekuatan tarik tertinggi sebesar 24,6 MPa.

Serbuk karbon, kayu, dan aluminium dibandingkan dengan serbuk ampas tebu

memiliki karakteristik yang jauh berbeda, tetapi jika diaplikasikan sebagai penguat

komposit tidak terlampau jauh. Dapat disimpulkan bahwa sampel komposit

berpenguat partikel memiliki karakteristik lebih baik dibandingkan dengan sampel

berpenguat serat.

41

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

5.1.1 Penambahan penguat sampel komposit hingga fraksi volume penguat 7,5%

memiliki kekuatan tarik dan densitas yang semakin tinggi. Sedangkan fraksi

volume lebih dari 7,5% memiliki kekuatan tarik dan densitas yang semakin

rendah.

42

5.1.2 Sampel komposit dengan penguat berukuran 200 mesh sebanyak 7,5% volume

merupakan sampel terbaik dengan kekuatan tarik sebesar 28,83 MPa dan nilai

densitas sebesar 1,15 gr/cm3.

5.1.3 Kekuatan impak tertinggi dimiliki oleh sampel komposit berpenguat serat

chopped dengan fraksi volume penguat 2,5% yakni sebesar 0,00271 J/mm2.

5.1.4 Komposit yang dikembangkan dapat digunakan sebagai alternatif bahan baku

industri menggantikan tian penyangga (scantlings) pada struktur kayu (timber

structure) sesuai standar AS 1720.1.

5.2 Saran

5.2.1 Kualitas dan karakteristik dari material (komposit) dapat diamati dengan

melakukan pengujian. Dalam peneliitian ini baru difokuskan pada pengujian

kekuatan tarik dan pengamatan struktur mikro, sehingga perlu ada uji lain

untuk karakterisasi.

5.2.2 Perbandingan sampel perlu dilakukan dengan variasi sumber penguat, bukan

hanya dari matriksnya saja, untuk mengetahui kualitas dari komposit yang

dihasilkan.

43

DAFTAR PUSTAKA

BPS. 2006. Statistik Indonesia 2005/2006. Biro Pusat Statistik, Jakarta.

Heryastika, IPG. 2006. Sintesis dan Karakterisasi Komposit Epoksi/Karbon Sebagai

Bahan Baling-Baling Kincir Angin. Surabaya. Indonesia.

Hirmawan, B. 2011. Sifat Mekanik Komposit Serat Bambu Akibat Pengaruh Musim

Hujan dengan/tanpa Pelapisan. Surabaya. Indonesia.

Kuswandi. 2007. Teknologi Pakan Untuk Limbah Tebu (Fraksi Serat) Sebagai Pakan

Ternak Ruminansia. Balai Penelitian Ternak. Bogor. Indonesia.

Palangan,W. 2007. Pengaruh Jenis Serbuk Kayu terhadap Sifat Mekanik Komposit

Polyethylene / Serbuk Kayu. Surabaya. Indonesia.

Purwanto, Daniel Andri. 2011. Karakterisasi Komposit Berpenguat Serat Bambu Dan

Serat Gelas Sebagai Alternatif Bahan Baku Industri. Surabaya. Indonesia.

Wahid, P., S. Arifin, E. Karmawati dan T. Subagyo. 1999. Ketersediaan dan

pemanfaatan iptek tanaman perkebunan/industri bahan pangan. Pros. Analisis

Ketersediaan Sumberdaya Pembangunan Pertanian Berkelanjutan: 1.

Sumberdaya pangan dan Lingkungan Hidup. Jakarta, 8 Juni 1999. Badan

Litbang Pertanian, Jakarta. hlm. 152 – 178.

Wijaya, A. 2006. Penentuan Fraksi Filler Serbuk Aluminium dalam Pembuatan

Komposit Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Baling-Baling Kincir Angin.

Surabaya. Indonesia.

44