STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS...

8
Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology) Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X *) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS POLYESTER YANG DIPERKUAT DENGAN PARTIKEL SERBUK KAYU KERAS DAN LUNAK A z w a r *) email : [email protected] Abstrak Penggunaan serat alami sebagai pengisi (filler) dan penguat (reinforcement) pada pembuatan komposit merupakan suatu paradigma untuk mengahasilkan suatu material komposit yang ramah lingkungan sehingga tidak menimbulkan masalah bagi lingkungan hidup. Penelitian ini menggunakan pengisi (filler) alamiah dari serbuk kayu keras dan kayu lunak dengan matrik polimer dari jenis resin polyester tak jenuh dan katalis asam sebagai pengeras. Penelitian ini bertujuan mendapatkan suatu material komposit serbuk kayu serat pendek dengan orientasi acak (randomly) yang lebih unggul dari segi sifat mekaniknya sebagai bahan dasar perencanaan alat-alat teknik sederhana. Metode penelitian dilaksanakan dengan pembuatan material komposit dengan proses hand lay-up satu tahap, dengan variasi ukuran dan fraksi volume filler dari jenis kayu keras dan kayu lunak. Dimensi dan konsfigurasi specimen uji dibuat mengikuti standar ASTM D 3039 untuk sifat-sifat tarik resin serat komposit. Proses pengujian dilakukan menggunakan mesin uji tarik universal untuk mendapatkan kekuatan tarik, modulus elastisitas dan regangan dari material uji. Hasil pengujian menunjukkan komposit dengan filler dari jenis serbuk kayu lunak dengan komposisi dan ukuran filler 10 % fraksi volume dan 0.4 mm mengalami peningkatan sifat mekanik yang paling baik yaitu: kekuatan tarik 0,0722 kN/mm 2 , regangan 1.703 % dan modulus elastisitas 0,0424 kN/mm 2 . Kata kunci : Komposit, filler, matriks, serat alam, serbuk kayu, perilaku mekanik. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan dalam segala bidang talah menuntut ketersediaan bahan teknik sebagai pendukung utamanya. Bahan-bahan teknik konvensional dari alam yang tidak dapat diperbaharui akan terbatas ketersediaannya sehingga perlu dicari alternative bahan-bahan teknik non konvensional yang dapat diperbaharui. Dalam membuat suatu perencanaan teknik memerlukan suatu bahan teknik yang kuat, tangguh, mudah dibentuk , ekonomis, tahan korosi serta ramah lingkungan. Sebagian besar material konvensional bersifat homogen dan isontropik, sedangkan material non konvesional bersifat tidak homogen dan anisotropic. Bahan komposit merupakan suatu bahan non konvensioanal yang sifatnya tergantung dari arah dan posisi penyusunnya. Penemuan bahan komposit merupakan revolusi terbesar dalam dunia ilmu material, karena bahan komposit telah mampu menyaingi bahan konvensional lainnya. Bahan komposit dapat dibuat sehingga mempunyai kekuatan dan kekakuan

Transcript of STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS...

Page 1: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS POLYESTER

YANG DIPERKUAT DENGAN PARTIKEL SERBUK KAYU

KERAS DAN LUNAK

A z w a r *)

email : [email protected]

Abstrak

Penggunaan serat alami sebagai pengisi (filler) dan penguat (reinforcement) pada

pembuatan komposit merupakan suatu paradigma untuk mengahasilkan suatu

material komposit yang ramah lingkungan sehingga tidak menimbulkan masalah

bagi lingkungan hidup. Penelitian ini menggunakan pengisi (filler) alamiah dari

serbuk kayu keras dan kayu lunak dengan matrik polimer dari jenis resin polyester

tak jenuh dan katalis asam sebagai pengeras. Penelitian ini bertujuan mendapatkan

suatu material komposit serbuk kayu serat pendek dengan orientasi acak

(randomly) yang lebih unggul dari segi sifat mekaniknya sebagai bahan dasar

perencanaan alat-alat teknik sederhana. Metode penelitian dilaksanakan dengan

pembuatan material komposit dengan proses hand lay-up satu tahap, dengan

variasi ukuran dan fraksi volume filler dari jenis kayu keras dan kayu lunak.

Dimensi dan konsfigurasi specimen uji dibuat mengikuti standar ASTM D 3039

untuk sifat-sifat tarik resin – serat komposit. Proses pengujian dilakukan

menggunakan mesin uji tarik universal untuk mendapatkan kekuatan tarik,

modulus elastisitas dan regangan dari material uji. Hasil pengujian menunjukkan

komposit dengan filler dari jenis serbuk kayu lunak dengan komposisi dan ukuran

filler 10 % fraksi volume dan 0.4 mm mengalami peningkatan sifat mekanik yang

paling baik yaitu: kekuatan tarik 0,0722 kN/mm2, regangan 1.703 % dan modulus

elastisitas 0,0424 kN/mm2.

Kata kunci : Komposit, filler, matriks, serat alam, serbuk kayu, perilaku mekanik.

PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi dan

ilmu pengetahuan dalam segala bidang

talah menuntut ketersediaan bahan

teknik sebagai pendukung utamanya.

Bahan-bahan teknik konvensional dari

alam yang tidak dapat diperbaharui

akan terbatas ketersediaannya sehingga

perlu dicari alternative bahan-bahan

teknik non konvensional yang dapat

diperbaharui. Dalam membuat suatu

perencanaan teknik memerlukan suatu

bahan teknik yang kuat, tangguh,

mudah dibentuk , ekonomis, tahan

korosi serta ramah lingkungan.

Sebagian besar material konvensional

bersifat homogen dan isontropik,

sedangkan material non konvesional

bersifat tidak homogen dan

anisotropic. Bahan komposit

merupakan suatu bahan non

konvensioanal yang sifatnya tergantung

dari arah dan posisi penyusunnya.

Penemuan bahan komposit

merupakan revolusi terbesar dalam

dunia ilmu material, karena bahan

komposit telah mampu menyaingi

bahan konvensional lainnya. Bahan

komposit dapat dibuat sehingga

mempunyai kekuatan dan kekakuan

Page 2: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

sama dengan baja, namun bahan

komposit lebih ringan. Walaupun

demikian material komposit tidak

langsung diaplikasikan untuk

menggantikan peran material

konvensional dari komponen suatu

mesin, namun harus melalui tahap-

tahap perencanaan yang matang

melalui suatu riset. Perkembangan ilmu

dan riset memungkinkan untuk

dilakukannya penelitian yang terus

menerus terhadap bahan komposit, baik

dari segi analisisi, perancangan dan

proses pembuatannya sehingga menjadi

suatu bahan yang unggul.

Komposit merupakan gabungan

dua atau lebih material yang berbeda

secara makroskopik membentuk suatu

material dengan sifat yang lebih

unggul. Keunggulan bahan komposit

tergantung dari penggabungan sifat-

sifat yang unggul dari unsur

pembentuknya.

Pembuatan komposit serbuk kayu

merupakan penggabungan antara resin

polyester sebagai matrik dengan serbuk

kayu sebagai filler. Penambahan filler

kedalam matrik bertujuan mengurangi

densitas, meningkatkan sifat

mekaniknya seperti kekakuan dan

kekuatan serta mengurangi biaya per

unit volume. Pemakaian serbuk kayu

sebagai filler juga akan meningkatkan

efisiensi pemanfaatan kayu yang

selama ini belum dimanfaatkan secara

maksimal bahkan banyak yang

terbuang secara percuma.

Di daerah NAD potensi kayu

sebagai filler sangat besar, terutama

limbah serbuk kayu hasil gergajian

yang pemanfaatannya masih belum

optimal.

Pemakaian bahan komposit

dalam bidang teknik dewasa ini

semakin meningkat seiring dengan

meningkatnya pengetahuan tentang

karakteristik material ini, dan biaya

produksi yang diperlukan relativ sama

dan cenderung lebih rendah

dibandingkan dengan bahan

konvensional. Munculnya peraturan

pemerintah dan berkembangnya

kesadaran masyarakat untuk

melestarikan lingkungan hidup telah

memicu pergesaran paradigma untuk

mendesain material yang ramah

lingkungan.

TUNJAUAN PUSTAKA

Jones, dkk (1975) menyebutkan

bahwa penemuan bahan komposit

merupakan revolusi terbesar dalam

dunia ilmu material. Karena bahan

komposit telah menunjukkan kelasnya

sebagai pesaing bahan konvensional

lainnya. Bahan komposit dapat dibuat

sehingga mempunyai kekuatan dan

kekakuan yang sama dengan baja,

namun lebih ringan hingga 70 %.

Derek Hull (1981) menyatakan

bahwa komposit adalah dua atau lebih

bahan yang berbeda secara fisik dan

mekanik yang dicampur dengan cara

tertentu sehingga penyebaran bahan

yang satu terhadap lainnya dapat dijaga

untuk mendapatkan sifat-sifat yang

maksimum yang lebih unggul dari sifat

masing-masing pada penyusunnya.

Komposit terdiri dari dua unsure

penyusun yaitu matrik sebagai unsure

pengikat (bonding agent) dan serta atau

filler sebagai penguat. J.R. Vinson

membagikan komposit berdasarkan

bahan pengikat (matrik) dan bahan

penguatnya,dimana berdasarkan bahan

pengikatnya dikenal beberapa jenis

komposit yaitu : Polimer matriks

composite (PMC), Metal matriks

composite ( MMC) dan Ceramic

matriks composite (CMC). Sedangkan

berdasarkan bahan penguatnya adalah :

komposit serat (fibrous composite),

Page 3: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

komposit berlapis (lamellar composite),

dan komposit partikel (particulate

composite).

Menurut Kroschwitz, matriks

berfungsi untuk memelihara arah dan

jarak antar serat atau partikel,

meneruskan dan membagi gaya kepada

serat atau partikel, melindungi serat

atau partikel. Sedangkan filler

ditambahkan untuk meningkatkan

kekuatan tarik, tekan, kekakuan,

stabilitas dimensi dan panas.

Bahan yang sering digunakan

sebagai filler adalah serbuk atau tepung

kayu, serat selulosa pendek, bubuk

mika, asbestos, pasir silica, aluminum

okside dan serbuk perak. Jenis filler

dari serbuk kayu sangat ekonomis

dalam pemakaiannya, karena mudah

didapat dan murah, juga sifatnya dapat

mencegah terjadinya slip didalam resin

serta dapat diikat dengan baik oleh

resin.

Menurut Van Vlack, kayu

adalah material yang bersifat

anisotropic dan higroskopis yang

sangat penting dalam ilmu material

denga struktur makro berbentuk serat.

Kayu memiliki beberapa sifat yang

tidak dapat ditiru oleh bahan lainnya.

Kayu terdiri dari 40 – 50 % selulosa,

hemiselulosa 20 – 30 % dan lignin

sebanyak 20 – 30 %. Serat kayu yang

dijadikan filler sangat tergantung dari

jenis kayu. Kayu lunak memiliki

panjang serat antara 2 s.d 6 mm

dengan ukuran kekasaran yang lebih

besar yaitu 15 s.d. 35 mg/100 mm.

Kayu pinus merupakan salah satu jenis

kayu lunak yang mempunyai serat yang

baik. Sementara kayu keras adalah

tumbuhan yang mengugurkan daunnya

setiap tahun, seratnya lebih halus dan

kompak dengan panjang serat antara

0.6 s.d 1.5 mm dengan ukuran

kekasaran 5 s.d 10 mg / 100 mm.

Berdasarkan arah serat, maka

kayu mempunyai kekuatan tarik yang

sangat kuat terhadap tarikan dalam arah

parallel terhadap serat, namun relative

lemah terhadap beban dalam arah tegak

lurus serat. Interaksi yang maksimum

antara filler dan matrik diperoleh pada

ukuran filler yang mendekati seragam.

Ikatan permukaan antara filler dan

matriks sangat mempengaruhi kekuatan

mekanik komposit, dimana terjadi

mekanisme transfer tegangan yang

efisien diantara keduanya. Bila ikatan

interface dan transfer tegangan cukup

baik, maka akan diperoleh suatu

material komposit yang baik pula.

Menurut Setyawati (2003),

penambahan filler ke dalam matrik

dalam pembuatan komposit bertujuan

untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

melalui penyebaran tekanan yang

efektif di antara serat dan matrik,

disamping mengurangi biaya serta

memperbaiki sifat-sifat produk. Serbuk

kayu mempunyai kelebihan sebagai

filler bila dibandingkan dengan jenis

filler lainnya yaitu : temperatur

prosesnya lebih rendah (kurang dari

400 oF), dapat terdegradasi secara

alamiah, berat jenisnya rendah, gaya

gesek rendah, dapat diperbaruhi serta

tersedia dalam jumlah yang banyak

sebagai limbah pertanian.

Menurut Reseno, dkk (2003),

Pemakaian bahan komposit dalam

bidang teknik dewasa ini semakin

meningkat seiring dengan

meningkatnya pengetahuan tentang

karakteristik material ini, dan biaya

produksi yang diperlukan relativ sama

dan cenderung lebih rendah

dibandingkan bahan konvensional.

Munculnya peraturan pemerintah dan

berkembangnya kesadaran masyarakat

untuk melestarikan lingkungan hidup

Page 4: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

telah memicu pergesaran paradigma

untuk mendesain material yang ramah

lingkungan. Hal ini dilakukan dengan

membuat material komposit dari matrik

termoset dan termoplastik yang

menggunakan serat alam serbagai

penguat (reinforcements) yang tersedia

dalam jumlah melimpah di Indonesia

sebagai limbah pertanian.

Pakar Teknik Kimia dan Kimia

Terapan Universitas Toronto, Canada

Prof. Mohini Sain mengungkapkan

dalam riset terkininya bahwa serat alam

dari tanaman sejenis ‘hemp’ dapat

diproses menjadi serat material bio-

komposit berkekuatan tinggi yang

dapat dibuat sebagai material structural

mulai dari komponen yang berat seperti

komponen body mobil, bangunan dan

pesawat sampai komponen yang ringan

seperti helm sport, alat pacu jantung

dan kantung penyimpan darah.

Tanaman sejenis ‘hemp’ seperti flax,

gandum dan jagung dapat

menghasilkan serat material bio-

komposit yang sama kuat atau bahkan

melebihi kekuatan serat baja dengan

beberapa kelebihannya yaitu : ringan,

effisien energi, terbarukan (renewable)

dan mudah terurai secara alamiah

(biodegradability).

Kekuatan tarik dari komposit

dapat dihitung dengan persamaan :

S = 0A

PMaks ; .…………. (1)

dimana :

S = Kekuatan Tarik (N/mm2)

Pmax = Beban Maksimum (N)

A0 = Luas Penampang awal (mm2)

Komposit yang mengalami

pengujian tarik akan mengalami

deformasi memanjang sehingga terjadi

penambahan panjang (regangan).

Besarnya perubahan tersebut disebut

regangan yang ditentukan dengan

persamaan :

o

o

l

ll 1 …………………… (2)

dimana:

ε = Regangan

lo = Panjang awal (mm)

l1 = Panjang akhir (mm)

Sedangkan modulus elastisitas dapat

ditentukan dengan persamaan :

E = L

P

A

l ; ………………. (3)

Dimana

E = Modolus Elastisitas (MPa)

METODE PENELITIAN

Bahan

Material penyusun komposit serbuk

kayu pada penelitian ini adalah:

a. Bahan matriks adalah Unsaturated

Polyester Resin BQTN 157-EX

dengan sifat mekanis seperti

diperlihatkan pada Tabel 1.

b. Bahan pengisi (filler) yang

digunakan adalah serbuk kayu lunak

(meranti) dan serbuk kayu keras

(semantok). Sifat lunak atau keras

dari serbuk kayu yang dipilih

didasari pada densitas yang miliki

oleh masing-masing serbuk kayu.

Sifat-sifat dari serbuk kayu tersebut

adalah sebagai berikut :

Kayu lunak yang dipilih adalah

kayu meranti (shorea) yang

mempunyai density 0,98 gr/cm3.

Kayu keras yang dipilih adalah

kayu semantok (hopea) yang

mempunyai density 0,55 gr/cm3.

Page 5: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

Tabel 1. Sifat mekanik unsaturated polyester resin BQTN 157-EX

Sifat mekanis Harga Satuan

Kekukekuatan tarik statis (tensile strength) 5.5 Kg/mm2

Modulus elastisitas (tensile modulus) 300 Kg/mm2

Kekuatan lentur (flexural strength) 9.4 Kg/mm2

Modulus lentur (flexural modulus) 300 Kg/mm2

Elongation 1.6 %

Peralatan

Peralatan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mesin Freis Merek ACERA untuk

pembuatan cetakan spesimen uji

tarik dari alumnium.

2. Mesin ayak LEYBOLD

DIDACTIC GMBH MS – 21 – 061

buatan Jerman.

3. Timbangan digital PRESCA 1000 C

– 3000 P buatan Swiss

4. Mesin Uji Tarik (universal tersting

machine)

5. Mitatuyu Digimatic Indicator

buatan Jepang

6. Jangka sorong digital dan mesin

amplas dan polishing.

Proses Penyiapan Filler

Serbuk kayu yang digunakan

sebagai filler merupakan serat pendek

(whisker) dengan orientasi serat

(randomly). Ukuran filler direncanakan

≤ 0.4 mm dan ≤ 0.60 mm. Proses

penyiapan filler serbuk kayu tidak

dilakukan secara khusus melalui suatu

proses pembuatan filler, namun

diperoleh dari tempat pengolahan kayu

dengan mengambil serbuk kayu hasil

gergajian. Untuk memperoleh filler dari

kayu keras atau kayu lunak, maka akan

diambil hasil penggergajian masing-

masing jenis kayu tersebut. Proses ini

akan dilakukan secara selektif dengan

mengidentifikasi secara teliti jenis dan

kualitas kayu yang akan diambil

sebagai filler.

Kemudian untuk mendapatkan

filler yang baik akan dilakukan proses

pembersihan, pensortiran dan

penjemuran. Selanjutnya untuk

memperoleh ukuran filler sesuai dengan

yang telah ditentukan, maka dilakukan

pengayakan menggunakan Mesin Ayak

Electric bertingkat posisi ayak dari atas

kebawah, dengan diameter ayak 0.60

mm dan 0.40 mm dan 0.25 mm. Ukuran

filler yang diperoleh dipastikan tidak

pasti sama dengan dimensi yang

beragam pula (randomly).

Proses Pembuatan Spesimen

Spesimen uji dibuat dengan

proses hand lay-up, dengan

memcampur resin dengan serbuk kayu

(filler) sesuai dengan perbandingan

fraksi volume antara volume filler

dengan volume matrik dengan ratio 10

%, 15 % dan 20 %. Resin yang

digunakan adalah resin polyester tak

jenuh dengan katalis asam sebagai

pengeras. Sebuah wadah disiapkan

sebagai tempat pencampuran antara

resin dengan filler. Proses pengadukan

dilakukan secara perlahan sehingga

diperkirakan telah tercampur secara

merata. Kemudian dimasukkan katalis

asam (acid) sebagai pengeras dengan

perbandingan 0.5 – 0.7 % dari berat

Page 6: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

resin. Campuran ketiga unsur tersebut

siap untuk dicetak dengan percetakan

tanpa tekanan didalam ruang dengan

suhu kamar. Setelah komposit

terbentuk dengan waktu pengerasan

± 15 jam, dilepaskan dari cetakan.

Selanjutnya dibentuk menjadi

specemen uji tarik mengikuti standar

ASTM D 3039 (gambar 3.1) .

Gambar 3.1. Spesimen Uji Tarik

berdasarkan ASTM D 3039.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Kekuatan tarik

Dari hasil pengolahan data

penelitian menunjukkan bahwa

kekuatan tarik yang tertinggi diberikan

oleh specimen uji dengan filler dari

jenis kayu lunak (kayu meranti) dengan

kandungan filler 10 % fraksi volume

dengan ukuran filler rata-rata 0,40 mm

yaitu 0,0722 KN/mm2. Sedangkan

kekuatan tarik terendah diberikan oleh

specimen uji dengan filler dari jenis

kayu keras (kayu semantok) pada

kandungan filler 20 % fraksi volume

dengan ukuran filler acak (tanpa

pengayakan) yaitu 0,0528 kN/mm2.

Hal ini menunjukkan bahwa

kekuatan tarik dari material komposit

menjadi menurun dengan

meningkatnya komposisi/kandungan

filler. Kemudian ukuran filler juga

sangat menentukan nilai kekuatan tarik,

dimana ukuran filler 0,4 mm yang

merupakan ukuran terkecil pada

penelitian ini menunjukkan nilai

kekuatan tarik terbesar pada semua

komposisi filler, sementara filler

dengan ukuran 0,6 mm dan acak (tanpa

pengayakan) menunjukkan penurunan

kekuatan tarik. Hal ini mengindikasikan

bahwa ukuran dan komposisi filler di

dalam matriks sangat menentukan sifat

mekanik material komposit. Ukuran

filler yang kecil dapat meningkatkan

sifat mekanik material komposit,

karena ukuran filler yang kecil akan

memiliki kemampuan wettability yang

baik pada seluruh permukaannya

sehingga akan menghasilkan ikatan

adhesive yang baik pada bidang

interface antara resin dan filler,

sehinggga akan menghasilkan komposit

yang kuat dan tangguh. Disamping itu

filler akan tersebar secara merata di

dalam matriks yang merupakan factor

penting terhadap perbaikan sifat

mekaniknya

Perbedaan kekuatan tarik

disebabkan oleh kemampuan dari

masing-masing jenis filler serbuk kayu

dalam menyerap resin (matriks). Filler

serbuk kayu yang memiliki densitas

yang rendah memiki kemampuan dalam

menyerap resin yang lebih baik

sehingga memiliki ikatan interface yang

lebih baik bila dibandingkan dengan

filler serbuk kayu dengan densitas yang

lebih tinggi. Filler serbuk kayu lunak

yang memiliki densitas yang lebih

rendah dari kayu keras akan

menghasilkan ikatan interface antara

filler dan matriks yang lebih bagus

sehingga distribusi filler serbuk kayu

dalam matriks lebih merata serta dapat

meminimalkan terjadinya rongga udara

(voids).

t = 1 t

≤ 30 0

t = ≤ 3.2

153

mm 38

mm

mm

38

mm

mm

12.5

mm

Page 7: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

Regangan

Secara umum regangan terbaik

diberikan oleh specimen uji yang

menggunakan serbuk kayu lunak

(meranti) sebagai filler dengan ukuran

filler 0.4 mm pada komposisi 10 %

fraksi volume. Hal ini menunjukkan

ukuran dan komposisi filler juga

mempengaruhi nilai regangan yang

terjadi seperti pada kekuatan tarik.

Disamping itu regangan yang terjadi

pada specimen uji komposit sangat

dipengaruhi oleh homogen atau

tidaknya specimen tersebut. Filler

serbuk kayu lunak akan menghasilkan

suatu material komposit yang lebih

homogen dan kandungan voids yang

lebih sedikit bila dibandingkan dengan

material komposit yang dibuat dengan

filler dari serbuk kayu keras.

Modulus Elastisitas

Nilai modulus elastisitas tertinggi

diperoleh pada specimen uji dengan

filler serbuk kayu lunak pada komposisi

10 % fraksi volume dengan ukuran

filler 0,4 mm. Nilainya semakin

menurun dengan bertambahnya

komposisi dan ukuran dari filler yang

digunakan seperti halnya pada nilai

kekuatan tarik. Modulus elastisitas

material komposit dipengaruhi oleh

modulus elastisitas dari masing-masing

unsur penyusunya yaitu modulus

elastisitas resin dan modulus elastisitas

serbuk kayu serta ikatan silang yang

terjadi antara filler dan matriks dimana

semakin baik ikatan silang yang terjadi

maka semakin baik pula komposit yang

dihasilkan dengan demikian modulus

elastisitas juga akan mengalami

peningkatan. Modulus elastisitas serbuk

kayu sangat ditentukan oleh arah dan

posisi serat di dalam resin, sehingga

posisi filler serbuk kayu yang kurang

seragam di dalam matriks

menyebabkan nilai modulus

elastisitasnya jadi beragam. Modulus

elastisitas yang besar berarti material

semakin kaku dan tangguh.

Rongga Udara (voids)

Kandungan rongga udara (void)

tidak bisa dihindari pada pembuatan

komposit dengan proses ini, namun

hanya bisa diminimalkan dengan

memperbaiki performance resin yang

digunakan. Voids yang terjadi pada

specimen uji perlu diperhatikan secara

seksama, karena sangat mempengaruhi

kekuatan dari komposit, karena dapat

menurunkan kekuatan geser antar

lapisan di dalam komposit sehingga

akan menurunkan kekuatan

mekaniknya.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah

dilakukan, maka dapat diambil

beberapa kesimpulan :

1. Material komposit polyester dengan

filler serbuk kayu lunak memiliki

kekuatan mekanik yang lebih baik

dari filler serbuk kayu keras dan

nilai-nilai sifat mekaniknya yang

meliputi kekuatan tarik, regangan

serta modulus elastisitas

berbanding lurus.

2. Ukuran filler 0,40 mm dengan

komposisi 10 % fraksi volume

memiliki sifat mekanik yang paling

bagus yaitu 0,0722 kN/mm2 untuk

filler kayu lunak dan 0,0657

kN/mm2 untuk filler kayu keras.

3. Komposit yang berkualitas dengan

sifat mekanik yang tinggi hanya

dapat dicapai bila filler serbuk kayu

terdistribusi secara baik dan merata

di dalam matriks dengan ukuran

dan komposisi yang sesuai dengan

Page 8: STUDY PERILAKU MEKANIK KOMPOSIT BERBASIS …jurnal.pnl.ac.id/wp-content/plugins/Flutter/files_flutter/... · Proses pengujian dilakukan ... untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik

Jurnal Reaksi (Journal of Science and Technology)

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

Vol. 7 No. 16, Desember 2009 ISSN 1693-248X

*) Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

performance resin yang digunakan

sebagai matriks.

4. Disamping dapat meningkatkan

kekuatan komposit, pemakaian

serbuk kayu sebagai filler telah

dapat mengurangai penggunaan

resin dalam pembuatan material

komposit sehingga dapat

menghasilkan bahan yang ekonomis

dan ramah lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

Jones, Robert M, Mecahnical Of

Composite Material, Mc.Graw-

Hill KOGA KUSHA, LTD,

Tokyo, 1975.

Chawla, Krisnan K, Composite

Material and Enggineering,

Springer-Verlag New York Inc,

1987.

Hull, Derek, An Introduction To

Composite Material, Cambridge

University Press, Cambridge,

1981.

ASTM commite, Annual Book of ASTM

Standart Part 35, ASTM

International USA, 1981.

Setyawati, D, Sifat Fisis dan Mekanis

Komposit Serbuk Kayu Plastik

Polipropelena daur ulang, IPB,

Bogor, 2003.

Reseno, Seto, dkk, Karakteristik dan

Model Mekanis Material

Komposit Berpenguat Serat

Alam, Proseding Seminar

Teknologi untuk Negeri,

HUMAS-BPPT, 2003.

Azwar, Abdullah SB, Study Sifat

Mekanik dan Permukaan Patah

Statik Material Komposit

Polyester Serbuk Kayu, FT.

UNSYIAH, Banda Aceh, 2001

K. Kaw, Autar, Mechanical Of

Composite Material, CRC Press,

New York, 1991.

Elfahmi, Roni, Pengaruh Variasi

Serbuk Kayu sebagai Filler

Terhadap Sifat Mekanik

Komposit Polyester, FMIPA

UNSYIAH, 2001.