i

TUGAS AKHIR

ANALISA KARAKTERISTIK MEKANIS DAN FISIS KOMPOSIT SERAT

BATANG PISANG POLYESTER YANG DISUSUN SIMETRI [ -450 / 450 /

450 / -450 ] AKIBAT VARIASI TEMPERATUR

Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu

Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

ANDA WAHYU WIJANARKO

NIM : D 200.10.0036

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

September 2015

ii

iii

iv

v

vi

HALAMAN MOTTO

Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita

ditimpa kesusahan

(QS Al-insyiroh ayat 5-6)

Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya

akan mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya

tanpa mengurangi pahala mereka sedikitpun

(HR. Bukhori)

Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar

(Khalifa Umar)

vii

ANALISA KARAKTERISTIK MEKANIS DAN FISIS KOMPOSIT SERAT BATANG

PISANG POLYESTER YANG DISUSUN SIMETRI [ -450 / 450 / 450 / -450 ] AKIBAT

VARIASI TEMPERATUR

Anda Wahyu Wijanarko, Ngafwan, Muh. Al-Fatih Hendrawan

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta

Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura

Email : anda.wahyu036@gmail.com

ABSTRAKSI

Penelitian komposit serat batang pisang ini bertujuan untuk mendiskripsikan

sifat fisis dan mekanis komposit serat batang pisang akibat perubahan temperatur

dan mendiskripsikan foto makro komposit serat batang pisang setelah dilakukan

pengujian tarik dan pengujian bending akibat perubahan temberatur.

Proses awal pengelupasan dan pemotongan kulit batang pohon pisang

dilanjutkan proses pengepresan dan perendaman pelepah batang pisang selama 1

bulan. Selanjutnya proses pemilahan serat helai demi helai menggunakan bantuan

air bersih. Penjemuran dibawah sinar matahari sampai kering selanjutnya proses

perendaman KMnO4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam. Penjemuran dibawah

sinar matahari sampai kering dilanjutkan proses oven hingga kadar air 10%.

Pembuatan komposit dilakukan dengan metode Hand Lay-up, perbandingan serat

30%, orientasi serat [-450 / 450 / 450 / -450]. menggunakan resin polyester seri BQTN

157. Adapun proses pengujian yaitu pengujian tarik menggunakan standart ASTM

D3039-07 dan pengujian bending menggunakan standart ASTM D7264-07 dengan

variasi temperatur ruang dan temperatur ruang uji 350C, 450C, 550C, serta

mendriskripsikan kekuatan tarik dan foto makro komposit polyester serat batang

pohon pisang akibat perubahan temperatur.

Hasil pengujian tarik disimpulkan bahwa temperatur semakin tinggi kekuatan

tarik akan turun, ini terbukti kekuatan tarik mengalami penurunan dari 23,608 N/mm2

menjadi 10,617 N/mm2. Dan hasil pengujian bending disimpulkan bahwa temperatur

semakin tinggi kekuatan tarik akan semakin besar didapat kenaikan tegangan dari

0,192 N/mm2 menjadi 9,917 N/mm2 pada suhu 55 0C. Pada hasil foto makro terlihat

struktur patahan pada setiap spesimen komposit tidak beraturan dan bergelombang,

hali ini disebabkan karena komposit mempunyai sifat liat. Jika temperatur uji

semakin tinggi, void akan mengembang dan pull-out fiber sangat mendominasi maka

kekuatan tarik akan menurun.

Kata kunci : Serat pelepah batang pisang, Resin polyester,

Komposit Laminasi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya,

bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai

cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang,

saya persembahkan tugas akhir ini kepada :

1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi

dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu

sampai mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin.

2. Semua sahabat - sahabatku Mirwan Irsyad, Ahmad Widiyanto, Reza

Riyantoko Wibisono, Ervan Effendi, Sigit Asmoro, Sigit Prasetyo,

Wahyu Ahmad Sharif, Muhammad Yahya Darmawan, Agung

Wijanarno, Novan, Agus, yang selalu membantu dan memberi solusi

dalam menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai.

3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan

semangatnya yang selalu saya dengar setiap waktu.

4. Semua teman – temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk

menyelesaikan tugas akhir saya.

5. Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT selaku kepala laboratorium metalurgi

Teknik Mesin, terimakasih banyak telah memberikan ijin dan

kesempatan untuk menyelesaikan penelitian tugas akhir saya sampai

selesai.

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas

segala rahmat dan nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian

ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul “ANALISA

KARAKTERISTIK MEKANIS DAN FISIS KOMPOSIT SERAT BATANG

PISANG POLYESTER YANG DISUSUN SIMETRI [ -450 / 450 / 450 / -450 ]

AKIBAT VARIASI TEMPERATUR” dapat terselesaikan atas dukungan

dari berbagai pihak. Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis

dengan segala hormat dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa

terima kasih dan penghargaan sebesar – besarnya kepada :

1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik

Mesin.

3. Bapak Ir. Ngafwan, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah

membimbing serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan

arahan dan penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Muh. Alfatih Hendrawan, ST, MT, selaku Dosen pembimbing II

yang telah bersedia memberikan bimbingan dan arahan dalam

penyusunan Tugas Akhir ini

5. Bapak Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT, selaku Dosen penguji yang

telah memberikan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir.

6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah

Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir.

7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta

dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan

sangat luar biasa.

xi

DAFTAR ISI

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

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... ii

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

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

LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .......................................................... v

HALAMAN MOTTO .............................................................................. vi

ABSTRAKSI ....... ................................................................................. vii

HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... viii

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

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

DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xiv

DAFTAR TABEL ................................................................................. xviii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xx

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

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

1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 3

1.3. Batasan Masalah .............................................................. 3

1.4. Manfaat Penelitian ............................................................ 4

BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................... 6

2.1. Tinjauan Pustaka .............................................................. 6

2.2. Landasan Teori ................................................................. 9

2.2.1. Komposit .............................................................. 9

xii

2.2.2. Klasifikasi Komposit ............................................. 12

2.2.3. Faktor Ikatan Fiber – Matrik ................................. 16

2.2.4. Matrik ................................................................... 17

2.2.5. Serat ..................................................................... 21

2.2.6. Perlakuan Alkali (KMnO4) ..................................... 24

2.2.7. Fraksi Volume Komposit ...................................... 25

2.2.8. Pengujian KekuatanTarik ..................................... 25

2.2.9. Kurva Tegangan Regangan Komposit

Berpenguat Serat ................................................. 30

2.2.10. Patahan (Fracture) ............................................... 32

2.2.11. Pengujian Kekuatan Bending ............................... 36

BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 37

3.1. Diagram Aril Penelitian ..................................................... 39

3.2. Prosedur Penelitian ........................................................... 40

3.2.1. Studi Pustaka ....................................................... 40

3.2.2. Studi Lapangan .................................................... 40

3.2.3. Persiapan Alat ...................................................... 40

3.2.4. Persiapan Bahan .................................................. 41

3.2.5. Pengambilan Serat Batang Pisang....................... 42

3.2.6. Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap

Pertama ................................................................ 43

3.2.7. Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia

KMnO4 .................................................................. 43

3.2.8. Pengeringan Serat Tahap Kedua ......................... 44

3.2.9. Pemotongan Serat ............................................... 45

3.2.10. Pengovenan Serat ................................................ 45

3.2.11. Pengecekan Kadar Air Dalam Serat..................... 46

3.2.12. Pembuatan Komposit ........................................... 47

3.2.13. Pengujian Tarik .................................................... 51

3.2.14. Pengujian Bending ............................................... 52

xiii

3.2.15. Foto Makro ........................................................... 53

3.3. Bahan dan Alat ................................................................. 54

3.3.1. Bahan ................................................................... 54

3.3.2. Peralatan pendukung ........................................... 56

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 62

4.1. Pengujian Spesimen Komposit ......................................... 62

4.1.1. Pengujian Tarik .................................................... 62

4.1.2. Pembahasan Pengujian Tarik .............................. 71

4.1.3. Pengamatan Foto Makro ...................................... 74

4.1.4. Pembahasan Foto Makro ..................................... 77

4.1.5. Pengujian Bending ............................................... 79

4.1.6. Pembahasan Pengujian Bending ......................... 87

4.1.7. Pengamatan Foto Makro ...................................... 87

4.1.8. Pembahasan Foto Makro ..................................... 92

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 94

5.1. Kesimpulan ....................................................................... 94

5.2. Saran ........ ....................................................................... 95

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Komposisi Komposit ........................................................ 9

Gambar 2.2. Geometri Spesimen Uji Tarik (ASTM D3039-07) ............ 26

Gambar 2.3. Kurva Tegangan Regangan ............................................ 27

Gambar 2.4. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik .............................. 29

Gambar 2.5. Kurva Tegangan Regangan Komposit Matrix Failur

Mode ............................................................................. 30

Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur

Mode ............................................................................. 31

Gambar 2.7. Skematik Patah Liat ........................................................ 34

Gambar 2.8. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut ...................... 35

Gambar 2.9. Skematik Patah Getas .................................................... 36

Gambar 2.10. Geometri Spesimen Uji Bending ................................... 37

Gambar 2.11. Pembebanan Lengkung Tree Point Bending ................ 37

Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................... 39

Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Pohon Pisang ...................... 42

Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Pohon Pisang

Tahap Pertama ............................................................... 43

Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO4 ............. 44

Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Pohon Pisang

Tahap Kedua .................................................................. 44

Gambar 3.6. Pemotongan Serat .......................................................... 45

Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat .............................................. 45

Gambar 3.8. Proses Pengecekan Kadar Air Menguunakan TDS Meter

xv

(Hold) Water Quality Tester ............................................ 46

Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM

D3039-07 ........................................................................ 47

Gambar 3.10. Geometri Spesimen Pengujian Bending Standart ASTM

D7264-07 ........................................................................ 47

Gambar 3.11. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik ............................ 48

Gambar 3.12. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Bending ....................... 49

Gambar 3.13. Alat Foto Makro Dino Lite .............................................. 53

Gambar 3.14. Serat Batang Pohon Pisang .......................................... 54

Gambar 3.15. Resin dan Katalis MEKPO ............................................ 55

Gambar 3.16. Kalium Permangate (KMnO4) ........................................ 56

Gambar 3.17. Alat Roll ......................................................................... 56

Gambar 3.18. Timbangan Digital ......................................................... 57

Gambar 3.19. Cetakan Serat ............................................................... 57

Gambar 3.20. Kaca .............................................................................. 58

Gambar 3.21. Alat Suntik ..................................................................... 58

Gambar 3.22. Kantong Plastik ............................................................. 59

Gambar 3.23. Oven ............................................................................. 59

Gambar 3.24. Jangka Sorong .............................................................. 60

Gambar 3.25. Thermometer ................................................................ 60

Gambar 3.26. Hairdryer ....................................................................... 61

Gambar 3.27. Karet Ban ...................................................................... 61

Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata

Dengan Regangan Pada Temperatur Ruang ................. 65

Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata

xvi

Dengan Regangan Pada Temperatur Ruang Uji 350 ...... 66

Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata

Dengan Regangan Pada Temperatur Ruang Uji 450 ...... 67

Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata

Dengan Regangan Pada Temperatur Ruang Uji 550 ...... 69

Gambar 4.5. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata-rata

Dengan Regangan .......................................................... 70

Gambar 4.6. Histogram Hubungan Antara Modulus Elastisitas

Dengan Temperatur ........................................................ 71

Gambar 4.7. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik

Pada Temperatur Ruang Dengan Perbesaran 50x ......... 74

Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik

Pada Temperatur Ruang Uji 350 Dengan Perbesaran

50x .................................................................................. 75

Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik

Pada Temperatur Ruang Uji 450 Dengan Perbesaran

50x .................................................................................. 76

Gambar 4.10. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik

Pada Temperatur Ruang Uji 550 Dengan Perbesaran

50x .................................................................................. 76

Gambar 4.11. Grafik Hubungan Antara Tegangan Bending Rata-rata

Dengan Defleksi Pada Temperatur Ruang ................... 82

Gambar 4.12. Grafik Hubungan Antara Tegangan Bending Rata-rata

Dengan Defleksi Pada Temperatur Ruang Uji 350 ........ 83

Gambar 4.13. Grafik Hubungan Antara Tegangan Bending Rata-rata

xvii

Dengan Defleksi Pada Temperatur Ruang Uji 450 ........ 84

Gambar 4.14. Grafik Hubungan Antara Tegangan Bending Rata-rata

Dengan Defleksi Pada Temperatur Ruang Uji 550 ........ 85

Gambar 4.15. Grafik Hubungan Tegangan Bending Rata-rata dengan

Defleksi ......................................................................... 86

Gambar 4.16. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Bending

Pada Temperatur Ruang Dengan Perbesaran 50x....... 88

Gambar 4.17. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Bending

Pada Temperatur Ruang Uji 350 Dengan Perbesaran

50x ................................................................................ 89

Gambar 4.18. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Bending

Pada Temperatur Ruang Uji 450 Dengan Perbesaran

50x ................................................................................ 90

Gambar 4.19. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Bending

Pada Temperatur Ruang Uji 550 Dengan Perbesaran

50x ................................................................................ 91

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial .......... 10

Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157® BQTN-

EX ....................................................................................... 20

Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam .................................... 23

Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber ..................................... 24

Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D3039-07 ........................ 62

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Temperatur Ruang, dan

Temperatur Ruang Uji 350C, 450C, dan 550C ..................... 63

Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Temperatur

Ruang ................................................................................. 64

Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Temperatur

350C .................................................................................... 65

Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Temperatur

450C .................................................................................... 66

Tabel 4.6. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Temperatur

550C .................................................................................... 68

Tabel 4.7. Hasil Rata-rata Data Pengujian Tarik Dengan Variasi

Temperatur ......................................................................... 70

Tabel 4.8. Geometri Pengujian Bending ASTM D7246-07 ................... 79

Tabel 4.9. Hasil Pengujian Bending Pada Temperatur Ruang, dan

Temperatur Ruang Uji 350C, 450C, dan 550C ..................... 80

Tabel 4.10. Hasil Pengolahan Data Pengujian Bending Pada

Temperatur Ruang .............................................................. 81

xix

Tabel 4.11. Hasil Pengolahan Data Pengujian Bending Pada

Temperatur 350C ................................................................. 82

Tabel 4.12. Hasil Pengolahan Data Pengujian Bending Pada

Temperatur 450C ................................................................. 83

Tabel 4.13. Hasil Pengolahan Data Pengujian Bending Pada

Temperatur 550C ................................................................. 85

Tabel 4.14. Hasil Rata-rata Data Pengujian Bending Dengan Variasi

Temperatur ......................................................................... 86

xx

DAFTAR LAMPIRAN

1. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Tarik

2. Hasil Perhitungan Tarik

3. Standar Pengujian Tarik

4. Standart Pengujian Bending