-
SIFAT MATERIAL KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT
PINANG DENGAN FRAKSI BERAT 3%, 5%, 7% DAN 9%
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai Sarjana Teknik Mesin
Oleh :
EDWARDO MCCAIN YUNFEI LAMALO
NIM: 135214010
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
i
SIFAT MATERIAL KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT
PINANG DENGAN FRAKSI BERAT 3%, 5%, 7% DAN 9%
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai Sarjana Teknik Mesin
Oleh :
EDWARDO MCCAIN YUNFEI LAMALO
NIM: 135214010
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ii
PROPERTIES OF BETEL NUT FIBER-REINFORCED
COMPOSITE WITH 3%, 5%, 7% AND 9% OF WEIGHT
FRACTION
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
By :
EDWARDO MCCAIN YUNFEI LAMALO
Student Number: 135214010
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2017
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vi
INTISARI
Indonesia merupakan negara yang cukup luas serta memiliki tumbuh-tumbuhan
yang beranekaragam. Salah satunya adalah pohon pinang yang serat dari buahnya
dapat dimanfaatkan sebagai penguat material komposit. Dalam penelitian ini
dipaparkan sifat mekanik dan fisik dari material komposit dengan serat pinang
sebagai penguatnya. Sedangkan variasi penelitian adalah fraksi berat serat yaitu
3%, 5%, 7% dan 9%. Fraksi berat tersebut berturut-turut setara dengan 9,06%,
15,10%, 21,15% dan 32,49% fraksi volume.
Metode pembuatan material komposit ini menggunakan teknik hand laminating
(hand lay-up) dengan bantuan cetakan kaca berukuran 15 x 20 x 0,5 cm. Jenis
matriks yang digunakan adalah polimer epoxy yang perbandingan epoxy resin dan
epoxy hardener sebesar 2:1. Serat pinang yang digunakan sebelumnya diberlakukan
alkalisasi selama 2 jam dengan konsentrasi 5% NaOH dalam air mineral. Untuk
mengetahui sifat mekanik dilakukan pengujian tarik dengan mengacu pada standar
ASTM D638-14 namun dengan sedikit perbedaan pada tebal benda uji. Untuk
mengetahui sifat fisik dilakukan eksperimen perhitungan densitas. Pengujian
dilakukan sebanyak enam kali untuk tiap variasi.
Dari penelitian ini didapatkan bahwa material komposit serat pinang mengalami
penurunan kekuatan dan nilai densitas seiring bertambahnya fraksi berat serat.
Spesimen matriks memiliki kekuatan terbaik, sebesar 57,750 MPa dengan 3,611%
regangan serta nilai densitas sebesar 1,119 g/cm3. Sedangkan, diantara variasi
komposit, nilai kekuatan terbaik dimiliki oleh variasi 3% yaitu 33,125 MPa untuk
kekuatan tarik dan 1,764% untuk nilai regangan serta nilai densitas sebesar 1,109
g/cm3. Untuk kekuatan dan densitas terkecil dimiliki oleh variasi 9% dengan
kekuatan tarik sebesar 27,352 MPa, sedangkan nilai regangan 1,444% serta nilai
densitas sebesar 1,082 g/cm3. Dengan melihat bentuk patahan yang cenderung
patah getas dan terjadi fenomena fiber pull out menandakan material komposit serat
pinang yang dibuat pada penelitian ini mengalami debonding.
Kata kunci : komposit, serat pinang, alkalisasi, epoxy, hand lay-up
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vii
ABSTRACT
Indonesia is a county appreciable and has a variety of plants. One of them is a
betel nut whose fiber can be utilized as a reinforcement of composite material. In
this research, presented the physical and mechanical properties of the composite
material with betel nut fiber as the reinforcement. Meanwhile, the research variation
is fiber fractions that are 3%, 5%, 7% and 9%. The weight fraction is equal to
9.06%, 15.10%, 21.15% and 32.49% of volume fraction.
The method, used hand lamination technique (hand lay-up) with measure of
glass molds is 15 x 20 x 0.5 cm. The type of matrix used an epoxy polymer which
is epoxy resin and epoxy hardener ratios of 2:1. The areca nut previously applied
alkalization for 2 hours of a concentration of 5% NaOH in mineral water. To find
out the mechanical properties, used tensile testing with reference to ASTM D638-
14 standard but with little difference in thickness of specimen. To know the physical
properties, author used a density determination experiments. Testing is done six
times for each variation.
From this research it was found, composite material with betel nut reinforced
decreased strength and density as the weight fraction increases. The matrix
specimen has the best strength with 57,750 MPa for tensile strength, 3.611% strain
and 1,119 g/cm3 of density value. Meanwhile, among the composite variations, the
best strength value is owned by 3% variation with 33,125 MPa for tensile strength
value, 1,764% for strain and 1,109 g/cm3 of density. For the lowest strength and
density is owned by a variation on 9% with a tensile strength of 27.352 MPa, strain
value of 1.444% and the density value of 1.082 g /cm3. By looking at the fracture,
brittle fracture and fiber pull out phenomenon indicates on this composite. Can be
concluded, this composite has interfacial debonding.
Keywords : Composite, betel nut fiber (areca), alkalization, epoxy, hand lay-up
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala
rahmat, berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi merupakan salah satu syarat mendapatkan gelar Sarjana Teknik di
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata
Dharma. Skripsi ini membahas tentang sifat material komposit berpenguat serat
pinang dengan fraksi berat 3%, 5%, 7% dan 9%.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak.
Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math,Sc., Ph.D., Selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin
Unversitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Raden Benedictus Dwiseno Wihadi, S.T, M.Si., sebagai Dosen Pembimbing
Akademik.
5. Jhony Stewardxy Lamalo dan Nova Donya Voerman selaku kedua orang tua
saya, yang telah memberikan motivasi, kasih sayang dan dukungan baik berupa
materi dan spiritual.
6. Novera Wisda Dewi Astuty yang selalu mendukung dalam doa dan semangat
serta pengertiannya kepada penulis.
7. Eric Siagian, Emanuel Roberto, Junior Kamagi, Hendrike Sumaraw, selaku
teman-teman seperjuangan dalam perkuliahan.
8. Seluruh staf pengajar dan laboran Program Studi Teknik Mesin Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan ilmu
pengetahuan kepada penulis.
9. Semua teman-teman Teknik Mesin angkatan 2013 yang telah berproses
bersama dalam perkuliahan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xi
DAFTAR ISI
Hal
HALAMAN JUDUL .......................................................................... i
TITLE PAGE ...................................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................. iii
HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................ iv
HALAMAN PERNYATAAN ............................................................. v
INTISARI ........................................................................................... vi
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ....................................... vii
KATA PENGANTAR ........................................................................ ix
DAFTAR ISI ...................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ............................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................. 1
1.1 Latar Belakang .............................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ........................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................ 4
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA .................. 5
2.1 Dasar Teori ................................................................... 5
2.1.1 Komposit .............................................................. 5
2.1.1.1 Definisi Matrial Komposit ........................ 6
2.1.1.2 Komposisi dan Klasifikasi Material
Komposit .................................................. 6
2.1.1.3 Bahan Matriks Yang Digunakan .............. 15
2.1.1.4 Teknik Pembuatan Material Komposit ...... 18
2.1.1.5 Hal-Hal Yang Mempengaruhi ...................
Kekuatan Komposit .................................. 21
2.1.2 Serat Pinang ......................................................... 22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xii
2.1.3 Perlakuan Alkalisasi (NaOH) Pada Serat .............. 26
2.1.4 Pengujian Tarik .................................................... 27
2.1.5 Rumus-Rumus Yang Digunakan ........................... 29
2.2 Tinjauan Pustaka ........................................................... 31
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................... 34
3.1 Skema Penelitian .......................................................... 34
3.2 Persiapan Penelitian ....................................................... 35
3.3 Alat-Alat yang Digunakan ............................................ 35
3.4 Bahan-Bahan Yang Digunakan ...................................... 37
3.5 Perhitungan Densitas Serat Pinang ................................ 39
3.6 Perhitungan Fraksi Komposit ....................................... 41
3.7 Proses Pembuatan Komposit ......................................... 41
3.8 Proses Perhitungan Densitas Komposit. .......................... 47
3.9 Standar Uji Dan Ukuran Benda Uji ................................ 50
3.10 Proses Pengujian Tarik ................................................. 50
3.11 Proses Pengujian Tarik Serat Pinang............................. 51
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................ 53
4.1 Hasil Pengujian Pengujian Tarik..................................... 53
4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Penguat Atau Variasi....... 54
0% Berat Serat
4.1.2 Hasil Pengujian Tarik Serat Pinang .................... 57
4.1.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Dengan ........... 58
Variasi 3%, 5%, 7% dan 9%
4.2 Hasil Pengukuran Densitas Komposit ............................ 68
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................. 73
5.1 Kesimpulan ................................................................... 73
5.2 Saran ............................................................................. 74
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 76
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Matrix materials commonly used in advanced composite ... 8
(Composite Engginering Handbook.,1997)
Tabel 2.2 Jenis-jenis penyusunan komposit serat ................................ 11
(Composite Engginering Handbook., 1997)
Tabel 2.3 Komposisi Kimia Serat Pinang (Hassan et aI., 2010) ........ 24
Tabel 4.1 Dimensi spesimen uji tarik dengan variasi 0% serat ........... 55
Tabel 4.2 Tegangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi .............. 56
0% serat
Tabel 4.3 Regangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi ............. 56
0% serat
Tabel 4.4 Modulus elastisitas spesimen uji tarik dengan variasi ......... 56
0% serat
Tabel 4.5 Data hasil pengujian tarik serat pinang ............................... 57
Tabel 4.6 Dimensi spesimen uji tarik dengan variasi 3% ................... 58
Tabel 4.7 Regangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 3% ....... 59
Tabel 4.8 Tegangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 3% ....... 59
Tabel 4.9 Modulus elastisitas spesimen uji tarik dengan .................... 59
variasi 3%
Tabel 4.10 Dimensi spesimen uji tarik dengan variasi 5% ................... 60
Tabel 4.11 Tegangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 5% ....... 60
Tabel 4.12 Regangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 5% ....... 60
Tabel 4.13 Modulus elastisitas spesimen uji tarik dengan variasi......... 61
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiv
5%
Tabel 4.14 Dimensi spesimen uji tarik dengan variasi 7% ................... 61
Tabel 4.15 Tegangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 7% ....... 61
Tabel 4.16 Regangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 7% ....... 62
Tabel 4.17 Modulus elastisitas spesimen uji tarik dengan variasi ......... 62
7%
Tabel 4.18 Dimensi spesimen uji tarik dengan variasi 9% ................... 62
Tabel 4.19 Tegangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 9% ....... 63
Tabel 4.20 Regangan teknis spesimen uji tarik dengan variasi 9% ....... 63
Tabel 4.21 Modulus elastisitas spesimen uji tarik dengan variasi ......... 63
9%
Tabel 4.22 Nilai sifat mekanis rata-rata dari spesimen uji tarik .......... 64
komposit
Tabel 4.23 Data pengujian densitas spesimen komposit variasi 0%...... 69
Tabel 4.24 Data pengujian densitas spesimen komposit variasi 3%...... 70
Tabel 4.25 Data pengujian densitas spesimen komposit variasi 5%...... 70
Tabel 4.26 Data pengujian densitas spesimen kompoasit variasi 7% .... 71
Tabel 4.27 Data pengujian densitas spesimen komposit variasi 9%...... 71
Tabel 4.28 Nilai rata-rata densitas material komposit serat pinang ....... 72
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Jenis-jenis penyusunan serat dua dimensi .................... 12
Gambar 2.2 Particulate Reinforcement Composite ........................... 14
(Materials Science And Engineering., 2009)
Gambar 2.3 Flake Reinforcement Composite .................................... 15
(Materials Science And Engineering., 2009)
Gambar 2.4 Grafik contoh proses curing polimer epoxy dengan ........ 16
suhu konstan (NM Epoxy Handbook., 2014)
Gambar 2.5 Grafik presentasi pengaplikasian plastik epoxy ............... 18
(NM Epoxy Handbook., 2014)
Gambar 2.6 Metode Hand Laminating (Principles Of The ................ 19
Manufacturing Of Composite Materials., 2009)
Gambar 2.7 Metode Filament winding (Principles Of The ................. 20
Manufacturing Of Composite Materials., 2009)
Gambar 2.8 Metode Fiber Placement (Principles Of The .................. 20
Manufacturing Of Composite Materials., 2009)
Gambar 2.9 Buah Pinang .................................................................. 23
Gambar 2.10 Struktur Buah Pinang (Jarimopas et aI., 2009) ............. 24
Gambar 2.11 Grafik kadar air serat pinang dengan kondisi mentah ..... 25
(raw), matang (ripe) dan kering (dried) (Yusriah et al.,
2012)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvi
Gambar 2.12 Grafik kemampuan serap air serat pinang dengan .......... 26
kondisi mentah (raw), matang (ripe), dan kering (dried)
(Yusriah et al., 2012)
Gambar 2.13 Permukaan serat pinang (a) sebelum perlakuan alkali .... 27
(b) setelah perlakuan alkali (Nirmal et al., 2010)
Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian ................................................ 34
Gambar 3.2a-j Alat-alat yang digunakan ............................................... 36
Gambar 3.3 Serat Pinang .................................................................. 38
Gambar 3.4 Epoxy Hardener (Kiri) dan Epoxy Resin (Kanan) .......... 38
Gambar 3.5 Molding release (mirror glaze) ...................................... 39
Gambar 3.6 NaOH Kristal ................................................................ 39
Gambar 3.7 Proses penimbangan serat beserta wadah ....................... 40
Gambar 3.8 Proses perhitungan densitas serat pinang ....................... 41
Gambar 3.9 Proses penataan serat dengan menggunakan bantuan ..... 43
cetakan cebagai penentu ukuran
Gambar 3.10 Proses pelapisan mirror glaze pada cetakan ................... 43
Gambar 3.11 Proses pencampuran dengan cara mengaduk secara....... 44
perlahan
Gambar 3.12 Proses penimbangan epoxy resin dan epoxy ................... 44
hardener dengan perbandingan 2:1
Gambar 3.13 Proses penuangan pertama campuran epoxy pada .......... 44
cetakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvii
Gambar 3.14 Proses peletakan serat keatas campuran epoxy ................ 45
pertama
Gambar 3.15 Proses penuangan campuran epoxy kedua ...................... 45
Gambar 3.16 Proses menghingkan void dan penekanan serat ............. 46
Gambar 3.17 Proses penutupan........................................................... 46
Gambar 3.18 Bentuk komposit saat kering ......................................... 47
Gambar 3.19 Proses pembentukan benda uji sesuai standar yang ....... 47
telah ditentukan
Gambar 3.20 Proses pengujian tarik ................................................... 48
Gambar 3.21 Proses pembentukan spesimen uji densitas komposit ..... 49
Gambar 3.22 Proses pengukuran dimensi spesimen uji densitas ......... 49
komposit
Gambar 3.23 Proses pengukuran massa spesimen uji densitas ............ 50
komposit
Gambar 3.24 Standar ASTM D638-14 ............................................... 50
Gambar 3.25 Standar spesimen uji tarik komposit yang digunakan.... 51
Gambar 4.1 Grafik tegangan teknis rata-rata spesimen uji Tarik ....... 64
Gambar 4.2 ..Grafik regangan teknis rata-tata spesimen uji Tarik ....... 65
komposit
Gambar 4.3 Grafik modulus elastisitas spesimen uji Tarik ................ 65
Gambar 4.4 Contoh patahan getas (variasi 5%)................................. 67
Gambar 4.5 Contoh patahan fiber pull out (variasi 5%) .................... 67
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xviii
Gambar 4.6 ..Grafik densitas spesimen uji meliputi serat, variasi ........ 72
0% (matriks epoxy), 3%, 5%, 7% dan 9%
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki luas sekitar 9 juta km2
dan terletak diapit oleh dua samudera dan dua benua. Indonesia memiliki sekitar
17.500 buah pulau yang terbentang sepanjang 95.181 km garis pantai, oleh karena
itu Indonesia menjadi negara megabiodiversitas walaupun hanya memiliki luas
1,3% dari luas bumi (Kusmana dan Hikmat, 2015).
Daratan Indonesia yang sangat luas menjadi tempat yang baik untuk
bertumbuhnya flora yang beraneka ragam. Salah satu yang masuk pada daftar
keanekaragaman flora Indonesia yaitu arecaceae atau yang biasa dikenal dengan
pohon palem. Arecaceae memiliki beragam jenis, salah satunya adalah Areca
Catechu L atau Areca Nut dan sering disebut pinang di Indonesia. Pohon pinang
sering digunakan sebagai ornamen pada pekarangan rumah sedangkan biji dari
buah pinang dapat menjadi obat yang berkhasiat mengurangi anemia, fits, lepra,
serta cacingan (Orwa et al., 2009 : 3).
Untuk membuat buah pinang menjadi obat, yang digunakan hanya biji
pinangnya saja. Biji pinang dikeringkan lalu diekspor ke berbagai negara seperti
Thailand, Pakistan, Tiongkong dan India. Biji pinang kering menjadi komoditi
ekspor yang menjanjikan. Diberitakan menurut web resmi Kementrian Badan
Usaha Milik Negara (BUMN) bahwa komoditi ekspor biji pinang meningkat tiap
tahunnya. Melalui data 2012 hingga 2014, ekspor biji pinang dari provinsi Sumatera
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
2
Utara melalui jasa peti kemas BICT tercatat mencapai 9.061 ton pada tahun 2014,
naik dibandingkan tahun 2013 sebanyak 2.427 ton (“ekspor pinang”, 22 september,
2014).
Selain dapat diolah menjadi obat-obatan, bagian lain dari buah pinang yaitu
serabut, mengandung beragam jenis senyawa kimia, diantaranya cellulose, hemi-
cellulose, lignin, pectin dan protopectin. Sebagian senyawa tersebut merupakan
bahan pembentuk serat yang baik dan memiliki peluang untuk digunakan sebagai
bahan penyusun material komposit (Orwa et al., 2009 : 3).
Material komposit merupakan material yang tersusun dari dua atau lebih bahan
dengan tanpa terlarut satu sama lain dan tanpa mengubah sifat–sifat mekaniknya.
Dengan teknologi pencetakan tertentu, penggabungan bahan tersebut dapat
menciptakan material komposit dengan sifat mekanik yang baru.
Pada teknologi pembuatan komposit, terdapat beragam jenis cara pembuatan
atau pencetakan diantaranya adalah dengan metode-metode mutakhir seperti
vacuum bag, vacuum injection, oven curing, dan pressure molding. Kelebihan dari
metode-metode tersebut adalah pada hasil cetakan yang minim cacat (contohnya
void), akan tetapi memiliki kekurangan pada biaya pembuatan alat yang masih
terlampau mahal. Sehingga pada penelitian ini penulis mencoba menggunakan
metode sederhana yang mudah serta murah untuk dilakukan yaitu teknik hand
laminating (hand lay-up).
Melalui penelitian ini penulis berharap dapat memanfaatkan keanekaragaman
flora Indonesia, khususnya buah pinang yang masih jarang diketahui potensinya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
3
untuk dijadikan material komposit yang berkekuatan baik, densitas rendah, dan
dengan biaya pembuatan rendah.
1.2 Rumusan Masalah
Salah satu faktor yang dapat mempengaruhi sifat material komposit adalah
fraksi serat atau reinforcement yang digunakan. Sifat suatu material dapat berupa
sifat mekanik dan sifat fisik. Salah satu indikator sifat mekanik yaitu kekuatan tarik,
sedangkan sifat fisik adalah densitas. Dalam Penelitian kali ini akan diteliti,
bagaimana sifat meterial komposit jika diperkuat serat pinang dan dibuat dengan
menggunakan metode hand laminating (hand lay-up)?
1.3 Tujuan Penelitian
Berikut dipaparkan tujuan dari penelitian ini, antara lain :
a. Untuk mengetahui pengaruh fraksi berat serat terhadap kekuatan tarik rata-rata
komposit berpenguat serat pinang dengan variasi 3%, 5%, 7% dan 9%.
b. Untuk mengetahui pengaruh fraksi berat serat terhadap regangan rata-rata
komposit berpenguat serat pinang dengan variasi 3%, 5%, 7% dan 9%.
c. Untuk mengetahui nilai modulus elastisitas pada komposit berpenguat serat
pinang dengan fraksi berat serat 3%, 5%, 7% dan 9%.
d. Untuk mengetahui pengaruh fraksi berat serat terhadap nilai densitas material
komposit serat pinang dengan komposisi 3%, 5%, 7% dan 9%.
1.4 Batasan Masalah
Berikut dipaparkan batasan-batasan masalah pada penelitian ini :
a. Bahan pengikat (matrik) digunakan polymer berjenis epoxy dengan nama dagang
Eposchon.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
4
b. Perbandingan epoxy resin dan epoxy hardener adalah 2:1.
c. Bentuk Penguat (reinforcement) yang digunakan berbentuk serat pendek
(discontinues fiber).
d. Serat yang digunakan adalah serat alam (organic) dan diambil dari serabut buah
pinang.
e. Orientasi penyusunan serat adalah dengan bentuk acak (random
discontinuoues).
f. Serat pinang diberi perlakuan alkalisasi (NaOH) selama 2 jam dengan
konsentrasi sebanyak 5% dalam air mineral dan dengan pengeringan pada suhu
ruangan.
g. Untuk mengetahui kekuatan material, dilakukan pengujian tarik.
h. Pengujian densitas serat dan komposit dilakukan dengan cara eksperimental
sederhana dengan berdasar rumus densitas atau massa jenis.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi ilmu pada penelitian-
penelitian selanjutnya yang bersifat lebih komprehensif.
b. Menambah koleksi ilmu pengetahuan terlebih khusus pengetahuan akan material
komposit serat pada perpustakaan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Komposit
Dalam subbab komposit ini akan dijelaskan secara singkat mulai dari definisi
material komposit, komposisi dan klasifikasi, teknik pembuatan material komposit,
hingga hal-hal yang mempengaruhi kekuatan material komposit.
Pengertian dari material komposit secara harafiah melalui arti katanya hingga
pengertian menurut alhi dijelaskan secara singkat pada bagian 2.1.1.1. Sedangkan
pada bagian 2.1.1.2 berisi pembahasan mengenai komposisi komposit dan
klasifikasinya. Secara garis besar, komposit terdiri dari matriks dan reinforcement.
Pada bagian 2.1.1.2 dijelaskan peran matriks dan reinforcement, serta dijelaskan
juga klasifikasi komposit berdasarkan matriks penyusun dan juga bentuk
reinforcement.
Setelah pengertian, komposisi, serta klasifikasi material komposit telah
disajikan pada bagian 2.1.1.1 hingga 2.1.1.2, maka pada bagian selanjutnya yaitu
2.1.1.3 dijabarkan tentang bahan matriks yang digunakan dalam penelitian kali ini.
Selanjutnya, teknik atau metode dasar pembuatan material komposit dijabarkan
secara singkat dalam bagian 2.1.1.4. Terdapat dua jenis metode dasar yaitu hand
laminating dan filament winding.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
6
Bagian terakhir dalam subbab komposit ini yaitu 2.1.1.5 menjabarkan hal-hal
yang dapat mempengaruhi kekuatan komposit mulai dari hal internal yaitu sifat
material penyusunnya yang meliputi sifat mekanik maupun kimia, hingga hal-hal
eksternal seperti bentuk orientasi serat, banyaknya void (rongga udara) dan bahkan
pengaruh paparan sinar ultra violet.
2.1.1.1 Definisi Material Komposit
Dalam kamus besar bahasa indonesia, kata komposit memiliki arti “gabungan”
sedangkan dalam bahasa inggris, komposit disebut dengan composite yang berasal
dari kata dasar composition yang artinya komposisi. Dengan mengacu pada arti
katanya maka material komposit secara harafiah dapat disebut sebagai material
yang terdiri dari gabungan beberapa material penyusun.
Menurut Mallick (1997) dalam buku Composite Engginering Handbook,
definisi dari material komposit ialah gabungan material yang terdiri atas kombinasi
dua atau lebih material yang secara kimia serta bentuk permukaannya berbeda satu
sama lain. Unsur-unsur penyusun tersebut tetap dipertahankan bentuknya agar sifat
serta sifatnya tidak berubah dan tetap berbeda satu sama lain.
2.1.1.2 Komposisi Dan Klasifikasi Material Komposit
Sesuai dengan defisini diatas bahwa komposit adalah gabungan dari beberapa
material. Disini akan dijabarkan material-material penyusun tersebut. Secara
umum, material komposit tersusun dari dua fase material yang diklasifikasi sesuai
dengan fungsinya yaitu matriks dan reinforcement (penguat). Keduanya dijelaskan
secara singkat dibawah ini :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
7
1. Matriks
Matriks merupakan bagian utama dari material komposit. Terdapat tiga peran
penting matriks bagi komposit. Peran pertama adalah sebagai penahan material agar
tetap pada tempatnya, kedua sebagai jalan untuk mentransfer tegangan yang
diterima komposit pada penguat dan yang terakhir sebagai pelindung penguat dari
faktor lingkungan yang dapat merugikan.
Dengan berdasar pada fase penyusunnya, material komposit dapat diklasifikasi
sesuai jenis matriksnya ataupun reinforcement-nya. Sesuai jenis matriksnya,
kalsifikasi komposit secara umum terbagi atas tiga bagian yaitu polymer matrix
composite (PMC), metal matrix composite (MMC) dan cheramic matrix composite
(CMC). Ketiganya dijelaskan secara singkat dibawah :
a. Polymer Matrix Composite (PMC)
PMC merupakan komposit yang bahan matriksnya berjenis polimer resin.
Polimer merupakan kata lain dari plastik dan diklasifikasi dalam dua jenis yaitu
Thermoplastic dan Thermosetting. Contoh-contohnya dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Secara umum, thermoplastic merupakan jenis polimer resin yang sifatnya dapat
dilelehkan kembali setelah melalui proses curing (proses kimia resin, perubahan
dari sifat cair ke padat), sedangkan thermosetting tidak. Thermosetting tidak dapat
mengikuti perubahan suhu setelah melewati proses curing dan akan berubah bentuk
serta terurai menjadi arang jika berada pada suhu yang tinggi. Contoh-contohnya
dapat dilihat pada Tabel 2.1.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
8
PMC merupakan material komposit yang telah dikembangkan dari tahun 1950
dan masih dipergunakan teknologinya hingga sekarang. Alasan untuk tetap
mempertahankan PMC adalah kemudahan pembuatan yang cenderung tidak
menggunakan temperatur tinggi dan tekanan tinggi saat pencetakan.
Terdapat kelebihan lain dari PMC menurut Mallick (1997). Dibanding jenis
material lain, PMC merupakan material yang ringan dengan nilai densitas berkisar
antara 1,2 hingga 2 (g/cm3), sedangkan densitas baja bahkan aluminium berada
diatas PMC (baja 7,87 g/cm3 dan aluminium 2,7 g/cm3).
Selain kelebihan-kelebihan diatas, PMC juga punya beragam kelemahan
dibanding material lain. Kelemahan utama dari PMC adalah sifat fisik maupun
mekaniknya mudah terpengaruhi oleh faktor lingkungan, contohnya temperatur
yang tinggi, kelembaban, paparan zat kimia, dan bahkan paparan sinar ultraviolet.
Poin penting juga yang harus diperhatikan bahwa PMC merupakan material
yang sensitif terhadap kerusakan mikroskopis. Pada beberapa kasus pengujian tarik
Tabel 2.1 Matrix materials commonly used in advanced composite (Composite Engginering Handbook., 1997)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
9
material komposit menghasilkan diagram tegangan-regangan yang tidak linear
seperti halnya metal pada umumnya. Hal tersebut disebabkan oleh kerusakan
microskopis seperti kerusakan serat penguat, kerusakan matriks (matrix cracking),
kurangnya ikatan antara matriks dan serat penguat (interfacial debonding) dan
terjadinya delaminasi (delamination).
Kerusakan mikroskopis pada PMC dapat terjadi pada tegangan yang rendah.
Walaupun begitu, kegagalan material komposit tidak akan terjadi segera setelah
PMC menerima tegangan, tapi dapat menyebabkan tingkat kekakuannya cepat
menurun.
b. Metal Matrix Composite (MMC)
MMC merupakan jenis komposit yang menggunakan metal sebagai matriksnya.
Komposit jenis ini menawarkan beragam kelebihan dibanding PMC. Salah satu
kelebihan dari matriks berjenis metal dibanding polimer adalah dapat digunakan
pada temperatur yang lebih tinggi, namun kelemahan utama MMC adalah pada
biaya pembuatan yang relatif lebih mahal daripada PMC. Metal yang sering
digunakan sebagai matriks pada MMC dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Terdapat dua contoh metal yang paling populer digunakan pada pembuatan
MMC yaitu aluminium dan titanium. Keduanya memiliki kelebihan dan
kekurangannya masing-masing. Aluminium memiliki kelebihan pada biaya karena
harga aluminium yang rendah, akan tetapi kekuatan aluminium masih kalah
dibandingkan titanium. Kekuatan titanium terhitung berbanding lurus dengan
beratnya dan juga lebih mampu menahan tegangan dari pada aluminium.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
10
c. Ceramic Matrix Composite (CMC)
Komposit jenis ini adalah komposit yang material matriksnya berupa keramik.
Jenis ini merupakan komposit yang peruntukannya lebih digunakan pada
lingkungan yang bersuhu tinggi, karena material keramik memiliki ketahanan panas
hingga suhu diatas 1500ºC. Jenis bahan keramik yang biasa digunakan dapat dilihat
pada Tabel 2.1.
CMC menjadi jenis komposit terbaik dalam hal ketahanan terhadap lingkungan
karena material keramik memiliki titik leleh yang tinggi dan ketahanan korosi yang
baik. Akan tetapi CMC memiliki kelemahan dalam menahan tegangan, oleh karena
itu CMC harus didukung dengan material penguat yang memiliki modulus
elastisitas yang rendah agar dapat menutupi kelemahan tersebut.
2. Reinforcement (penguat)
Seperti arti dari katanya, reinforcement merupakan material pendukung utama
yang memiliki fungsi sebagai penguat komposit dengan cara menerima tegangan
yang diterima oleh komposit, oleh karena itu, sifatnya harus lebih kuat menerima
tegangan daripada matriks penyusunnya. Tegangan yang diterima material
komposit akan diterima terlebih dahulu oleh matriks lalu disalurkan ke material
penguat.
Jenis komposit selain dapat diklasifikasi berdasarkan matriks penyusunnya,
dapat pula berdasarkan bentuk material penguatnya. Klasifikasinya terbagi menjadi
tiga yaitu : Fiber Reinforcement Composite, Flake Reinforcement Composite dan
Particulate Reinforcement Composite.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
11
a. Fiber Reinforcement Composite
Fiber reinforcement composite merupakan material komposit yang penguatnya
berupa serat (fiber) dan sering disingkat penyebutannya dengan nama komposit
serat.
Berdasarkan jenis penyusunan, komposit serat dibagi menjadi tiga macam yaitu
bentuk linear dengan continues fiber (serat panjang) dan discontinues/whiskers
fiber (serat pendek), bentuk dua dimensi penyusunan (orientasi x, y) serta tiga
dimensi penyusunan (orientasi x, y dan z). Jenis-jenis penyusunan ini dapat dilihat
pembagiannya dalam Tabel 2.2.
Bentuk penyusunan serat dua dimensi dapat dibedakan menjadi 4 yaitu
penyusunan searah (unidirectional), dua arah (bidirectional), banyak arah
(multidirectional) dan acak (random). Keempat jenis penyusunan tersebut memiliki
kelebihanya masing-masing. Skema penyusunan dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Tabel 2.2 Jenis-jenis penyusunan komposit serat (Composite Engginering Handbook., 1997)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
12
Komposit dengan bentuk penyusunan searah (unidirectional) menguntungkan
jika tegangan yang diterima searah dengan arah seratnya. Hal ini berlaku juga pada
bentuk penyusunan bidirectional, multidirectional dan random. Namun khusus
pada penyusunan random, kekuatannya dapat menjadi lebih seimbang dari berbagai
arah, tapi kekuatanya dalam menerima tegangan berkemungkinan menjadi lebih
lemah dibandingkan dengan bentuk penyusunan unidirectional.
Salah satu parameter kontrol pada pembuatan komposit adalah fraksi serat
terhadap matriksnya. Fraksi serat pada teorinya menggunakan nilai volume sebagai
pembandingnya, akan tetapi pada praktiknya perhitungan serat tetap menggunkan
nilai berat. Untuk alasan tersebut maka pada penelitian kali ini menggunakan nilai
berat sebagai perhitungan fraksi seratnya.
Gambar 2.1 Jenis-jenis penyusunan serat dua dimensi (Composite Engginering Handbook., 1997)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
13
Untuk secara teoritik, mencari nilai fraksi serat dengan menggunakan nilai
volume (fraksi volume serat 𝑉𝑓) dapat menggunakan persamaan (2.1)
𝑉𝑓 =𝑤𝑓 𝜌𝑓⁄
𝑤𝑓 𝜌𝑓⁄ + 𝑤𝑚 𝜌𝑚⁄ (2.1)
Dengan 𝑤𝑓 adalah berat serat, 𝜌𝑓 adalah densitas serat, 𝑤𝑚 adalah berat matriks dan
𝜌𝑚 adalah densitas matriks.
Untuk mencari nilai densitas kompositnya secara utuh 𝜌𝑐 dapat menggunkan
persamaan (2.2).
𝜌𝑐 = 𝜌𝑓𝑉𝑓 + 𝜌𝑚(1 − 𝑉𝑓) (2.2)
b. Particulate Reinforcement Composite
Komposit dengan bentuk penguat berupa particlate atau partikel dapat
dikelompokkan menjadi 2 jenis, yaitu “large particel” dan “dispersion
strengthened”. Jenis “large” menggunakan ukuran partikel lebih dari 0,1 mm.
Sedangkan “dispersion strengthened” adalah jenis komposit partikel yang
menggunakan mekanisme penguatan melalui penyebaran (dispersi) partikel yang
lebih terukur dan merata, dengan ukuran diameter partikel antara 0,02-0,05 mm.
Penggunaan penguat berbentuk partikel dapat memberikan berbagai pengaruh pada
material komposit.
Penggunaan partikel dengan sifat mekanik yang ulet pada matriks yang bersifat
getas dapat menaikkan nilai kekerasan pada hasil kompositnya. Sedangkan jika
partikel yang digunakan bersifat keras dan kaku serta digunakan pada matriks yang
bersifat ulet dapat menaikkan kekuatan dan kekakuan. Akan tetapi, kekurangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
penggunaan partikel yang bersifat keras dapat menurunkan ketangguhan dari
matriks yang ulet, sehingga jenis ini terbatas penggunannya hanya pada keadaan-
keadaan tertentu. Contoh skema komposit partikel dapat dilihat pada Gambar 2.2.
c. Flake Reinforcement Composite
Komposit dengan jenis ini secara umum mirip dengan komposit berpenguat
partikel, namun dengan bentuk yang menyerupai piringan (planar). Salah satu
contoh bahan penguat yang paling sering digunakan dalam komposit flake adalah
mika.
Terlebih khusus komposit flake dengan penguat mika telah banyak menjadi
bahan diskusi penelitian. Salah satu peneliti yaitu S.T. Peters Menurut buku
“Handbook Of Composites” menyebutkan bahwa kekuatan composit flake mika
ditentukan oleh aspek rasio flake yang digunakan. Aspek rasio didapat dari
perbandingan ukuran diameter dengan ketebalan. Aspek rasio flake yang besar akan
semakin efektif dibandingkan aspek rasio yang kecil dalam menyalurkan tegangan
yang diterima matriks. Contoh skema komposit flake dapat dilihat pada Gambar
2.3.
Gambar 2.2 Particulate Reinforcement Composite (Materials Science And Engineering., 2009)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
15
2.1.1.3 Bahan Matriks Yang Digunakan
Pada penelitian ini penulis menganalisis sifat komposit berpenguat serat pinang
dengan fraksi berat 3%, 5%, 7% dan 9%. Komposit dibuat menggunakan matriks
berjenis polimer. Polimer yang digunakan adalah epoxy resin. Dalam
pembeliannya, epoxy resin dipaketkan dengan epoxy hardener.
Bentuk awal dari epoxy resin adalah cair dengan viskositas yang tinggi.
Sedangkan, bentuk plastik sebagai matriks adalah padat. Maka, untuk
mengkonversi dari bentuk cair ke padat (proses curing) memerlukan bahan
tambahan yaitu epoxy hardener. Contoh zat kimia yang sering digunakan sebagai
epoxy hardener yaitu : amines, amides, acid anhydrides, imidazoles, boron
trifluoride complexes, phenols, mercaptans dan metal oxides.
Proses konversi dari cair ke padat atau curing dapat berlangsung pada suhu
tinggi yaitu diatas 150ºC ataupun pada suhu kamar +20 ºC. Terlebih khusus pada
suhu kamar, dengan mengacu pada contoh diatas maka zat kimia epoxy hardener
yang dapat digunakan adalah amines dan amides.
Menurut Curt Augustsson dalam bukunya NM Epoxy Handbook (2014)
menyebutkan bahwa, secara umum campuran epoxy resin dengan epoxy hardener
Gambar 2.3 Flake Reinforcement Composite (Materials Science And Engineering., 2009)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
16
memerlukan waktu 7 hari dengan suhu ruang diatas 20ºC untuk mencapai sifat
padat yang sempurna, tapi dalam waktu 24 jam, perubahan sifat tersebut dapat
mencapai 80 – 90% dari sempurna (final properties). Contoh grafik perubahannya
dapat dilihat pada Gambar 2.4. Namun, pada grafik tersebut menunjukkan proses
curing pada temperatur yang konstan 20ºC.
Proses curing merupakan salah satu penentu sifat akhir plastik yang dibentuk.
Sedangkan, jika dibentuk secara sempurna, plastik epoxy dapat memiliki sifat-sifat
yang beragam. Adapun sifat-sifat plastik epoxy Menurut Curt Augustsson akan
dijabarkan secara singat dibawah (a-f):
a. Kekuatan Mekanik
Jika dilakukan proses pencetakan hingga proses curing yang baik, tidak ada
jenis plastik lain yang lebih kuat dari plastik epoxy. Kekuatan mekanik plastik epoxy
dapat melebihi 80 MPa.
Gambar 2.4 Grafik contoh proses curing polimer epoxy dengan suhu konstan (NM Epoxy Handbook., 2014)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
17
b. Daya Tahan Kimia
Sifat kimia dari epoxy dapat dimodifikasi sesuai kebutuhan, oleh karena itu
plastik jenis ini dapat dibentuk untuk tahan terhadap beberapa jenis zat kimia.
Namun, secara umum plastik epoxy sangat tahan terhadap alkali.
c. Daya Tahan Air
Secara umum plastik epoxy dianggap sebagai material yang kedap air karena
daya serap airnya sangat kecil, oleh karena itu plastik jenis ini sering digunakan
sebagai zat pelapis untuk menahan air.
d. Kapasitas Isolasi Listrik
Plastik epoxy merupakan material yang sangat baik menahan listrik (isulator).
Secara umum normalnya resistivitas plastik epoxy adalah 1015 𝛺𝑐𝑚. Kombinasi
antara ketahanan kimia dan ketahanan listrik ini menyebabkan plastik epoxy
menjadi material yang sangat baik untuk keperluan elektronika.
e. Penyusutan
Proses penyusutan biasanya terjadi pada saat curing. Akan tetapi, polimer epoxy
sangat sedikit mengalami penyusutan. Hal ini disebabkan karena molekul epoxy
sangat sedikit mengalami orientasi (perpindahan molekul). Berbeda dengan jenis
polimer lain contohnya polyester.
f. Daya tahan panas
Daya tahan panas plastik epoxy yang melalui proses curing pada suhu kamar
berbeda dengan yang melalui proses curing menggunakan panas tinggi. Daya tahan
panas suatu material dapat dituliskan dengan standar nilai HDT (Heat Deflection
Temperature) atau TG (Glass Transition Temperature). Dengan mengacu standar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
18
HDT, plastik epoxy yang melalui proses curing pada suhu kamar jarang bisa
melebihi HDT diatas 70ºC, sementara yang melalui proses curing menggunkaan
panas tinggi dapat mencapai HDT 250ºC.
Dengan pertimbangan kelebihan serta kekurangan sifat-sifat plastik epoxy
diatas maka plastik jenis ini sering digunakan dalam berbagai pengaplikasian. Besar
presentasi pengaplikasian plastik epoxy dapat dilihat pada Gambar 2.5.
2.1.1.4 Teknik Pembuatan Material Komposit
Terdapat beragam metode pembuatan komposit menurut Suong V. Hoa. dalam
bukunya Principles Of The Manufacturing Of Composite Materials (2009). Metode
pembuatan komposit adalah Hand Laminating (wet hand lay-up) dan Autoclave
(vacum bag), Filament winding dan Fiber Placement, Pultrusion, dan Liquid
Composite Molding.
Gambar 2.5 Grafik presentasi pengaplikasian plastik epoxy (NM Epoxy Handbook., 2014)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
19
Walaupun terdapat beragam metode pembuatan komposit seperti yang
dijabarkan diatas. Secara umum, metode dasarnya hanyalah Hand Laminating (wet
hand lay-up) dan Autoclave (vacum bag) serta Filament winding dan Fiber
Placement. Sedangkan, metode lainnya merupakan gabungan serta penyempurnaan
dari metode dasar tersebut.
Pada metode hand laminating , prosesnya sangat konvensional dengan hanya
menggunakan tangan dan alat bantu sederhana. Oleh karena itu, metode ini
merupakan yang paling murah. Akan tetapi, metode ini memiliki kelemahan dalam
mendapatkan kualitas material komposit yang sempurna tanpa adanya cacat seperti
void (rongga udara). Kualitas hasil akhir ditentukan seluruhnya dari keterampilan
pembuat. Sedangkan metode Autoclave merupakan metode penyempurnaan dari
Hand Laminating dengan menggunakan bantuan vacum bag (kantong kedap udara),
maka hasil akhir bisa menjadi lebih sempurna (minim void). Skema pembuatan
hand laminating tersaji pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Metode Hand Laminating (Principles Of The Manufacturing Of Composite Materials., 2009)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
20
Metode Filament winding dan Fiber Placement merupakan metode pembuatan
yang lebih kompleks dan biasanya digunakan untuk membuat material dengan
bentuk tabung, salah satunya adalah tabung bertekanan (pressure vesel). Metode
filament winding menggunakan gerakan penggulungan dalam proses
pencetakannya. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.7. Untuk Fiber
Placement mirip dengan filament winding akan tetapi menggunakan perangkat
tambahan dalam proses penggulungannya (Gambar 2.8).
Gambar 2.7 Metode Filament Winding (Principles Of The Manufacturing Of
Composite Materials., 2009)
Gambar 2.8 Metode Fiber Placement (Principles Of The Manufacturing Of
Composite Materials., 2009)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
21
2.1.1.5 Hal-Hal Yang Mempengaruhi Kekuatan Komposit Polimer
Material komposit merupakan material yang sama dengan material-material
lainnya (metal dan keramik), yaitu mempunyai kerentanan terhadap suatu keadaan
yang dapat mempengaruhi sifat-sifat mekaniknya dan pada akhirnya berdampak
pada penurunan kekuatan.
Hal penting yang dapat mempengaruhi kekuatan komposit adalah sifat material
penyusunnya. Selain penyusunnya, hal-hal eksternal dapat juga mempengaruhi
kekuatan komposit. Hal-hal tersebut diantaranya adalah : void (rongga udara),
interfacial debonding, paparan sinar ultra violet dan orientasi penyusunan serat.
Void atau rongga udara merupakan salah satu kecacatan komposit yang
terbentuk oleh karena proses pembuatan yang kurang sempurna. Void ini dapat
menggangu proses transfer tegangan. Tegangan yang diterima oleh komposit
harusnya diterima terlebih dahulu oleh matriks lalu disalurkan pada material
penguat. Namun oleh karena adanya void, tegangan itu tidak dapat disalurkan dan
mengakibatkan kegagalan pada material komposit tersebut.
Selain void, kekuatan material komposit dapat dipengaruhi oleh adanya
interfacial debonding. Untuk mentransfer tegangan yang diterima matriks ke
penguat diperlukan ikatan yang baik antar permukaan serat dengan matriks, hal ini
disebut bonded. Sedangkan, debonding adalah keadaan saat ikatan tersebut tidak
terjadi dengan baik. Faktor utama terjadinya debonding adalah sifat kimia serat,
seperti lignin, fat maupun wax yang masih dimiliki serat hingga proses pencetakan
dilakukan. Selain itu, penumpukkan serat juga dapat menjadi penyebab debonding.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
22
Selain void dan debonding, orientasi penyusunan serat juga dapat menjadi
faktor penentu kekuatan komposit. Namun, orientasi serat dapat diatur sesuai
dengan kebutuhan dan fungsi benda yang dibuat. Oleh karena itu, faktor ini harus
diperhitungkan sebelum dilakukan pencetakan.
Sedikit berbeda dengan void dan debonding, paparan sinar ultraviolet pada
komposit polimer mengakibatkan degradasi pada matriksnya (tidak pada penguat).
Menurut Mahmood M (2007), paparan sinar ultraviolet (UV) pada polimer resin
polyester mengakibatkan penurunan kekuatan tarik rata-rata hingga 30% dan
menurunkan hingga 18% modulus elastisitas dalam waktu 100 jam. Akan tetapi,
pengaruh sinar UV dapat diatasi dengan penggunaan pelapis berupa ultraviolet
absorber (UVA).
2.1.2 Serat Pinang
Serat pinang merupakan salah satu bagian yang terdapat pada buah dari pohon
pinang, dengan presentase 60-80% dari seluruh bagian buahnya. Pinang memiliki
nama latin Areca Palm (Areca catechu L), dan masih termasuk dalam spesies palem
(palm).
Bentuk buah pinang cenderung oval dengan warna yang beragam sesuai dengan
jenis dan tingkat kematangannya, namun secara umum warna dari buah pinang
adalah hijau saat masih belum matang (mentah), kuning keemasan setelah matang
dan akan menjadi kecoklatan setelah mulai memasuki proses pembusukan. Pada
penelitian kali ini, serat yang digunakan sebagai penguat komposit diambil dari
buah pinang yang masih berwarna hijau (mentah) dengan melalui berbagai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
23
perlakuan agar serat pinang terhindar dari zat pengotor. Contoh bentuk buah pinang
yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Tahap-tahap perlakuan pada serat pinang hingga siap digunakan adalah sebagai
berikut:
1. Tahap pertama, pinang direndam pada air bersih selama 7 hari agar serat terlepas
dari biji.
2. Tahap kedua, pencucian dengan air bersih dan pengeringan selama kurang lebih
14 hari.
3. Tahap ketiga, perlakuan alkalisasi dan pengeringan selama kurang lebih 2 hari
pada suhu ruang (± 27ºC).
Serat pada buah pinang secara umum merupakan bagian terluar dari buah
pinang akan tetapi secara khusus buah pinang dapat diklasfikasi menjadi tiga
bagian. Bagian terluar adalah kutikula, lapisan kedua adalah serat, sedangkan
bagian terdalam merupakan bagian biji. Struktur buah pinang tersaji pada Gambar
2.10.
Gambar 2.9 Buah Pinang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
24
Biji buah pinang mengandung 8-12% lemak yang karakteristiknya mirip dengan
minyak kelapa terhidrogenasi. Kandungan minyak ini dapat mempengaruhi
komposisi kimia bagian buah pinang yang lain. Sehingga terdapat pula minyak
yang sama pada bagian seratnya, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.3. Namun
selain lemak terdapat juga komposisi yang lainnya seperti a-cellulose,
hemmicellulose, lignin, pectin, protopectin, ash serta material lainnya (Hassan et
al., 2010 : 7). Kandungan-kandungan tersebut sangat berperan penting terhadap
sifat fisik serta mekanik dari serat buah pinang itu sendiri.
Salah satu sifat fisik dari serat buah pinang yaitu densitas atau massa jenis dapat
dihitung dengan cara sederhana mengikuti rumus dari massa jenis yang adalah
Gambar 2.10 Struktur Buah Pinang (L Yusriah et aI., 2012)
Tabel 2.3 Komposisi Kimia Serat Pinang (Hassan et al., 2010)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
25
massa dibagi dengan volume. Serat buah pinang pada penelitian kali ini diperoleh
nilai densitasnya adalah 0,373 g/cm3. Massa jenis dapat dipengaruhi oleh beragam
factor salah satunya adalah kandungan air.
Kandungan air serat dipengaruhi oleh kemampuan serat dalam menyerap air.
Hal terebut dapat dihitung dengan rumus yang sama dengan perhitungan massa
jenis namun dengan metode eksperimen yang sedikit berbeda. Kandungan air dan
kemampuan serap air dari betel nut husk (BNH) dengan bentuk raw (mentah/hijau),
ripe (matang/kuning), dried (kering) telah diteliti oleh Yusriah et al., (2012).
Ditunjukkan pada Gambar 2.11 dan 2.12.
Gambar 2.11 Grafik kadar air serat pinang dengan kondisi mentah (raw),
matang (ripe) dan kering (dried) (L Yusriah et al., 2012)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
26
2.1.3 Perlakuan Alkalisasi (NaOH) Pada Serat
Perlakuan alkalisasi (NaOH) merupakan salah satu cara yang dilakukan pada
serat terlebih khusus serat alam sebelum digunakan sebagai penguat untuk material
komposit dengan fungsi agar serat terhidar dari zat-zat pengotor yang tidak perlu.
Fungsi alkalisasi pada serat adalah memutus ikatan kimia lignin dengan
cellulose, lignin merupakan kandungan kimia yang menyerupai lilin dan dapat
menggangu ikatan serat dengan matriks pada material komposit, oleh sebab itu
digunakannya NaOH sebagai pemutus ikatan tersebut.
Menurut Nirmal et al (2010) perlakuan alkali pada serat pinang mengakibatkan
daya rekat permukaan atara serat dan matriks poliester menjadi lebih baik daripada
serat yang tidak diberi perlakuan alkali. Perlakuan alkali yang tepat dapat mencegah
terjadinya kerusakan fiber pull out pada komposit. Hasil dari perlakuan alkali dapat
dilihat pada Gambar 2.13.
Gambar 2.12 Grafik kemampuan serap air serat pinang dengan kondisi mentah
(raw), matang (ripe), dan kering (dried) (L Yusriah et al., 2012)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
27
Proses pengerjaan alkalisasi dilakukan dengan menggunakan air bersih sebagai
media pelarut, lalu serat direndam dalam larutan terebut dalam waktu tertentu.
Terlebih khusus pada penelitian kali ini, perlakuan alkalisasi serat pinang dilakukan
dengan presentase sebesar 5% dalam waktu perendaman 2 jam dan proses
pengeringan pada suhu kamar (± 27ºC) tanpa paparan sinar matahari langsung.
2.1.4 Pengujian Tarik
Pengujian tarik merupakan metode eksperimental dengan jenis destructive test
(pengujian yang merusak) untuk mengetahui sifat mekanik suatu bahan material.
Proses pengujian tarik dilakukan dengan memberi pembebanan tarik pada material
secara bertahap terus menerus hingga titik maksimum yang menyebabkan
(bertambah panjang) benda hingga putus atau rusak.
Dalam proses pembebanan terus menerus yang diberikan pada spesimen uji,
menghasilkan data pertambahan panjang benda uji dan pertambahan gaya
Gambar 2.13 Permukaan serat pinang (a) sebelum perlakuan alkali
(b) setelah perlakuan alkali (Nirmal et al., 2010)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
28
pembebanan. Dengan menggunakan data tersebut ditambah data-data teknis
spesimen, maka dapat dianalisa tegangan dan regangan teknis serta kekuatan tarik
dari spesimen uji tesebut.
Untuk mendapatkan data uji tarik seperti tegangan, regangan dan kekuatan
tarik, dibutuhkan spesimen uji yang dibentuk sesuai dengan standar yang ada.
Bentuk spesmen uji berbeda sesuai dengan jenis material yang akan diuji. Standar
yang digunakan dapat mengacu pada standar JIS, ASTM ataupun SNI. Walaupun
standar-standar tersebut memiliki nama, ukuran dan bentuk yang beragam, namun
standar-standar tesebut dapat diaplikasikan pada beragam jenis alat uji tarik.
Jenis alat uji tarik memiliki banyak ragam bentuk dan ukuran, namun pada
umumnya jenis yang digunakan adalah alat uji tarik satu arah (uniaxial). Secara
umum, bagian-bagian utama alat uji tarik terbagi sesuai dengan fungsinya yaitu
rangka, mekanisme pencengkram spesimen, sistem penarik dan sistem pengukur.
Prosedur pengujian tarik pun secara umum sama, hanya saja pada cara
pengoperasian alat uji tarik yang mungkin sedikit berbeda.
Adapun prosedur pengambilan data pada pengujian tarik terbagi dalam berbagai
tahap yaitu:
1. Tahap yang pertama adalah pembuatan benda uji, khusus pada penelitian ini
digunakan mesin milling untuk membentuk spesimen sesuai dengan standar uji
tarik yang digunakan (ASTM D638-14 sebagai acuan).
2. Tahap yang kedua adalah pengambilan data pada mesin uji tarik, dimulai dengan
pengukuran panjang ukur (gage length) pada benda uji, pemasangan spesimen
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
29
pada mekanisme pencengkram, penentuan skala untuk diagram beban vs
pertambahan panjang pada sistem pengukur, penentuan kecepatan penarik,
selanjutnya pengambilan data siap dilakukan.
3. Tahap terakhir adalah tahap pengolahan data menggunakan persamaan-
persamaan matematika yang ada.
2.1.5 Rumus-Rumus Yang Digunakan
Dalam proses awal pembuatan komposit hingga pengujian tarik terdapat
beragam rumus kajian matematik yang digunakan. Rumus atau persamaan-
persamaan tersebut akan dijabarkan dibawah ini:
1. Perhitungan Densitas Serat (𝜌)
Perhitungan densitas merujuk pada persamaan (2.3). Persamaan tersebut
menunjukkan pembagian massa terhadap volume. Volume serat didapat dengan
mengisi serat kedalam wadah, lalu serat beserta wadah ditimbang menggunkan
timbangan analitik.
𝜌 (𝑔 𝑐𝑚3⁄ ) =𝑀1 − 𝑀0
𝑉 (2.3)
Dengan 𝑀0 adalah berat wadah, 𝑀1 adalah berat serat beserta wadah, 𝑉 adalah
volume isi wadah.
Jika tidak menggunakan wadah, persamaan dapat disederhanakan menjadi
seperti persamaan (2.4).
𝜌 (𝑔 𝑐𝑚3⁄ ) =𝑀
𝑉 (2.4)
Dengan 𝑀 adalah massa benda yang ditimbang tanpa wadah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
30
2. Perhitungan Tegangan Teknis
Tegangan teknis merupakan nilai rata-rata tegangan yang diberikan pada benda
uji selama proses pengujian Tarik berlangsung. Tegangan teknis diperoleh
dengan membagi beban maksimum dengan luas penampang awal specimen uji.
Persamaan tegangan teknis tersaji pada persamaan (2.5).
𝜎 (𝑁 𝑚𝑚2⁄ ) =𝐹
𝐴0 (2.5)
Dengan 𝐹 adalah gaya yang diberikan pada benda uji, 𝐴0 adalah luas penampang
awal benda uji.
3. Perhitungan Regangan Teknis
Regangan teknis merupakan nilai regangan linear rata-rata yang diterima oleh
benda uji. Nilai tersebut diperoleh dari hasil pembagian antara perpanjangan
benda uji dengan panjang awal dan sering dinyatakan dengan nilai persen.
Perpanjangan benda uji (gage length) didapat dari pengurangan panjang akhir
setelah putus dengan panjang awal sebelum dilakukan pengujian. Persamaan
regangan teknis tersaji pada persamaan (2.6).
𝜀 (𝑚𝑚) =∆𝐿
𝐿0=
𝐿 − 𝐿0𝐿0
(100%) (2.6)
Dengan ∆𝐿 adalah perpanjangan benda uji, 𝐿0 adalah panjang awal, 𝐿 adalah
panjang akhir.
4. Perhitungan modulus elastisitas
Modulus elastisitas secara ekperimental dapat dihitung dengan membagi nilai
tegangan dengan regangan. Persamaan modulus elastisitas tersaji pada
persamaan (2.7).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
31
𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑢𝑠 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝜎
𝜀 (2.7)
5. Standar Deviasi
Standar deviasi atau biasa disebut simpangan baku, dapat dijadikan sebagai
ukuran keragaman suatu kelompok nilai. Terdapat 2 metode perhitungan standar
deviasi, yang pertama adalah metode “n” dan yang kedua adalah “n-1”. Yang
digunakan pada penelitian ini adalah metode “n”. Persamaan deviasi tersaji pada
persamaan (2.8).
𝑠 = √ Σ (𝑥−�̅�)2
𝑛 (2.8)
Dengan 𝑥 adalah nilai dari data pertama, �̅� nilai rata-rata data yang dihitung
standar deviasinya dan 𝑛 adalah banyaknya data.
2.2 Tinjauan Pustaka
Yusriah Lazim et al., (2014) dalam jurnalnya “Effect of Alkali Treatment on the
Physical, Mechanical, Morphological Properties of Waste Betel Nut (Areca
catechu) Husk Fibre” meneliti efek NaOH pada serat pinang tanpa matriks dan
memperoleh bahwa perlakuan NaOH atau alkalisasi sebanyak 5% dalam waktu 30
menit menghasilkan penurunan kekuatan tarik dari 166,63±55,1 MPa sebelum
perlakuan menjadi 44,73±9.5 MPa. Akan tetapi, gaya yang bisa diterima pada
ikatan antara serat dengan matriks (debonding force) menjadi meningkat dari
5,22±0,06 N sebelum perlakuan menjadi 14,16±0.39 N. Hal ini menjadi keuntungan
bagi material komposit agar bisa menyalurkan tegangan dari matriks ke serat
dengan baik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
32
Sementara itu, A Keerthi et al., (2015) pada jurnalnya “Processing and
Characterization of Epoxy Composite with Arecanut and Casuarina Fibers”
meneliti dua bentuk komposit, yang pertama dengan fraksi volume serat pinang
10% dan yang kedua yaitu komposit yang diperkuat fraksi volume serat pinang 5%
ditambah 5% serat casuarina. Kedua serat terlebih dahulu diberlakukan alkalisasi
dengan kadar NaOH 15% serta menggunakan resin epoxy sebagai matriksnya,
penelitian tersebut memperoleh hasil sebagai berikut :
Spesimen epoxy memiliki kekuatan tarik sebesar 11,99348 MPa dengan
pertambahan panjang (∆L) 1,02397 mm dan densitas 1,22 g/cm³. Spesimen
komposit (serat pinang + epoxy) memiliki kekuatan tarik sebesar 17,57645 MPa
dengan ∆L sebesar 1,3167 mm dan densitas 1,092 g/cm³. Sedangkan, kekuatan
tarik komposit (serat pinang + serat casuarina + epoxy) sebesar 18,65802 MPa
dengan ∆L sebesar 1,22377 mm dan densitas 1,196 g/cm³. Penambahan serat pinang
menyebabkan penambahan kekuatan tarik sebesar 46% sedangkan penambahan
serat pinang dan casuarina menyebabkan penambahan kekuatan tarik sebesar 56%.
Pengujian tarik dilakukan berdasar pada standar ASTM D3039 untuk uji tarik dan
ASTM D792 untuk uji densitas.
Penelitian terbaru dilakukan oleh Mastur dan Azizul (2016) dengan judul jurnal
“Pengaruh Fraksi Volume Serat Buah Pinang pada Komposit Terhadap Kekuatan
Mekanik”. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan komposit serat
pinang dengan variasi fraksi volume 40%, 50% dan 60%. Hasil yang didapat
menunjukkan kekuatan tarik sebesar 7,09 - 9,78 MPa dengan regangan tarik sebesar
2,0 – 4,0%. Sedangkan, kekuatan tarik terbesar terjadi pada variasi volume serat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
33
60% yaitu 9,78 MPa. Namun, pada penelitian ini tidak disebutkan tentang
perlakuan alkalisasi ataupun perlakuan yang lainnya. Pengujian tarik dilakukan
berdasar pada standar JIS K 7113:1995.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
34
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian
Gambar 3.1 Diagram Alur Penelitian
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
35
3.2 Persiapan Penelitian
Tahap awal dalam memulai penelitian adalah persiapan alat dan bahan. Proses
persiapan meliputi pembelian dan/atau pembuatan alat perkakas penunjang seperti
media cetak komposit, spatula, sarung tangan karet sebagai pelindung, gelas ukur
dan lain sebagainya.
Setelah alat dan bahan telah siap, selanjutnya adalah pemrosesan buah pinang
hingga diperoleh serat yang siap digunakan. Pemrosesan dimulai dengan
perendaman buah pinang kedalam air bersih selama ±4 minggu, dengan tujuan agar
terlepasnya serat dari lapisan keras pada bagian inti buah, selanjutnya pinang
dibelah, dicuci dan dikeringkan dengan estimasi waktu ±1 minggu, setelah pinang
telah benar-benar kering maka selanjutnya dapat dilakukan alkalisasi.
Proses alkalisai dilakukan dengan konsentrasi NaOH sebanayak 5% dari
volume air mineral. Setelah proses alkalisasi maka serat pinang dikeringkan pada
ruangan tanpa terpapar sinar matahari langsung, proses pengeringan berlangsung
±3 hari.
3.3 Alat-Alat Yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian kali ini meliputi cetakan yang terbuat dari
kaca dengan ukuran area cetak adalah 15 cm x 20 cm dengan tebal 0,5 cm. Alat
ukur berupa timbangan, penggaris, jangka sorong dan gelas ukur. Alat untuk
membentuk spesimen uji berupa mesin milling serta alat uji tarik menggunakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
36
Universal Tensile Testing Machine . Serta alat-alat penunjang lain seperti suntikan
dan spatula.
Alat-alat yang disebutkan diatas terlampir pada gambar 3.2 a-h dibawah ini :
d. Timbangan Analitik c. Sarung Tangan Karet
a. Cetakan Kaca b. Spatula
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
37
Gambar 3.2 a-j Alat-alat yang digunkan
h. Suntikan 50cc g. Vernier Caliper
i. Mesin Milling j. Mesin Uji Tarik
e. Gelas Ukur f. Penggaris
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
38
3.4 Bahan-Bahan Yang Digunakan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat buah pinang,
bahan polimer epoxy resin dan epoxy hardener, dan menggunakan molding release
khusus yaitu miror glaze. Molding release ini berfungsi untuk mencegah terjadinya
perekatan antara bahan komposit yang telah jadi dengan cetakan kaca.
Bahan-bahan yang disebutkan diatas terlampir dalam Gambar 3.3 – 3.6:
1. Serat Pinang
2. Epoxy resin + epoxy hardener
Gambar 3.3 Serat Pinang
Gambar 3.4 Epoxy Hardener (Kiri) dan Epoxy Resin (Kanan)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
39
3. Molding release (miror glaze)
4. NaOH
3.5 Perhitungan Densitas Serat Pinang
Salah satu faktor penting dalam pembuatan komposit adalah serat. Serat yang
digunakan harus memiliki sifat fisik, sifat kimia maupun sifat mekanik yang baik.
Pada penelitian tentang sifat komposit ini, tidak luput juga penulis melakukan
perhitungan terhadap densitas serat pinang yang digunakan. Proses perhitungan
Gambar 3.6 NaOH Kristal
Gambar 3.5 Molding release (mirror glaze)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
40
densitas berdasar pada persamaan (2.3). Perhitungan densitas serat pinang
dilakukan menurut tahap-tahap berikut.
1. Serat yang digunakan terlebih dahulu telah melalui proses alkalisasi.
2. Dilakukan penimbangan wadah yang digunakan untuk menghitung volume
serat. Wadah yang digunakan adalah suntikan 50cc.
3. Setelah massa suntikan didapatkan, selanjutnya serat dimasukkan ke dalam
suntikan dengan keadaan yang padat hingga volume tertentu, khusus pada
penelitian ini digunakan volume 20 mL. Foto terlampir pada Gambar 3.7.
4. Setelah massa serat beserta wadah telah didapat, selanjutnya dilakukan
perhitungan dengan mangacu pada persamaan (3.2). Foto terlampir pada
Gambar 3.8.
Gambar 3.7 Proses penimbangan serat beserta wadah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
41
3.6 Perhitungan Fraksi Komposit
Fraksi dari komposit dibuat dengan menggunakan nilai berat serat sebagai
variasinya yaitu 3%, 5%, 7% dan 9% sedangkan nilai berat resin mengikuti volume
cetakan yang digunakan dengan ketetapan campuran antara epoxy resin dan epoxy
hardener sebesar 2:1. Dibawah ini adalah tahap-tahap perhitungan yang dilakukan:
a. Menghitung volume cetakan.
b. Menghitung massa resin (epoxy resin + epoxy hardener) berdasarkan volume
cetakan (150 cm3).
c. Menghitung massa serat (tiap variasi : 3%, 5%, 7% dan 9%) berdasarkan massa
resin untuk satu cetakan (epoxy resin + epoxy hardener).
Fraksi berat yang digunakan yaitu 3%, 5%, 7% dan 9% adalah setara berturut-
turut dengan 9,06%, 15,10%, 21,15% dan 32,49% faraksi volume.
Gambar 3.8 Proses perhitungan densitas serat pinang.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
42
3.7 Proses Pembuatan Komposit
Proses awal pembuatan komposit ini adalah persiapan cetakan serta pemrosesan
serat hingga perlakuaan NaOH. Setelah proses persiapan tersebut telah terlaksana
maka dapat dilanjutkan pada proses pencetakan material komposit.
Pencetakan dilakukan dengan menggunakan metode hand laminating (hand
lay-up). Setelah komposit jadi maka siap untuk diuji kekuatan mekaniknya.
Pengujian dilakukan dengan mesin uji tarik universal dengan mengacu pada standar
ASTM D638-14. Lokasi pengujian dilakukan pada Laboratorium Logam Teknik
Mesin Universitas Sanata Dharma. Untuk lebih jelas proses pembuatan komposit
ini, berikut djabarkan langkah-langkah yang dilakukan:
1. Dilakukan percobaan untuk menentukan massa resin yang akan digunakan
sebagai acuan perhitungan 100%. Dihitung massa resin (epoxy resin + epoxy
hardener) dengan volume sesuai cetakan (15 x 20 x 0,5 cm = 150 cm3 ). Hasil
perhitungan diperoleh massa resin 169 gr.
2. Dengan berdasar acuan massa 100% = 169 gr maka dilakukan perhitungan
massa serat yang akan digunakan (3%, 5%, 7% dan 9%).
3. Serat yang sudah diproses dan telah siap digunakan lalu disusun berukuran 15
cm x 20 cm dengan berat sesuai variasi yang ditetapkan (3%, 5%, 7% dan 9%).
Terlampir dalam Gambar 3.9.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
43
4. Cetakan dibersihkan, lalu dilapisi mirror glaze sebagai molding release agar
hasil benda uji tidak melekat pada cetakan. Proses ini terlampir dalam Gambar
3.10.
5. Diambil campuran 2:1 epoxy resin dan epoxy hardener dengan berdasar massa
total 169 gr. Pencapuran dilakukan dengan mengaduk campuran epoxy dengan
perlahan lahan. Proses ini terlampir dalam Gambar 3.11 dan 3.12.
Gambar 3.9 Proses penataan serat dengan menggunakan bantuan
cetakan cebagai penentu ukuran
Gambar 3.10 Proses pelapisan mirror glaze pada cetakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
44
6. Campuran epoxy resin dan epoxy hardener dituang ke dalam cetakan.
Penuangan dibagi menjadi dua bagian. Penuangan pertama dilakuakn sebelum
meletakan serat dan yang kedua setelah diletakan serat. Proses ini terlampir
dalam Gambar 3.13.
Gambar 3.13 Proses penuangan pertama campuran epoxy
pada cetakan
Gambar 3.11 Proses penimbangan epoxy resin dan epoxy hardener
dengan perbandingan 2:1
Gambar 3.12 Proses pencampuran dengan cara mengaduk secara perlahan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
45
7. Setelah lapisan pertama resin dituang kedalam cetakan, selanjutnya lapisan
serat diletakkan dan ditekan-tekan menggunakan spatula agar campuran resin
dapat memenuhi seluruh bagian celah serat. Proses peletakan serat dan
penuangan dapat dilihat masing-masing dalam Gambar 3.14 dan 3.16.
8. Kemudian, sisa campuran epoxy dapat dituang kedalam cetakan. Proses ini
terlampir dalam Gambar 3.15.
9. Selanjutnya dilakukan pengamatan dan penataan serat menggunakan spatula
agar void yang masih terperangkap dapat terlepas dari celah-celah serat dan
epoxy. Proses ini dapat dilihat dalam Gambar 3.16.
Gambar 3.14 Proses peletakan serat keatas campuran epoxy pertama
Gambar 3.15 Proses penuangan campuran epoxy kedua
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
46
10. Dilakukan penutuppan dan penekanan pada permukaan komposit dengan
menggunakan kaca agar diperoleh hasil akhir permukaan yang rata. Kaca yang
digunakan berukuran 4 cm x 20 cm. Foto pengerjaan dapat dilihat pada Gambar
3.17.
11. Komposit dibiarkan mengalami proses curing hingga benar-benar kering.
Estimasi waktu curing komposit ± 24 jam.
12. Setelah komposit kering dan berubah menjadi padat, lalu komposit dilepas dari
cetakan. Foto komposit setelah kering dapat dilihat pada Gambar 3.18
Gambar 3.16 Proses menghilangkan void dan penekanan serat
Gambar 3.17 Proses penutupan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
47
13. Setelah komposit telah selesai dicetak menurut varasi yang telah ditentukan,
lalu komposit siap diukur, dipotong, dan dibentuk menjadi spesimen uji tarik
dengan menggunakan mesin milling. Proses ini terlampir dalam Gambar 3.19.
14. Setelah semua spesimen telah terbentuk dengan sempurna, lalu komposit diuji
tarik. Pengujian dilakukan menggunakan mesin uji tarik universal di
Laboratorium Logam Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Proses ini
terlampir dalam Gambar 3.20.
Gambar 3.18 Bentuk komposit saat kering
Gambar 3.19 Proses pembentukan benda uji sesuai standar
yang telah ditentukan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
48
3.8 Proses Perhitungan Densitas Komposit
Tujuan penelitian tentang komposit ini adalah untuk mendapatkan sifat
komposit yang dibuat. Sifat komposit yang menjadi fokus penelitian ini adalah sifat
mekanik dan sifat fisik. Untuk mengetahui sifat mekanik, penulis memberlakukan
pengujian tarik pada komposit yang dibuat dengan hasil akhir merupakan data
kekuatan tarik dan regangan. Sedangkan untuk sifat fisik penulis hanya melakukan
perhitungan densitas dengan metode eksperimen sederhana.
Perhitungan densitas dilakukan dengan mengambil nilai rata-rata spesimen.
Banyak data yang digunakan adalah 6 spesimen tiap variasi. Perhitungan densitas
dilakuakan dengan membagi nilai massa komposit dengan nilai volume komposit.
Perhitungan ini berdasar pada persamaan (2.3).
Dibawah ini akan dijelaskan secara singkat proses perhitungan nilai densitas
komposit serat pinang yang dilakukan.
1. Dilakukan proses pemotongan benda uji densitas dengan bentuk persegi panjang
namun dengan ukuran yang beragam. Proses pengerjaan dilakukan dengan
Gambar 3.20 Proses pengujian tarik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
49
menggunakan gerinda serta mesin milling. Foto pengerjaan terlampir pada
Gambar 3.21.
2. Proses kedua, dilakukan perhitngan volume dengan menggunakan nilai dimensi
panjang, lebar serta tebal. Nilai dimensi yang didapat lalu diolah menjadi nilai
volme dengan persamaan matematika sederhana (volume bangun ruang persegi
panjang). Volume void tidak diperhitungkan dalam perhitungan ini. Foto
pengerjaan terlampir pada Gambar 3.22.
Gambar 3.21 Proses pembentukan spesimen uji densitas komposit
Gambar 3.22 Proses pengukuran dimensi spesimen uji densitas
komposit
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
50
3. Proses selanjutnya dilakukan penimbangan spesimen uji untuk mengetahui nilai
massa komposit. Foto pengerjaan terlampir pada Gambar 3.23.
4. Setelah diperoleh nilai volume serta massa dari komposit yang diteliti maka
dilakukan perhitungan nilai densitas menggunakan persaman densitas.
Persamaan densitas terlampir pada persamaan (2.3).
3.9 Standar Uji Dan Ukuran Benda Uji
Dibawah ini dilampirkan sketsa beserta dimensi spesimen uji tarik
berdarkan standar ASTM D638-14. Sket dapat dilihat pada Gambar 3.24 dan 3.25.
Gambar 3.23 Proses pengukuran massa spesimen uji densitas
komposit
Gambar 3.24 Standar ASTM D638-14
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
51
3.10 Proses Pengujian Tarik
Dalam pengujian kali ini penulis menggunakan metode uji tarik untuk
mengetahui sifat mekanik dari komposit yang dibuat.
Berikut langkah-langkah kerja pengujian tarik yang dilakukan:
1. Benda uji dipersiapkan, dan diberi tanda pada daerah perhitungan pertambahan
panjang.
2. Dilakukan perhitungann dimensi benda uji yang meliputi tebal, lebar dan
panjang awal. Semua perhitungan dilakukan pada daerah perhitungan
pertambahan panjang.
3. Kertas millimeter blok diletakkan pada printer yang terdapat pada mesin uji
tarik.
4. Mesin kemudian dinyalakan, lalu benda uji dipasang pada penahan (grip).
5. Penahan dikencangkan, namun kekencangan penahanan diatur dengan kekuatan
yang secukupnya agar tidak merusak benda uji.
6. Extensiometer dipasang pada benda uji lalu nilai pertambahan panjang dan nilai
beban diatur ulang menjadi nol.
Gambar 3.25 Standar spesimen uji tarik komposit yang digunakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
52
7. Kecepatan uji diatur menjadi 10 mm/menit dan tombol “area start” ditekan
sebanyak dua kali kemudian tombol “down” ditekan untuk memulai proses uji.
8. Setelah data dari pengujian tarik didapatkan, proses pengujian tarik diulang
untuk benda uji komposit selanjutnya sampai selesai.
3.11 Proses Pengujian Tarik Serat Pinang
Serat yang digunakan untuk diuji tarik adalah yang sudah diberlakukan
alkalisasi. Akan tetapi, pada pengujian tarik ini hanya diperoleh data kekuatan
tariknya saja tanpa nilai regangan.
Berikut langkah-langkah kerja pengujian tarik serat pinang yang dilakukan:
1. Serat dipilih dan diambil satu helai
2. Serat diukur diameternya menggunakan mikroskop.
3. Pada kedua ujung serat diberi resin pengikat (hanya pada bagian ujungnya saja).
4. Pada ujung serat yang sudah diberi pengikat, dipasang pada grip mesin uji tarik.
5. Kecepatan penujian diatur menjadi 10 mm/menit.
6. Data beban maksimal pada mesin uji tarik dicatat setelah serat putus.
7. Proses pengambilan data kekuatan tarik serat dilakukan sebanyak enam kali.
Foto skema serta serat pinang yang digunakan pada pengujian tarik ini
terlampor pada Gambar 3.26 dan 3.27.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
53
Gambar 3.26 Skema bentuk spesimen uji tarik serat pinang
Serat
Karton
Resin
Gambar 3.27 Serat pinang yang digunakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
54
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah semua tahap pembuatan hingga pengujian telah dilakukan, selanjutnya
adalah tahap akhir yaitu publikasi hasil serta pembahasan. Data pengujian yang
didapat meliputi data uji tarik dan data pengujian densitas komposit. Hasil data uji
tarik terbagi menjadi tegangan dan regangan sedangkan pengujian densitas
komposit hanya diperoleh data akhir densitas atau kerapatan komposit. Semua data
yang diperoleh merupakan data untuk tiap-tiap spesimen dan telah melalui proses
perhitungan matematika yang berlaku.
4.1 Hasil Pengujian Tarik
Proses pengujian tarik dilakukan pada semua variasi spesimen yaitu 0%, 3%,
7%, 5%, 9% dan juga pada serat pinang yang telah melalui proses alkalisasi. Dari
pengujian tarik diperoleh data beban maksimum, pertambahan panjang maksimum,
serta print out diagram hubungan antara beban dan pertambahan panjang. Dari
semua data tersebut, dapat kita olah menjadi nilai Kekuatan Tarik dan regangan
teknis. Pengolahan data menggunakan persamaan matematika yang berlaku.
Adapun langkah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Sebelum pengujian tarik dilakukan, terlebih dahulu dihitung dimensi benda uji.
Dimensinya meliputi tebal, panjang awal, dan lebar. Semuanya dihitung pada
area uji dan dilakukan beberapa kali pada posisi yang berbeda-beda hingga
diproleh ukuran dimensi terkecil.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
55
2. Setelah dimensi telah diperoleh, selanjutnya nilai dimensi diolah menjadi nilai
luas. Contoh perhitungan luas spesimen uji tarik adalah sebagai berikut :
𝐴 = Panjang x Lebar
= 14,3 x 4,12
= 58,92 mm2
𝐴 adalah luas penampang komposit yang diukur pada area uji spesimen. Contoh
diatas merupakan perhitungan luas spesimen uji tarik matriks atau variasi 0%.
3. Nilai luas penampang dan beban yang telah diperoleh selanjutnya digunakan
untuk memperoleh nilai Kekuatan Tarik dari komposit yang diuji tarik. Contoh
perhitungan adalah sebagai berikut :
𝜎 = Beban x Percepatan Grafitasi
𝐴
= 341,0 x 9,81
58,92
= 56,779 kgf mm2⁄
= 56,779 N mm2⁄
= 56,779 MPa
𝜎 adalah nilai Kekuatan Tarik, yang juga merupakan nilai kekuatan tarik
spesimen. Contoh diatas merupakan perhitungan Kekuatan Tarik spesimen uji
tarik variasi 0%.
4. Sama halnya dengan Kekuatan Tarik, nilai regangan teknis dapat dihitung
dengan bantuan data dari dimensi spesimen dan hasil uji tarik. Salah satu contoh
perhitungan regangan teknis yang diambil dari data variasi 0% adalah sebagai
berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
56
ε = pertambahan panjang
panjang awal
= 3,10
90 x 100%
= 3,444 %
5. Untuk mengetahui besar area elastis yang dapat terjadi pada suatu material, dapat
menggunakan perbandingan antara tegangan dan regangan. Nilai perbandingan
itu disebut dengan modulus elastisitas (E). Dibawah ini dipaparkan contoh
perhitungan yang diambil dari data hasil spesimen 0%.
E = 𝜎
𝜀
= 56,779
3,444
= 16,006 MPa
Seluruh data hasil pengujian mulai dari spesimen uji tarik matriks atau variasi
0%, serat tanpa matrik, hingga komposit dengan variasi 3%, 5%, 7% dan 9% tersaji
berturut-turut pada subbab 4.1.1 – 4.1.3.
4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Penguat Atau 0% Berat Serat
Berikut disajikan data dimensi, Kekuatan Tarik serta regangan teknis dari
spesimen uji tarik dengan fraksi serat 0%. Data tersaji berturut-turut pada Tabel 4.1
- 4.3.
Tabel 4.1 Dimensi spesimen uji tarik dengan 0% serat
Kode Spesimen Lebar (mm) Tebal (mm) L0 (mm)
0I 12 5,3 90
0II 12,5 5,4 90
0III 14,3 4,12 90
DIMENSI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
57
Pada pengujian tarik spesimen dengan presentase berat serat 0% menunjukkan
Kekuatan Tarik rata-rata sebesar 57,740 MPa serta regangan teknis sebesar 3,611%.
Jika dilihat pada Tabel 4.2 dan 4.3, Kekuatan Tarik yang dapat diterima oleh
matriks berbanding lurus dengan regangan yang terjadi. Akan tetapi hasil regangan
yang tidak besar dan bentuk patahan yang cenderung tegak lurus dengan arah
pembebanan serta tidak ada pengecilan penampang pada bekas patahan maka
matriks ini adalah matrik yang bersifat cukup kaku.
Tabel 4.2 Kekuatan Tarik spesimen uji tarik dengan 0% serat
Kode Spesimen Luas Penampang (mm2) Beban Max (kg) Kekuatan Tarik (N/mm2) = (MPa)
0I 63,60 381,6 58,860
0II 67,50 396,4 57,610
0III 58,92 341,0 56,779
57,750
KEKUATAN TARIK
Rata-rata
Tabel 4.3 Regangan teknis spesimen uji tarik dengan 0% serat
Kode Spesimen ΔL (mm) L0 (mm) Regangan (%)
0I 3,40 90 3,778
0II 3,25 90 3,611
0III 3,10 90 3,444
3,611
REGANGAN
Rata-rata
Tabel 4.4 Modulus elastisitas spesimen uji tarik dengan 0% serat
Kode Spesimen Modulus Elastisitas (MPa)
0I 15,581
0II 15,954
0III 16,484
Rata-rata 16,006
PLAGIAT MERUPAKAN