pengembangan komposit bermatrik ebonit dengan …eprints.ums.ac.id/47815/18/naskah publikasi...
TRANSCRIPT
PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERMATRIK EBONIT DENGAN
KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG DIPERKUAT SERAT KELAPA
UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF
NASKAH PUBLIKASI
Disusun :
DIKA ANGGI PRASETYO
D 200 110 057
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2016
i
ii
iii
1
PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERMATRIK EBONIT DENGAN
KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG DIPERKUAT SERAT KELAPA
UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan komposit yang menggunakan variasi
berat serat 0 phr, 30 phr, dan 50 phr dengan melakukan uji tarik dengan standar ASTM D638, uji
impak izod dengan standar ASTM D256, uji kekerasan dengan standar SNI 0778 : 2009 dan foto SEM
dengan alat Jeol JSM-6510LA. Bahan komposit yang digunakan adalah ebonit sebagai matrik dengan
penguat serat kelapa. Proses pertama yang dilakukan adalah pemilihan serat kelapa yang kemudian
dipotong – potong sepanjang 20 mm kemudian serat direndam menggunakan NaOH 5% per 1 liter
aquades dengan waktu perendaman selama 2 jam,setelah perendaman selesai serat kelapa dikeringkan
sampai kadar air 8%, selanjutnya proses bembuatan kompon dengan mencampur karet alam dengan
bahan – bahan kimia dan serat yang menggunakan alat two roll mill, kemudian vulkanisasi dengan
metode cetak tekan panas (hot press mold}. Hasil penelitian diperoleh kekuatan tarik maksimum pada
komposit dengan berat serat 30 phr dengan tegangan sebesar 6,20 N/mm2,
regangan maksimum pada
komposit dengan berat serat 30 phr sebesar 84%. Hasil pengujian izod impak rata – rata tertinggi
didapat pada berat serat 30 phr sebesar 29,57 J/mm2, untuk hasil pengujian kekerasan rata – rata
tertinggi didapat pada berat serat 0 phr sebesar 73,100 skala shore A dan hasil foto SEM diperoleh
komposit dengan fraksi berat serat 0 phr mempunyai struktur yang paling baik.
Kata kunci : komposit, ebonit, serat kelapa, two roll mill, Vulkanisasi
Abstracts
This study was aimed to determine the strength of the composite using a variation of fiber
weight 0 phr, 30 phr and 50 phr by conducting a tensile test to ASTM D638, Izod test impact with
ASTM D256, hardness test with the standard ISO 0778: 2009 and SEM photo by using JEOL JSM-
6510LA tool. Composite materials used were ebonite as a matrix with coconut fiber reinforcement.
The first process performed was the selection of coconut fibers which then cut as length as 20 mm and
then fibers were soaked with NaOH 5% per 1 liter of distilled water with immersion time for 2 hours,
after soaking finished coconut fibers were dried until the moisture content comes to 8%, then the
process of compound production was ended by mixing natural rubber of chemicals materials and fibers
using a two-roll mill, and then the vulcanizing was processed by using the hot press print method (hot
press mold}. The results of the study showed that by the maximum tensile strength fiber composite
with a weight of 30 phr with a voltage of 6.20 N / mm2, the maximum strain on the composite with 30
phr fiber weight by 84%. Average Izod impact testing ensued the highest average fiber weight 30 phr
of 29.57 J / mm2, for the average hardness test results obtained the highest average fiber weight of
73.100 scale of 0 phr shore A and the SEM images obtained from composites with fraction of fiber
weight 0 phr had the best structure.
Keywords: composite, ebonite, coconut fiber, two roll mill, vulcanization
2
1.PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penggunaan plastik pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan yang
harus ditanggung alam karena keberadaan sampah plastik, Sebagaimana yang
diketahui bahan plastik yang mulai digunakan sekitar 50 tahun yang silam, kini
telah menjadi barang yang tidak terpisahkan dalam kehidupan manusia.
Diperkirakan ada 500 juta sampai 1 milyar bahan plastik digunakan penduduk
dunia dalam satu tahun. Ini berarti ada sekitar 1 juta plastik per menit. Konsumsi
berlebih terhadap plastikpun mengakibatkan jumlah sampah plastik yang besar.
Karena bukan berasal dari senyawa biologis, plastik memiliki sifat sulit
terdegradasi (non-biodegradable). Plastik diperkirakan membutuhkan waktu 100
hingga 500 tahun hingga dapat terdekomposisi (terurai) dengan sempurna.
Sampah plastik dapat mencemari tanah, air, laut, bahkan udara.
Oleh sebab itu mengetahui dari sifat plastik yang sangat susah diurai oleh
tanah penelitian ini memanfaatkan bahan-bahan alam seperti karet alam dan serat
alam sebagai bahan alternatif pengganti plastik pada komponen otomotif
walaupun tidak sepenuhnya menggeser bahan bahan plastik tersebut. Salah satu
peluangnya adalah pemanfaatan karet alam menjadi komposit yang dipadu
dengan serat alam, sehingga menghasilkan produk yang dapat digunakan sebagai
substitusi produk plastik yang nondegradable.
Melihat penjelasan di atas maka dilakukan penelitian dengan konsep
pengembangan komposit bermatrik ebonit (Hard Natural Ebonite) yang
diperkuat serat kelapa dengan penambahan sulfur 30 phr dengan variasi berat
serat 0 phr, 30 phr, 50 phr yang akan digunakan sebagai dasar pembuatan
komposit yang diaplikasikan pada komponen otomotif.
3
1.2 Tujuan
Tujuan penelitian ini antara lain:
1. Mengetahui kekuatan komposit dari uji tarik dengan variasi berat serat 0 phr,
30 phr, 50 phr yang menggunakan standar ASTM D638-02.
2. Mengetahui kekuatan komposit dari uji izod impak dengan variasi berat serat
0 phr, 30 phr, 50 phr yang menggunakan standar ASTM D256-00.
3. Mengetahui kekerasan komposit dari uji kekerasan dengan variasi berat serat
0 phr, 30 phr, 50 phr yang menggunakan standar Shore A SNI 0778 : 2009.
4. Mengetahui struktur komposit dengan melakukan foto SEM dengan
pembesaran 500 kali.
1.3 Batasan Masalah
Batasan dari penelitian ini antara lain:
1. Penelitian komposit pada tugas akhir ini mengacu komposit penguatan serat
(Fibrous Composite) yang seratnya di ambil dari serat kelapa yang disusun
secara pendek/acak (Chopped Fiber Composite).
2. Bahan karet alam dengan penambahan sulfur 30 phr (per hundred rubber).
3. Bahan kimia MBTS (Marcapto Benzhoatizhol Disulfida), TMT
(Tetrametiltiuram Monosulfida) yang berfungsi untuk bahan pencepat
(accelelator), kemudian bahan penggiat (activator) yang memakai ZnO (Zine
Oxide) dan asam stearat,BHT (Butylated Hidroxy Toluene) yang berfungsi
untuk bahan anti degradasi (antioksidant), karbon hitam (carbon black)
sebagai bahan pengisi (filler) dan yang terakhir paraffinic oil sebagai bahan
pelunak.
4. Pemotongan serat kelapa 20mm.
5. Perlakuan perendaman dengan larutan alkali (NaOH 5%) dari 1 liter aquades
dengan perendaman selama 2 jam yang digunakan untuk memperkasar
permukaan serat agar pada saat pencampuran serat dan matrik lebih saling
mengikat.
4
6. Pengeringan serat setelah dialkali menggunakan oven sampai kadar air 8%.
7. Pengaturan serat yang menggunakan serat acak dengan variasi berat serat
yang dipakai adalah 0 phr, 30 phr, 50 phr.
8. Proses pembuatan kompon dengan menggunakan alat two roll mill.
9. Pembuatan komposit dengan menggunakan metode cetak tekan panas (hot
press mold).
10. Pengujian komposit secara mekanis (impak, tarik, dan kekerasan) dan
melakukan foto SEM.
5
2.METODE PENELITIAN
2.1 Diagram Alir Penelitian
Persiapan Alat dan
Bahan
Pembuatan
Spesimen
Vulkanisasi
Pembuatan kompon Ebonit
two roll mill
Bahan-bahan ebonit
karet (RSS) 100phr, karbon hitam
40phr, ZnO 5phr, asam stearat
1phr, MBTS 2phr, TMT 0,5phr, BHT
1phr, paraffinic oil 0,5phr, dan
sulfur 30phr
Uji Tarik
ASTM D638-
02
Uji Izod
Impact
ASTM D256-
00
Foto SEM
pembesaran
500 kali
Analisa dan
Kesimpulan
Serat Acak
panjang serat
20mm
Kadar Air
Mc = 8%
Perendaman
dengan Larutan
(NaOH 5%)
selama 2 jam
Serat Kelapa
Berat serat
kelapa 0 phr
Berat serat
kelapa 50 phr
Berat serat
kelapa 30 phr
Study Pustaka dan
Tinjauan Lapangan
MULAI
SELESAI
Rheometer
Test
Uji Kekerasan
Shore A SNI
0778 ; 2009
Pembuatan kompon Komposit
(Ebonit + Serat)
two roll mill
Komposit
Matrik Ebonit
Gambar 1. Alir penelitian
6
2.2 Tahapan Penelitian
Tahapan yang dilakukan dalam pengerjaan penelitian adalah sebagai berikut:
1. Studi literature
Pencarian data yang berhubungan dengan penelitian dari buku atau laporan
yang sesuai, serta meninjau langsung ketempat elektroplating.
2. Persiapan alat dan bahan
Mempersiapkan alat dan bahan yang digunakan untuk penelitian.
3. Proses Perendaman Serat
Proses Perendaman Serat dilakukan dengan merendam serat pada laruan NaOH
5% selama 2 jam.
4. Proses Pembuatan Komposit
Proses pembuatan komposit dimulai penbuatan ebonit dengan mencampur
bahan –bahan penyusun ebonit pada two roll mill kemudian menambahkan serat
pada ebonit yang digiling dengan two roll mill setelah tercampur dengan baik
komposit diambil untuk proses selanjutnya.
5. Proses Reometer
Proses reometer untuk mengetahui suhu dan waktu untuk proses vulkanisasi.
6. Proses Vulkanisasi
Proses vulkanisasi ini untuk mematangkan komposit
2.3 Tahapan Pengujian
Adapun tahapan pengujian sebagai berikut :
1. Proses Persiapan Spesimen
Proses persiapan ini meliputi menyiapkan spesimen uji tarik, uji impact, uji kekerasan
dan foto SEM.
2. Pengujan Komposit
Pengujian tarik dengan standart ASTM D638-02, pengujian impact dengan standar
ASTM D256-00, pengujian kekerasan dengan standar Shore A SNI 0778 : 2009, dan
foto SEM dengan pembesaran 500 kali.
3. Analisa dan pembahasan
Mencatat data hasil penelitian dan melakukan pembahasan lebih lanjut. Diharap dapat
mempunyai hasil positif.
2.4 Alat dan Bahan Pengujian
1. Bahan yang perlu dipersiapkan dalam penelitian adalah: RSS (Ribbed Smoke Sheet),
Carbon Black, ZnO (Zinc Oxide), Stearic Acid (Asam Stearat), Paraffinic Oil,
MBTS(Marcapto Benzhoatizhol Disulfiida), TMT (Tetrametiltiuram Monosulfida),
Sulfur, BHT (Butylated Hidroxy Toluene), Serat Kelapa, NaOH, Aquades
2. Alat yang perlu dipersiapkan dalam penelitian adalah Two Roll Mill, Vulcanizing
Press (Alat Untuk Vulkanisasi Kompon), Rheo Meter , Oven, Jangka Sorong, Alat
7
Ukur Kadar Air Dalam Serat, Cetakan (Mold Dan Frame), Timbangan Digital,
Silicon Oil 100ml, Gelas Ukur.
3. Alat yang digunakan dalam pengujian adalah Alat Uji Tarik), Uji Kekerasan
Shore A, Alat Uji Impact Izod, Alat Foto SEM.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Pengujian Tarik Komposit
Tabel 1. Hasil Rata – Rata Pengujian Tarik Perpanjangan Putus Komposit
Berat serat kelapa Wf (phr)
Tegangan Tarik t (N/mm
2)
Regangan Tarik t (%)
0 4,54 31 30 6,20 84 50 4,90 19
Gambar 2. Histogram Tegangan Tarik Perpanjangan Putus Rata-Rata Pada Pengujian
Tarik Komposit
Gambar 3. Histogram Regangan Tarik Perpanjangan Putus Rata-Rata Pada Pengujian
Tarik Komposit
4.54
6.20
4.90
0
1
2
3
4
5
6
7
0 30 50Teg
an
gan
T
ari
k (
N/m
m2)
31.00
84.00
19.00
0
20
40
60
80
100
0 30 50
Reg
an
gan
ε (
%)
8
Pada hasil pengujian tarik yang telah dilakukan dapat dikesimpulan bahwa
tegangan tarik rata- rata tertinggi diperoleh pada komposit dengan berat serat kelapa
30 phr dengan nilai tegangan tarik 6,20 N/mm2 kemudian komposit dengan berat
serat 50 phr dengan tegangan tarik rata – rata sebesar 4,90 N/mm2
dan terendah pada
komposit dengan berat serat 0 phr dengan nilai tegangan 4,54 N/mm2. Untuk
regangan tertinggi diperoleh pada komposit dengan berat serat 30 phr dengan nilai
regangan sebesar 84% kemudian komposit dengan berat serat 0 phr dengan nilai
regangan rata – rata sebesar 31% dan regangan terendah diperoleh pada komposit
dengan berat serat 50 phr dengan nilai regangan 19 %. Hal ini terjadi karena pada
komposit berat serat 30 phr terjadi ikatan silang dengan serat lebih banyak
dibandingkan dengan sulfur yang mengakibatkan kekuatan tarik komposit meningkat
tetapi tingkat kekerasan menurun.
3.2 Hasil Pengujian Impact Izod
Tabel 2. Hasil Rata-Rata Harga Impact Pada Pengujian Impact Izod
Berat serat kelapa Wf (phr)
Energi Serap Es (Joule)
Harga Impact HI (Joule/mm²)
0 957,51 29,40
30 957,65 29,57
50 957,81 27,33
Gambar 4. Histogram Energi Serap Rata-Rata Pengujian impact izod.
957.51 957.65 957.81
900
910
920
930
940
950
960
970
0 30 50
En
erg
i S
era
p E
s (J
ou
le)
Berat Serat Kelapa Wf (phr)
Histogram Energi Serap
9
Gambar 5. Histogram Harga impact Rata-Rata Pengujian impact izod.
Pada hasil pengujian impact izod dapat disimpulkan dimana harga
impact tertinggi didapat pada komposit dengan berat serat 30 phr dengan harga
impact rata – rata sebesar 29,57 J/mm² kemudian komposit dengan berat serat 0
phr dengan harga impact rata – rata sebesar 29,40 J/mm² dan harga impact
terendah didapat pada komposit dengan berat serat 50 phr dengan harga impact
rata – rata sebesar 27,33 J/mm².
3.3 Hasil Pengujian Kekerasan Komposit.
Tabel 3. Hasil Rata-Rata Kekerasan Komposit
Berat serat kelapa (phr) Kekerasan (Shore A)
0 73,100
30 62,200
50 67,067
Gambar 6. Histogram Nilai Kekerasan Komposit
Dari data yang diperoleh komposit dengan berat serat 0 phr
mempunyai nilai kekerasan rata-rata tertinggi dengan nilai kekerasan 73,100
skala shore A yang disebabkan ikatan silang matrik dengan sulfur lebih
29.40 29.57
27.33
20
22
24
26
28
30
0 30 50
Ha
rg
a I
mp
act
HI
(Jo
ule
/mm
2)
Berat Serat Kelapa Wf (phr)
Histogram Harga Impact
73.100 64.200 67.067
01020304050607080
0 30 50Nil
ai
Kek
erasa
n (
Sh
ore
A)
Berat Serat Kelapa Wf (phr)
Histogram Nilai Kekerasan
10
banyak dibandingkan dengan serat yang mengakibatkan komposit semakin
keras, kemudian komposit dengan berat serat 50 phr dengan nilai kekerasan
rata – rata sebesar 67,067 skala shore A dan terendah didapat pada komposit
dengan berat serat 30 phr dengan nilai kekerasan rata – rata sebesar 64,200
skala shore A.
3.4 Data Hasil Foto SEM
Hasil foto SEM pada Komposit berat serat 0 phr , SEM pada Komposit berat
serat 30 phr, SEM pada Komposit berat serat 50 phr.
Gambar 7. Foto SEM komposit dengan berat serat kelapa 0 phr
11
Gambar 8. Foto SEM komposit dengan berat serat kelapa 30 phr
Gambar 9. Foto SEM komposit dengan berat serat kelapa 50 phr
12
Dari hasil pengamatan foto SEM yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa
komposit dengan variasi berat serat 0 phr, 30 phr, 50 phr mempunyai
karakteristik yang berbeda, hal ini dapat kita lihat pada gambar 7 dimana
komposit dengan berat serat 0 phr lebih tercampur merata karena rongga - rongga
yang timbul sangat seditkit dibandingkan dengan komposit dengan berat serat 30
phr dan 50 phr yang dapat kita lihat pada gambar 8 dan 9 dimana terdapat rongga
– rongga pada permukaan matrik yang disebabkan oleh hilangnya serat yang
semestinya berada disitu, hal ini terjadi karena gaya tarik menarik antara serat
dan matrik kurang sempurna karena matrik hanya membungkus serat tanpa ada
ikatan yang kuat.Hal ini disebabkan karena pada proses pembuatan kompon yang
menggunakan alat two roll mill pada saat pencampuran karet, bahan – bahan
kimia, dan serat belum bisa tercampur merata sehingga ikatan silang belum
terjadi secara sempurna.
4. PENUTUP
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil eksperimen pengujian tarik diperoleh tegangan tarik rata – rata tertinggi
pada variasi komposit dengan berat serat 30 phr dengan tegangan sebesar 6,20
N/mm2. Regangan rata – rata tertinggi terjadi pada variasi komposit dengan
berat serat 30 phr sebesar 84%.
2. Hasil eksperimen pengujian impact izod diperoleh harga impact izod rata –
rata tertinggi pada variasi komposit dengan berat serat 30 phr sebesar 29,57
J/mm².
3. Hasil eksperimen pengujian kekerasan diperoleh harga kekerasan rata – rata
tertinggi pada variasi komposit dengan berat serat 0 phr sebesar 73,100 skala
shore A.
4. Hasil pengamatan foto SEM yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa
komposit dengan variasi berat serat 0 phr, 30 phr, 50 phr mempunyai
karakteristik yang berbeda, dimana pada serat 0 phr lebih tercampur merata
sehingga rongga udara sangat sedikit, dibandingan dengan komposit dengan
berat serat 30 phr dan 50 phr dimana terdapat rongga udara pada permukaan
matrik yang disebabkan oleh gaya tarik - menarik antara serat dan matrik
sangat buruk karena matrik hanya membungkus serat tanpa ada ikatan yang
kuat.Hal ini disebabkan karena pada proses pembuatan kompon yang
menggunakan alat two roll mill pada saat pencampuran karet, bahan – bahan
kimia, dan serat belum bisa tercampur merata sehingga belum dapat terjadi
ikatan silang yang sempurna.
13
PERSANTUNAN
Syukur alahamdulillah, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas berkah dan
rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian ini tugas akhir berjudul
“PENGEMBANGAN KOMPOSIT BERMATRIK EBONIT DENGAN
KANDUNGAN SULFUR 30 PHR YANG DIPERKUAT SERAT KELAPA
UNTUK KOMPONEN OTOMOTIF “ dapat terselesaikan atas dukungan dari
beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, penulis dengan segala ketulusan dan
keikhlasan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, sebagaidekan fakultas teknik Universitas
Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph.D, selaku ketua jurusan teknik
mesin.
3. Bapak Joko Sedyono, ST., M.Eng., Ph.D., selaku pembimbing utama yang telah
membimbing dan mengarahkan dalam penyusunan Tugas Akhir ini dengan
baik, sabar dan ramah.
4. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT, selaku dosen pembimbing kedua yang telah
membimbing dan mengoreksi dalam penyusunan tugas akhir ini dengan baik,
sabar dan ramah.
5. Semua dosen teknik mesin yang telah memberikan banyak ilmu dan dorongan
yang sangat membantu penulis dalam penyusunan tugas akhir ini dengan baik.
6. Bapak, Ibu, kakak tercinta yang tiada henti memberikan motivasi dan do’a
kepada penulis dari awal hingga terselesaikannya penyusunan tugas akhir ini.
7. Teman - teman satu kelompok,satu angkatan terima kasih atas bantuan dan
dukunganya.
Penulisan laporan ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran
yang bersifat membangun akan sangat bermanfaat bagi penulisan laporan
selanjutnya
DAFTAR PUSTAKA
Arizal, R., 2007,”Bahan Kimia Kompon Karet”, Departemen Perdagangan, Jakarta.
ASTM Internasional, 2002, “ASTM D638-02 Standard Test Methods for Tensile
Properties of Plastic”., America Society for Testing and Material,
Philadelpia.
ASTM Internasional, 2000. “ASTM D256-00 Standard Test Methods for
Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics”,. America
Society for Testing and Material, Philadelpia.
14
BSN (Badan Standardisasi Nasional), 2009. “SNI 0778:2009 Sol Karet Cetak”.,
Standar Nasional Indonesia.
Bifel, R. D. N, dkk, 2015, “Pengaruh Perlakuan Alkali Serat Kelapa Terhadap
Kekuatan Tarik Komposit Polyyester”, Teknik Mesin, Universitas Nusa
Cendana, Kupang.
Gibson, 1994., “Principle Of Composite Material Mechanic”. McGraw-Hill
Interrnational Book Company, New York.
Honggokusumo, S., 1994,”Kimia dan Teknologi Vulkanisasi”, Kursus Teknologi
Barang Jadi Karet, BPT, Bogor.
L. Suhardiyono.,1988. “Tanaman Kelapa Budidaya dan Pemanfaatannya”,
Kanisius, Yogyakarta.
Mauliddina dkk, 2011, “ Buku Pintar Kimia Asam, Basa, dan Garam”, Universitas
Pendidikan Indonesia, Bandung.
Maurya, G.P., 1980, “Rubber Technology and Manufacture”, Small Business
Publications, Delhi.
Pantamanatsopa, 2014, “Effect of Modified jute Fiber on Mechanical Properties of
Green Rubber Composite” Kyoto Institute of Technology,Kyoto,Japan.
Sadewa, 2015 “Pengembangan Komposit dari Karet Ebonit dengan Penguat Serat
Serabut Kelapa untuk Komponen Otomotif Penutup Spion Sepeda Motor”,
Tugas Akhir S-1, teknik Mesin Universitas Muhammdiyah surakarta,
Surakarta.
Surdia, T. and Saito, S., 1995., “Pengetahuan Bahan Teknik”. 3nd edition, Pradnya
Paramita, Jakarta.
Trewin, N., 1988. Use of the Scanning Electron Microscope in sedimentology, in
Tucker, M. (Ed), Techniques in sedimentology. Blackwell Science Oxford.
(http://www.google.co.id/durometertesting)