bab 3 pengujian sifat material - · pdf filebab iii pengujian sifat material 3.2.1 pengujian...

BAB III PENGUJIAN SIFAT MATERIAL

BAB III

PENGUJIAN SIFAT MEKANIK MATERIAL

Pada pemodelan numerik (FEM) dibutuhkan input berupa sifat material

dari bahan yang dimodelkan. Sedangkan pada tugas akhir ini digunakan material

komposit alami yang data literatur sifat mekanik materialnya belum ada. Dengan

demikian dilakukan pengujian untuk menentukan sifat mekanik material bahan

tersebut.

3.1 Pembuatan Spesimen

Spesimen yang akan dibuat untuk pengujian terdiri dari 3 jenis yaitu

komposit Rami/Epoxy dan Serat Kelapa/Epoxy untuk lapisan face dan Serbuk

Kelapa/Latek untuk lapisan core.

Untuk lapisan face digunakan bahan serat rami dan serat kelapa.

Sedangkan lapisan core digunakan serbuk kelapa yaitu bahan yang berupa serbuk

atau sekam (granule) yang dipisahkan dari serat kelapa. Bahan ini digunakan

karena memiliki massa jenis yang kecil dan memiliki sifat yang sesuai sebagai

core, selain itu proses pembuatannya relatif lebih mudah karena lebih mudah

meratakan antara serbuk dengan matriknya. Kemudian sebagai matriksnya, yang

berfungsi sebagai perekat, digunakan lem putih PVAc (Polyvinyl Acetat) yang

terdapat dipasaran sebagai matrik pada core, sedangkan untuk face digunakan lem

epoxy.

Gambar 3.1 Bahan Serat yang Digunakan

26


Gambar 3.2 Serbuk Kelapa dan Matrik yang Digunakan

Pada pembuatan material komposit kali ini untuk menentukan jumlah

matrik dan serat atau serbuk digunakan perbandingan volume antara serat atau

serbuk dengan matrik yang digunakan. Perbandingan volume yang digunakan

pada pembuatan spesimen uji kali ini, didapat berdasarkan beberapa kali

percobaan dengan menggunakan perbandingan volume yang berbeda. Dari

percobaan-percobaan tersebut ditentukan perbandingan volume yang sesuai

berdasarkan hasil yang didapat dari segi berat, kerapatan, kekakuan, dan proses

pemanasannya. Untuk bagian core, ditentukan perbandingan volume antara

serbuk kelapa dengan lem putih adalah 5 : 3. Pada saat pembuatannya serbuk

kelapa ditekan sedemikian rupa sehingga dengan volume yang berdasarkan berat

yang dibutuhkan dapat dimasukan semuanya ke dalam cetakan yang digunakan,

karena volume serbuk kelapa pada keadaan kering akan memiliki volume 3 kali

lipat dibandingkan dengan volume setelah dicampur dengan lem dan ditekan.

Pemberian tekanan ini bertujuan untuk mendapatkan kekakuan yang lebih besar

dan daya rekat antar serbuk yang lebih kuat. Kemudian untuk bagian face

ditentukan perbandingan volume antara serat dengan matriks adalah 1:1.

Cara yang akan digunakan untuk membuat spesimen uji ini adalah cara

closed mold untuk core dan hand lay-up untuk pembuatan face. Adapun peralatan

yang digunakan untuk membuat bahan komposit dengan metode tersebut antara

lain :

• Kuas ukuran sedang

• 1 buah gelas ukur

27


• 2 buah pelat besi yang telah dilubangi pada bagian pinggir untuk

memasukkan mur baut untuk alas dan penekan bahan face

• Cetakan sesuai dengan ukuran core yang dibutuhkan untuk uji

karakteristik bahan yaitu 3 x 3 x 3 cm

• Alat penekan dan pemberat

• Mangkuk plastik

• Mistar

• Amplas

• Pisau Cutter

• Hand saw

• Timbangan elektronik

• Jangka sorong

a. cetakan face b. cetakan core

Gambar 3.3 Cetakan yang Digunakan

Bahan yang digunakan sebagai berikut:

• Serat Kelapa

• Serat Rami

• Serbuk kelapa

• Lem Putih PVAc

• Epoxy

• wax

28


3.1.1 Pembuatan Core

Material pembentuk core berupa serbuk kelapa dan latek (lem putih

PVAc) sebagai matrik yang disatukan dengan panas sebagai kataliatornya. Proses

dalam pembuatan core terdiri dari beberapa tahap yaitu :

1. Ukur jumlah serbuk kelapa dan lem yang dibutuhkan sesuai dengan

perbandingan volume dan ukuran dari core.

2. Kemudian campurkan serbuk kelapa dengan lem sedikit demi sedikit dan

diaduk sampai merata antara serbuk dengan lem.

3. Kemudian setelah merata, masukan kedalam cetakan dan tekan sampai

padat. Sebelumnya cekatan sudah diolesi dengan wax agar setelah selesai

mudah dilepas dari cetakan.

4. Cetakan yang telah diisi oleh bahan core tersebut diletakkan diatas plat

yang sebelumnya dipanaskan dengan temperatur sedang sekitar 600 – 700

selama sekitar 2 – 3 jam.

5. Tunggu sampai temperaturnya turun untuk memastikan lem telah kering

dan merekat dengan baik selama sekitar 5 – 6 jam kemudian baru lepaskan

dari cetakan.

3.1.2 Pembuatan Face

Material pertama yang digunakan sebagai pembentuk face adalah serabut

kelapa sebagai serat dan epoxy sebagai matrik. Proses dalam pembuatan face

terdiri dari beberapa tahap yaitu :

1. Menyediakan epoxy (50% epoxy dan 50% katalis) dan serabut kelapa yang

telah dipisahkan dari granulnya.

2. Menentukan perbandingan fraksi volume antara epoxy dan serat kelapa,

perbandingan volume yang digunakan adalah 60% serabut kelapa dan 40%

epoxy.

3. Mengukur volume serabut kelapa dan epoxy sesuai dengan perbandingan

volume dan cetakan yang digunakan.

4. Serabut kelapa dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian epoxy dituangkan

sedikit demi sedikit sambil ditekan menggunakan rolling sampai merata.

29


5. Untuk mengatur ketebalannya digunakan pelat kecil dengan ukuran

tertentu yang dijepitkan diantara kedua permukaan pelat cetakan.

6. Cetakan ditutup dan dibaut sampai serabut kelapa benar-benar tertekan.

7. Face dikeluarkan dari cetakan setelah didiamkan beberapa waktu sehingga

matrik sudah dapat mengeras.

Untuk material kedua yang digunakan sebagai pembentuk face adalah

serat rami sebagai serat dan epoxy sebagai matrik. Proses dalam pembuatan face

terdiri dari beberapa tahap yaitu :

1. Menyediakan epoxy (50% epoxy dan 50% katalis) dan serat rami (woven).

2. Menentukan perbandingan fraksi volume antara epoxy dan serat rami

(woven), perbandingan volume yang digunakan adalah 50% serat rami dan

50% epoxy.

3. Mengukur ukuran serat rami (woven) dan volume epoxy sesuai dengan

perbandingan fraksi volume dan cetakan yang digunakan.

4. Tuangkan campuran epoxy dan katalis tersebut ke atas pelat besi cetakan

secara merata dengan menggunakan bantuan kuas. Kemudian letakkan

lembar pertama serat diatasnya.

5. Tuangkan kembali campuran epoxy dan katalis keatas lembar pertama

sambil ditekan dengan bantuan kuas agar serat dan epoxy merata pada

setiap bagian.

6. Ulangi langkah tersebut sampai lembar terakhir serat dan campuran resin

habis dan kemudian tutup pelat besi tersebut dengan bagian atas pelat dan

kemudian ditekan dengan cara mengencangkan mur baut di bagian yang

berlubang dari cetakan.

7. Sebelum komposit benar-benar kering, potong komposit sesuai ukuran

dengan cutter dan mistar.

3.2 Prosedur dan Peralatan Pengujian

Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa pengujian dilakukan dengan

melakukan pengujian tarik untuk menguji material face dan uji tekan untuk

menguji material core serta pengujian buckling itu sendiri.

30


3.2.1 Pengujian Tarik

Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan mesin uji serbaguna UTM

Dartec berkapasitas 250 kN. Pembebanan dikendalikan dengan komputer yang

juga berfungsi sebagai sistem akuisisi data. Selama pengujian, data berupa gaya

(load) dan perpindahan (stroke atau extension) spesimen diambil dengan interval

yang cukup kecil dan disimpan untuk pengolahan lebih lanjut.

Spesimen uji tarik berukuran 25 x 2,5 x 0,2 cm berbentuk tulang. Gambar

dibawah ini menunjukkan dimensi spesimen uji tarik.

Gambar 3.4 Spesimen Uji Tarik

Langkah-langkah pengujian adalah :

1. Ukur lebar, tebal dan panjang spesimen sesuai dengan dimensi yang

telah ditentukan.

2. Siapkan komputer pengendali mesin uji, gunakan perangkat lunak

untuk mengendalikan mesin dan akuisisi data.

31


3. Pasang spesimen pada pemegang spesimen. Perhatikan agar spesimen

terpasang tegak lurus.

4. Spesimen terlebih dahulu dijepit dengan pemegang bagian atas.

5. Selanjutnya cross head’ mesin diturunkan agar bagian bawah spesimen

berada diantara pemegang bagian bawah untuk dapat pula dijepit.

6. Reset beban menjadi nol.

7. Pengujian dimulai dan lakukan hingga spesimen patah.

3.2.2 Pengujian Tekan

Pengujian tekan dilakukan dengan menggunakan mesin uji serbaguna

UTM Dartec berkapasitas 250 kN. Pembebanan dikendalikan dengan komputer

yang juga berfungsi sebagai sistem akuisisi data. Selama pengujian, data berupa

gaya (load) dan perpindahan (stroke atau extension) spesimen diambil dengan

interval yang cukup kecil dan disimpan untuk pengolahan lebih lanjut.

Spesimen uji tarik berukuran 3 x 3 x 3 cm. Gambar dibawah ini

menunjukkan dimensi spesimen uji tarik.

Gambar 3.5 Spesimen Uji Tekan

Langkah-langkah pengujian adalah :

1. Ukur lebar, tebal dan panjang spesimen sesuai dengan dimensi yang telah

ditentukan.

2. Siapkan komputer pengendali mesin uji, gunakan perangkat lunak untuk

mengendalikan mesin dan akuisisi data.

3. Letakkan spesimen diatas alat uji dengan sebelumnya pada bagian atas dan

bawah spesimen diberi pelat besi sesuai dengan ukuran spesimen.

4. Gerakkan bagian atas alat uji sehingga spesimen tertekan pada kedua arah.

32


5. Reset beban menjadi nol.

6. Pengujian dimulai dan lakukan hingga spesimen rusak.

3.3 Hasil Pengujian

3.3.1 Hasil Uji Tarik

Dari hasil pengujian tarik, diperoleh harga modulus elastisitas bahan

Rami/Epoxy seperti terlihat pada tabel 3.1 di bawah ini,

Tabel 3.1 Data Hasil Pengujian Tarik Rami/Epoxy

Spesimen E

(MPa) Ultimate

Strength (MPa) 1 5098 85,65 2 5796 93,53 3 5199 87,09 4 5171 79,61 5 4158 87,62

Rata-rata 5084,40 86,70

Gambar 3.6 Grafik Hasil Pengujian Tarik Rami/Epoxy untuk Spesimen 1

3.3.2 Hasil Uji Tarik Serat Kelapa/Epoxy



33


Tabel 3.2 Data Hasil Pengujian Tarik Serat Kelapa/Epoxy

Spesimen E

(MPa) Ultimate

Strength (MPa) 1 686 13,444 2 460 9,801 3 565 13,319 4 406 9,298 5 572 8,167

Rata-rata 537,8 10,8058

Gambar 3.7 Grafik Hasil Pengujian Tarik Serat Kelpa/Epoxy untuk Spesimen 3

3.3.3 Hasil Uji Tekan Serbuk Kelapa/Latek



Tabel 3.3 Data Hasil Pengujian Tekan Serbuk Kelapa/Latek

Spesimen E (MPa)

1 18,95 2 17,47 3 15,07 4 18,95 5 16,65

Rata-rata 17,418

34


Gambar 3.8 Grafik Hasil Pengujian Tekan Serbuk Kelapa/Latek Spesimen 2

Grafik-grafik hasil pengujian untuk specimen lainnya ada pada lampiran A.

35

bab 3 pengujian sifat material - · pdf filebab iii pengujian sifat material 3.2.1 pengujian...

Documents