karateristik kekuatan komposit serabut kelapa … · memiliki nilai rerata tarik dan regangan 18,49...
TRANSCRIPT
KARATERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT
KELAPA DENGAN VARIASI ARAH SERAT
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana Teknik Strata 1
program studi Teknik Mesin
Diajukan oleh:
FELICITAS NOI FRISTIANTA RINDRAWAN
NIM: 125214014
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
i
KARATERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT
KELAPA DENGAN VARIASI ARAH SERAT
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana Teknik Strata 1
program studi Teknik Mesin
Diajukan oleh:
FELICITAS NOI FRISTIANTA RINDRAWAN
NIM: 125214014
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
STRENGTH CHARATERISTIC OF COMPOSITE COCONUT
FIBERS WITH FIBER DIRECTION VARIATIONS
FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by:
FELICITAS NOI FRISTIANTA RINDRAWAN
Student Number: 125214014
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2016
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iii
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
iv
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
HALAMAN PERSEMBAHAN
Skripsi ini kupersembahan untukmu:
Tuhan Yesus Sang Juru Selamat
Keluargaku tercinta,
Papaku Thomas Bambang Mintarto
Mamaku Alfrida Limbong
Kakakku Agata Frista Rindayanti
Adekku Alm. Angela Widya Juliani
Yang terkasih Felisitas Purnaningsih
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak dapat terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan
Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis
diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 29 Agustus 2016
Felicitas Noi Fristianta Rindrawan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
INTISARI
Keprihatinan terhadap pemanfaatan akan limbah serat dapat diwujudkan
dengan membuat komposit. Namun, serat alam memiliki beberapa keterbatasan
tertentu. Dalam penelitian ini, dipaparkan tentang karateristik kekuatan tarik
komposit serat serabut kelapa dengan variasi arah serat yang bertujuan untuk
mengetahui kekuatan tarik dan regangannya denganmemanfaatkan bahan sisa dari
buah kelapa.
Langkah awal dalam pembuatan komposit berpenguat serat serabut kelapa
ini menggunakan cetakan kaca yang berukuran 30 x 20 x 0,5 cm. Serabut kelapa
yang akan dibuat komposit dilakukan perlakuan alkali dengan menggunakan
NaOH sebesar 5% dari pelarut air. Dengan menggunakan resin merk Yukalac 235
dengan jenis resin polyestertipe 157 BTQN-EX dan katalis metyl etyl keton
peroksida atau biasa disebut MEKPO. Perbandingan matrik dan serat 70 : 30%
dengan menggunakan standar benda uji komposit mengacu pada ASTM D
3039kecuali pada tebal spesimen. Sebelum melakukan pengujian tarik, komposit
dipotong dengan panjang 200 mm dan lebar 20 mm. Pengujian dilakukan
sebanyak 3 kali dari masing masing variasi yaitu matrik, arah serat sejajar
(continuous roving), arah serat anyam (woven roving), dan arah serat silang.
Pengujian komposit dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma.
Berdasarkan hasil penelitian, dapat disimpulkan bahwa rerata kekuatan tarik
dan regangan matrik yaitu 28,9 MPa dengan regangan sebesar 2,04%, arah serat
sejajar ini yang memiliki nilai rerata tarik dan regangan paling tinggi dari variasi
lain yaitu 21,17 MPa dan regangan 2,06%. Komposit dengan arah serat silang
memiliki nilai rerata tarik dan regangan 18,49 MPa dan 1,21%, komposit dengan
nilai terendah adalah dengan variasi arah serat anyam 16,5 MPa dan 1,68%.
Penambahan 30% serat kelapa dengan arah serat sejajar menyebabkan kekuatan
tarik berkurang 26,74% dibandingkan kekuatan tarik matrik. Disisi lain dapat
meminimalisir penggunaan resin yang harganya relatif mahal. Rata-rata
karateristik patahan pada komposit ini merupakan patahan getas.
Kata kunci : komposit,resin polyester, serat kelapa, arah serat.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
viii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta:
Nama : Felicitas Noi Fristianta Rindrawan
NIM : 125214014
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta skripsi saya yang berjudul:
KARAKTERISTIK KEKUATAN KOMPOSIT SERABUT KELAPA
DENGAN VARIASI ARAH SERAT
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media
lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa
perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama
tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal: 29 Agustus 2016
Yang menyatakan,
(Felicitas Noi Fristianta Rindrawan)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya haturkan kepada Tuhan Yesus, atas segala rahmat dan
karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan lancar.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana
teknik di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta. Skripsi ini membahas mengenaikarakteristik
kekuatan komposit dengan menggunakan serabut kelapa dengan variasi arah serat.
Informasi yang terkait dalam skripsi ini dapat digunakan sebagai bahan pembuat
dashboard pada kendaraan. Memanfaatkan serat alam dari sisa buah kelapa
diharapkan ikut serta melestarikan alam dengan cara yang mudah dan terjangkau.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. SudiMungkasiPh.D, Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing Skripsi.
4. A. Prasetyadi, S.Si, M.Si sebagai Dosen Pembimbing Akademik.
5. Thomas Bambang Mintarta dan Alfrida Limbong selaku orangtua yang selalu
membarikan doa, semangat serta membiayai penulis dalam menyelesaikan
kuliah dan skripsi ini.
6. Agata Frista Rindayanti dan Alm. Angela Widya Yuliani selaku kakak dan
adik yang selalu memotivasi dan mendoakan penulis.
7. Felisitas Purnaningsih yang selalu mendampingi dan memberikan dukungan
bagi penulis.
8. Yosep Dwi Nugroho, Herwin Sihotang, Antonius Wiranto, selaku teman
perjuangan penulis.
9. Teman-teman Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
angkatan 2012 dan 2011.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
10. Seluruh staff pengajar dan karyawan Program Studi Teknik Mesin
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan
ilmu pengetahuan kepada penulis.
11. Serta semua pihak yang terlibat dan ikut serta membantu dalam penyelesaian
skripsi yang tidak bisa disebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan-kekurangan yang perlu
diperbaiki dalam skripsi ini, untuk itu diharapkan kritik dan saran yang bersifat
membagun dari berbagai pihak demi menyempurnakannya. Semoga skripsi ini
dapat bermanfaat bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih.
Yogyakarta, 29 Agustus 2016
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL......................................................................................... i
TITLE PAGE.................................................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN.......................................................................... iv
HALAMAN PERSEMBAHAN....................................................................... v
HALAMAN PERNYATAAN......................................................................... vi
INTISARI......................................................................................................... vii
HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI................................................... viii
KATA PENGANTAR...................................................................................... ix
DAFTAR ISI.................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR....................................................................................... xv
DAFTAR TABEL............................................................................................ xvii
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
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
2.1 Dasar Teori............................................................................................ 5
2.1.1 Komposit........................................................................................ 5
2.1.2 Klasifikasi Bahan Komposit.......................................................... 6
2.1.3 Bahan Komposit Partikel............................................................... 7
2.1.4 Bahan Komposit Serat................................................................... 8
2.1.5 Bagian Utama Komposit............................................................... 10
2.1.5.1 Reinforcement........................................................................ 10
2.1.5.2 Matriks................................................................................... 10
2.1.6 Polimer.......................................................................................... 11
2.1.7 Orientasi Serat............................................................................... 13
2.1.8 Jenis Serat...................................................................................... 15
2.1.9 Pencampuran Komposit................................................................. 15
2.1.10 Fraksi Volume Minimum Reinforcing........................................... 17
2.1.11 Susunan Serat............................................................................... 19
2.1.12 Mekanika Komposit..................................................................... 20
2.1.13 Kondisi Isostrain.......................................................................... 20
2.1.14 Isostres......................................................................................... 21
2.1.15 Modus Kegagalan Lamina........................................................... 22
2.1.15.1 Modus Kegagalan Akibat Beban Tarik
Longitudinal........................................................................ 22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
2.1.15.1 Modus Kegagalan Akibat Beban Tarik
Transversal........................................................................... 23
2.1.16 Serat Kelapa................................................................................. 24
2.1.17 Perlakuan Alkali (NaOH) Pada Serat........................................... 25
2.2 Tinjauan Pustaka.................................................................................... 26
BAB III METODE PENELITIAN................................................................... 28
3.1 Skema Penelitian.................................................................................... 28
3.2 Persiapan Penelitian............................................................................... 29
3.2.1 Alat-alat Yang Digunakan.............................................................. 29
3.2.2 Bahan-bahan Yang Digunakan....................................................... 32
3.2.3 Perhitungan Komposisi Komposit.................................................. 35
3.2.4 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Serat.............................. 36
3.2.5 Standar Uji dan Ukuran Benda Uji................................................. 38
3.3 Cara Penelitian....................................................................................... 38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN.......................................................... 39
4.1 Hasil Pengujian...................................................................................... 39
4.2 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik......................................................... 39
4.3 Pembahasan............................................................................................ 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN............................................................ 53
5.1 Kesimpulan............................................................................................. 53
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
5.2 Saran....................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 55
LAMPIRAN...................................................................................................... 57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Klasifikasi Bahan Komposit..................................................... 9
Gambar 2.2 Orientasi Serat.......................................................................... 14
Gambar 2.3 Diagram Hubungan antara Kekuatan, Fraksi Volume dan
Susunan serat........................................................................... 15
Gambar 2.4 Interphase dan Interfase dalam Komposit............................... 16
Gambar 2.5 (a) Model Komposit Berpenguat Serat,
(b) Kurva Tegangan vs Regangan........................................... 17
Gambar 2.6 Fraksi Volume Serat................................................................ 19
Gambar 2.7 Komposit dengan Kondisi Regangan Sama............................ 21
Gambar 2.8 Komposit dengan Kondisi Tegangan Sama............................ 22
Gambar 2.9 Modus Kerusakan pada Bahan Komposit Akibat Beban
Tarik Longitudinal................................................................... 23
Gambar 2.10 Kegagalan pada Komposit Akibat Beban
Tarik Transversal..................................................................... 24
Gambar 3.1 Skema Jalannya Penelitian...................................................... 28
Gambar 3.2 Alat-alat yang Digunakan....................................................... 32
Gambar 3.3 Serat Sabut Kelapa.................................................................. 32
Gambar 3.4 Resin Polyester....................................................................... 33
Gambar 3.5 Katalis MEKPO...................................................................... 33
Gambar 3.6 NaOH Kristal.......................................................................... 34
Gambar 3.7 Hand Body Lotion................................................................... 34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Gambar 3.8 Acetone...................................................................................... 35
Gambar 3.9 Standar Uji................................................................................ 38
Gambar 4.1 Diagram Kekuatan Tarik Matrik............................................... 44
Gambar 4.2 Diagram Regangan Matrik........................................................ 45
Gambar 4.3 Diagram Kekuatan Tarik Serat Sejajar...................................... 45
Gambar 4.4 Diagram Regangan Komposit Serat Sejajar............................... 46
Gambar 4.5 Diagram Kekuatan Tarik Serat Anyam..................................... 46
Gambar 4.6 Diagram Regangan Komposit Serat Anyam............................. 47
Gambar 4.7 Diagram Kekuatan Tarik Komposit Serat Silang...................... 47
Gambar 4.8 Diagram Regangan Komposit Serat Silang............................... 48
Gambar 4.9 Diagram Rerata Kekuatan Tarik................................................ 49
Gambar 4.10 Diagram Rerata Regangan......................................................... 49
Gambar 4.11 Patahan pada Matrik.................................................................. 51
Gambar 4.12 Patahan pada Komposit Serat Sejajar........................................ 51
Gambar 4.13 Patahan pada Komposit Serat Silang......................................... 52
Gambar 4.14 Patahan pada Komposit Serat Anyam........................................ 52
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Polymeric Matrix Materials For Fiberglass.............................. 12
Tabel 2.2 Sifat Epoksi dan Resin Poliester............................................... 13
Tabel 2.3 Sifat Mekanis Beberapa Serat Alam......................................... 25
Tabel 4.1 Dimensi Benda Uji Serat Tanpa Perlakuan Alkalisasi............. 40
Tabel 4.2 Kekuatan Tarik Serat Tanpa Perlakuan Alkalisasi................... 40
Tabel 4.3 Regangan Serat Tanpa Perlakuan Alkalisasi............................ 40
Tabel 4.4 Dimensi Benda Uji Serat Dengan Perlakuan Alkalisasi........... 40
Tabel 4.5 Kekuatan Tarik Serat Dengan Perlakuan Alkalisasi................. 41
Tabel 4.6 Regangan Serat Dengan Perlakuan Alkalisasi......................... 41
Tabel 4.7 Dimensi Benda Uji Matrik........................................................ 41
Tabel 4.8 Kekuatan Tarik Matrik.............................................................. 41
Tabel 4.9 Regangan Matrik....................................................................... 42
Tabel 4.10 Dimensi Benda Uji Komposit Serat Sejajar.............................. 42
Tabel 4.11 Kekuatan Tarik Komposit Serat Sejajar.................................... 42
Tabel 4.12 Regangan pada Komposit Serat Sejajar.................................... 42
Tabel 4.13 Dimensi Benda Uji Komposit Serat Anyam............................. 43
Tabel 4.14 Kekuatan Tarik Komposit Serat Anyam................................... 43
Tabel 4.15 Regangan pada Komposit Serat Anyam.................................... 43
Tabel 4.16 Dimensi Komposit Serat Silang................................................ 43
Tabel 4.17 Kekuatan Tarik Komposit Serat Silang..................................... 44
Tabel 4.18 Regangan pada Komposit Serat Silang..................................... 44
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xviii
Tabel 4.19 Rerata Kekuatan Tarik dan Regangan....................................... 48
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sebagai negara kepulauan yang berada di daerah tropis dan kondisi
agroklimat yang mendukung, Indonesia merupakan negara penghasil kelapa
terbesar nomor 2 di dunia. Pada tahun 2000, luas area tanaman kelapa di Indonesia
mencapai 3,76 juta Ha, dengan total produksi diperkirakan sebanyak 14 milyar butir
kelapa, sebagian besar (95%) merupakan perkebunan rakyat. Kelapa mempunyai
nilai dan peran yang penting, baik ditinjau dari aspek ekonomi maupun sosial
budaya. (Bank Indonesia, 2004)
Sabut kelapa merupakan hasil samping, dan merupakan bagian terbesar dari
buah kelapa, yaitu sekitar 35% dari bobot buah kelapa. Dengan demikian, apabila
secara rata-rata produksi buah kelapa per tahun adalah sebesar 5,6 juta ton, maka
berarti terdapat sekitar 1,7 juta ton serabut kelapa yang dihasilkan. (Bank Indonesia,
2004). Potensi produksi sabut kelapa yang sedemikian besar belum dimanfaatkan
sepenuhnya untuk kegiatan produktif yang dapat meningkatkan nilai tambahnya.
Serat sabut kelapa, atau dalam perdagangan dunia dikenal sebagai coco fiber, coir
fiber, coir yarn, coir mats, dan rugs, merupakan hasil pengolahan sabut kelapa.
Secara tradisional serat serabut kelapa hanya dimanfaatkan untuk bahan
pembuat sapu, keset, tali dan alat-alat rumah tangga lain (The Encyclopedia of
wood, 1980). Perkembangan teknologi fisika-kimia pada serat dan kesadaran
konsumen untuk kembali ke bahan alami, membuat serat serabut kelapa
dimanfaatkan menjadi bahan baku industri karpet, jok dan dashboard kendaraan,
kasur, bantal, dan lain-lain. Produsen mobil Daimler-Bens pun telah memanfaatkan
serat serabut kelapa sebagai penguat bahan komposit untuk dashboard. (Sumardi,
dkk., 2003).
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat
mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran
tersebut akan dihasilkan material komposit yang mampunyai sifat mekanik dan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
karateristik yang berbeda dari material pembentuknya, sehingga kita leluasa
merencanakan kekuatan material komposit yang kita inginkan dengan jalan
mengatur komposisi dari material pembentuknya.
Bahan komposit sangat luas penggolongan maupun penggunaannya, oleh
karena itu untuk mempermudah penggunaannya jenis komposit dapat dibedakan
sesuai bentuk dan bahan penguat dan pengikat yang digunakan dalam
pembuatannya. Dalam berbagai aplikasi komposit juga terbukti efektif pada
penggunaanya sebagai bahan teknik. Keunggulan komposit dibandingan bahan
dengan bahan logam:
1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat
memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam.
2. Sifat fatigue dan toughness yang baik.
3. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi.
4. Daya redam bunyi yang baik.
5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan
yang baik.
6. Dapat dirancang dengan bobot yang ringan.
7. Dapat dirancang dengan keelastisan yang tinggi.
Selain memiliki keunggulan seperti yang telah disebutkan di atas, komposit
juga memiliki kekurangan sebagai berikut:
1. Sifat-sifat bahan yang berbeda antara satu lokasi dengan lokasi yang lainnya,
tergantung pada arah pengukuran yang dilakukan.
2. Banyak bahan komposit (umumnya bahan polimer) tidak aman dari reaksi
dengan zat-zat kimia atau larutan-larutan tertentu yang menjadikanya
berbahaya bagi kesehatan.
3. Proses pembuatan (pembentukan) bahan komposit ralatif susah, dan perlu
ketelitian dan lama.
4. Masih jarang pihak-pihak yang menjual bahan-bahan komposit.
Komposit serat merupakan perpaduan antara serat sebagai komponen penguat
dan matriks sebagai komponen penguat serat. Serat biasanya mempunyai kekuatan
dan kekakuan yang lebih besar dari matriks dan pada umumnya bersifat ortotropik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
Pada saat serat dan matriks dipadukan untuk menghasilkan sebuah komposit, kedua
komponen tersebut tetap mempertahankan sifat-sifat yang dimilikinya dan secara
langsung akan berpengaruh terhadap sifat komposit yang dihasilkan. Secara khusus
dapat dikatakan bahwa harga kekuatan maupun kekakuan komposit terletak
diantara kekakuan dan kekuatan serta matriks yang digunakan. Dalam hal ini dapat
diartikan bahwa kemampuan komposit terdapat antara kemampuan serat dan
matriks pengikatnya serta memiliki sifat-sifat dari bahan yang jadi penyusunnya.
1.2 Rumusan Masalah
Komposit merupakan material yang memiliki dua penyusun yaitu serat dan
matriks. Agar mendapat sifat dan karateristik yang baik dari komposit, maka
memperhatikan beberapa faktor, salah satunya adalah arah serat. Oleh karena itu
masalah yang diteliti adalah tegangan tarik dan regangan pada komposit yang akan
diaplikasikan pada sebuah dashboard dengan variasi arah serat.
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian dalam tugas akhir ini mempunyai tujuan yaitu:
1. Untuk mengetahui rata-rata kekuatan tarik dan regangan komposit serat
serabut kelapa dengan variasi arah serat sejajar, anyam, dan silang.
2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan serat 30% dari cetakan komposit
terhadap kekuatan tarik dan regangan komposit.
3. Untuk mengetahui karateristik patahan dari setiap variasi komposit.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil dalam penelitian tugas akhir ini adalah:
a. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah uji tarik.
b. Bahan pengikat seratnya adalah komposit.
c. Pengeras yang digunakan adalah katalis.
d. Serat yang digunakan adalah serat serabut kelapa dari sembarang jenis kelapa.
e. Cetakan yang dipakai adalah cetakan kaca berukuran panjang, lebar dan tinggi
30 cm x 20 cm x 0,5 cm
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
f. Proses perlakuan alkali dengan menggunakan larutan NaOH sebesar 5%
selama 2 jam.
g. Lapisan komposit yang dibentuk hanya 2 lapis serat dengan variasi arah serat.
h. Perbandingan yang digunakan matrik dengan serat adalah 70 : 30 dari cetakan
kaca.
i. Standar ukuran benda uji mengacu pada ASTM D3039 kecuali pada ketebalan
benda.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat tentang penelitian komposit ini adalah sebagai berikut:
a. Bagi penulis, dapat menambah wawasan pengetahuan tentang bahan teknik
material, terutama pada komposit.
b. Hasil penelitian dapat dijadikan refrensi bagi para pembuat dan peneliti
mengenai pengaruh variasi arah serat serabut kelapa pada komposit.
c. Hasil penelitian bisa dikembangkan lebih lanjut lagi bagi adik-adik kelas.
d. Hasil penelitian dapat dipergunakan untuk menambah koleksi pengetahuan
yang dapat ditempatkan di perpustakaan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Komposit
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda
sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari
dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut
matrik. Didalam komposit unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya
polimer yang mudah dibentuk. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah
menentukan karakteristik bahan komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat
mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan untuk menahan gaya yang
bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan mengikat serat agar
dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk
bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik
dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.
Komposit memiliki sifat mekanik dan karateristik yang berbeda dari
material pembentuknya. Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari
logam , kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi
dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat
yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat. Komposit dibentuk dari
dua jenis material yang berbeda, yaitu:
a. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ulet tetapi lebih rigid
serta lebih kuat, yang digunakan adalah serat alam.
b. Matrik, umumnya lebih ulet tetapi mempunyai kekuatan rigiditas yang lebih
rendah.
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang
digunakannya yaitu:
1. Fibrous Composites (Komposit Serat) merupakan jenis komposit yang hanya
terdiri dari satu laminat atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
serat atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers,
aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara
acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang
lebih kompleks seperti anyaman.
2. Laminated Composites (Komposit Laminat) merupakan jenis komposit yang
terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya
memiliki karakteristik sifat sendiri.
3. Particulalate Composites (Komposit Partikel merupakan komposit yang
menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara
merata dalam matriksnya.
Sehingga komposit dapat disimpulkan sebagai dua macam atau lebih
material yang digabungkan atau dikombinasikan dalam sekala makroskopis (dapat
terlihat langsung oleh mata) sehingga menjadi material baru yang lebih berguna.
Komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu :
a. Matriks berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi) dari
kerusakan eksternal. Matriks yang umum digunakan : carbon, glass,
kevlar, dll
b. Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks. Filler yang umum
digunakan : carbon, glass, aramid, kevlar.
2.1.2 Klasifikasi Bahan Komposit
Klasifikasi bahan komposit dapat dibentuk dari sifat dan strukturnya. Bahan
komposit dapat diklasifikasikan kedalam beberapa jenis. Secara umum klasifikasi
komposit yang sering digunakan antara lain seperti :
1. Klasifikasi menurut kombinasi material utama, seperti metal-organic atau metal
anorganic.
2. Klasifikasi menurut karakteristik bult-from, seperti system matrik atau laminate.
3. Klasifikasi menurut instribusi unsur pokok, seperti continous dan dicontinous.
4. Klasifikasi menurut fungsinya, seperti elektrikal atau structural (Schwartz,1984)
Sedangkan klasifikasi menurut komposit serat (fiber-matrik composites)
dibedakan menjadi beberapa macam antara lain :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
1. Fiber composite (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik
2. Filled composite adalah gabungan matrik continous dengan matrik yang kedua
3. Flake composite adalah gabungan serpih rata dengan matrik
4. Particulate composite adalah gabungan partikel dengan matrik
5. Laminate composite adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina
(Schwartz, 1984 : 16)
Secara umum bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu bahan komposit
partikel (particulate composite) dan bahan komposit serat (fiber
composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel–partikel yang diikat oleh
matrik. Bentuk partikel ini dapat bermacam–macam seperti bulat, kubik, tetragonal
atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak. Sedangkan bahan
komposit serat terdiri dari serat – serat yang diikat oleh matrik. Bentuknya ada dua
macam yaitu serat panjang dan serat pendek.
2.1.3 Bahan Komposit Partikel
Dalam struktur komposit, bahan komposit partikel tersusun dari partikel–
partikel disebut bahan komposit partikel (particulate composite) menurut
definisinya partikel ini berbentuk beberapa macam seperti bulat, kubik, tetragonal
atau bahkan berbentuk yang tidak beraturan secara acak, tetapi rata–rata berdimensi
sama. Bahan komposit partikel umunya digunakan sebagai pengisi dan penguat
bahan komposit keramik (ceramic matrik composites). Bahan komposit partikel
pada umunya lebih lemah dibanding bahan komposit serat. bahan komposit partikel
mempunyai keunggulan, seperti ketahanan terhadap aus, tidak muda retak dan
mempunyai daya pengikat dengan matrik yang baik.
Bahan komposit partikel merupakan jenis dari bahan komposit dimana bahan
penguatnya adalah terdiri dari partikel-partikel. Secara definisi partikel itu sendiri
adalah bukan serat, sebab partikel itu tidak mempunyai ukuran panjang. Sedangkan
pada bahan komposit ukuran dari bahan penguat menentukan kemampuan bahan
komposit menahan gaya dari luar. Dimana semakin panjang ukuran serat maka
semakin kuat bahan menahan beban dari luar, begitu juga dengan sebaliknya. Bahan
komposit partikel pada umumnya lemah dan fracture toughness-nya lebih rendah
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
dibandingkan dengan serat panjang, namun disisi lain bahan ini mempunyai
keunggulan dalam ketahanan terhadap aus.
Pada bahan komposit keramik (Ceramix Matrix Composite), partikel ini
umumnya digunakan sebagai pengisi dan penguat, sedangkan keramik digunakan
sebagai matrik.
2.1.4 Bahan Komposit Serat
Unsur utama komposit adalah serat yang mempunyai banyak keunggulan,
oleh karena itu bahan komposit serat yang paling banyak dipakai. Bahan komposit
serat terdiri dari serat–serta yang terikat oleh matrik yang saling berhubungan.
Bahan komposit serat ini terdiri dari dua macam, yaitu serat panjang (continous
fiber) dan serat pendek (short fiber dan whisker). Dalam laporan ini diambil bahan
komposit serat (fiber composite). Penggunaan bahan komposit serat sangat efisien
dalam menerima beban dan gaya. Karena itu bahan komposit serat sangat kuat dan
kaku bila dibebani searah serat, sebaliknya sangat lemah bila dibebani dalam arah
tegak lurus serat, Klasifikasi bahan komposit serat dapat di lihat pada Gambar 2.1
sebagai berikut:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Gambar 2.1 Klasifikasi Bahan Komposit
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
Komposit serat dalam dunia industri mulai dikembangkan dari pada
menggunakan bahan partikel. Bahan komposit serat mempunyai keunggulan yang
utama yaitu strong (kuat), stiff (tangguh), dan lebih tahan terhadap panas pada saat
didalam matrik (Schwartz, 1984). Dalam penggembangan teknologi pengolahan
serat, membuat serat sekarang semakin diunggulkan dibandingkan material–
material yang digunakan. Cara yang digunakan untuk mengkombinasi serat
berkekuatan tarik tinggi dan bermodulus elastisitas tinggi dengan matrik yang
bermassa ringan, berkekuatan tarik rendah, serta bermodulus elastisitas rendah
makin banyak dikembangkan guna untuk memperoleh hasil yang maksimal.
Komposit pada umumnya mengunakan bahan plastik yang merupakan material
yang paling sering digunakan sebagai bahan pengikat seratnya selain itu plastik
mudah didapat dan mudah perlakuannya, dari pada bahan dari logam yang
membutuhkan bahan sendiri.
2.1.5 Bagian Utama Komposit
2.1.5.1 Reinforcement
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat)
yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit seperti contoh
serat. Serat (fiber) adalah suatu jenis bahan berupa potongan-potongan komponen
yang membentuk jaringan memanjang yang utuh. Serat dapat digolongkan
menjadi dua jenis yaitu : a. Serat Alami b. Serat Sintesis (serat buatan manusia).
Jenis-jenis serat yang banyak tersedia untuk menggunakan komposit dan
jumlahnya hampir meningkat. Kekakuan spesifik yang tinggi (kekakuan dibagi
oleh berat jenisnya) dan kekuatan spesifik yang tinggi (kekuatan dibagi oleh berat
jenisnya) serat-serat tersebut yang disebut Advanced Composit. Chawla (1987)
2.1.5.2 Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi
volume terbesar (dominan). Matrik mempunyai fungsi sebagai berikut :
a. Mentransfer tegangan ke serat secara merata.
b. Melindungi serat dari gesekan mekanik.
c. Memegang dan mempertahankan serat pada posisinya.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
d. Melindungi dari lingkungan yang merugikan.
e. Tetap stabil setelah proses manufaktur.
Sifat-sifat matrik (Ellyawan, 2008) :
a. Sifat mekanis yang baik.
b. Kekuatan ikatan yang baik.
c. Ketangguhan yang baik.
d. Tahan terhadap temperatur.
Menurut Gibson (1994) matrik dalam struktur komposit dapat dibedakan
menjadi Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix Composites – PMC) Bahan ini
merupajan bahan komposit yang sering digunakan, biasa disebut polimer
berpenguat serat (FRP – Fibre Reinforced Polymers or Plastics).Bahan ini
menggunakan suatu polimer berbahan resin sebagai matriknya, dan suatu jenis serat
seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) sebagai penguatannya.
Komposit ini bersifat :
1) Biaya pembuatan lebih rendah
2) Dapat dibuat dengan produksi massal
3) Ketangguhan baik
4) Tahan simpan
5) Siklus pabrikasi dapat dipersingkat
6) Kemampuan mengikuti bentuk
7) Lebih ringan.
2.1.6 Polimer
Polimer merupakan nama lain dari plastik, yaitu molekul yang besar atau
makro molekul yang terdiri dari satuan yang berulang-ulang atau mer. Polimer telah
mengambil peran penting dalam teknologi. Hal ini dikarenakan polimer memiliki
sifat-sifat seperti ringan, mudah dibentuk. Polimer yang sering dipakai menurut
(Sudira, 1985) adalah polimer yang sering disebut dengan plastik. Plastik dibagi
dalam dua kategori menurut sifat-sifatnya terhadap suhu, yaitu:
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
1. Thermoplastic
Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle)
dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan
menjadi keras apabila didinginkan. Thermoplastic akan meleleh pada suhu
tertentu, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik
(reversibel) kepada sifat aslinya, yaitu kembali mengeras bila didinginkan. Contoh
dari thermoplastic yaitu Poliester, Nylon 66, PP, PTFE, PET, Polieter sulfon, PES,
dan Polieter erketon (PEEK).
2. Thermoset
Thermoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu (irreversibel). Bila sekali
pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Pemanasan
yang tinggi tidak akan melunakkan thermoset melainkan akan membentuk arang
dan terurai karena sifatnya yang demikian sering digunakan sebagai tutup ketel,
seperti jenis-jenis melamin. Plastik jenis thermoset tidak begitu menarik dalam
proses daur ulang karena selain sulit penanganannya juga volumenya jauh lebih
sedikit (sekitar 10%) dari volume jenis plastik yang bersifat
thermoplastic. Contoh dari thermoset yaitu Epoksida, Bismaleimida (BMI), dan
Poli-imida (PI).
Tabel 2.1 Polymeric Matrix Materials For Fiberglass
Polymer Characteristic and Applications
Thermosetting
Epoxies
Polyester
Phenolic
Silicones
High strength (for filament-wound vessels)
For general structures (usually fabric-reinforced)
High-temperature applications
Electrical applications (printed-circuit panels)
Thermoplastic
Nylon
Polycarbonate
Polystyrene
Less common, especially good ductility
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
Dalam pembuatan komposit, resin yang banyak digunakan adalah dari jenis
polimer thermosetting yang terdiri dari:
1. Resin Poliester
Resin poliester adalah bahan matrik polimer yang paling luas penggunaanya
sebagai matrik pengikat, dari proses pengerjaan yang sederhana sampai hasil
produksi yang dikerjakan dengan proses cetakan mesin. Sebagai resin
thermosetting, poliester memiliki kekuatan mekanis yang cukup bagus,
ketahanan terhadap bahan kimia, selain itu harganya relatif cukup murah.
Resin jenis ini banyak digunakan dalam fiber reinforced plastic karena jika
diperkuat dengan serat gelas maka ketahanan panas akan lebih baik, tetapi
kurang kuat. Resin poliester dapat mengalami proses curing dalam suhu
kamar dan dapat dipercepat dengan menambahkan katalis. Bahan poliester
banyak dipergunakan untuk komposit berpenguat serat gelas, contohnya:
kapal, tangki penyimpan air dan perlengkapan bangunan.
2. Resin Epoksi
Resin ini harganya sedikit mahal, tetapi resin jenis ini memiliki keunggulan
dalam hal kekuatan yang tinggi dan penyusutan yang relatif kecil setelah
proses curing. Resin ini banyak dipakai sebagai matrik pada komposit
polimer dengan penguatnya serat karbon atau Kevlar.
Tabel 2.2 Sifat Epoksi dan Resin Poliester
Sifat Poliester Epoksi
Kekuatan tarik (MPa) 40-90 55-130
Modulus elastis (GPa) 2,0-4,4 2,8-4,2
Kekuatan impak (J/m) 10,6-21,2 5,3-53
Kerapatan (g/cm3) 1,10-1,46 1,2-1,3
2.1.7 Orientasi serat
Orientasi serat dapat menentukan suatu bahan komposit, secara umum
penyusun serat pada komposit dapat dibedakan sebagai berikut :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
a. Unidirectional :
Serat disusun secara paralel satu sama lain. Kekuatan tarik yang paling tinggi
terdapat pada bahan yang sejajar dengan arah serat, sedangkan kekuatan yang
paling rendah pada bahan yang tegak lurus.
b. Pseudoisotropic :
Serat disusun secara acak, pada susunan serat ini kekuatan yang terjadi pada
satu titik pengujian mempunyai nilai yang sama
c. Bidirectional :
Serat disusun secara tegak lurus satu dengan yang lain. Pada susunan serat ini
kekuatan tarik yang paling tinggi terdapat pada arah 00 dan 900, sedangkan
kekuatan paling rendah pada serat dengan arah 450.
Gambar 2.2 Orientasi serat
(a dan b Sumber: James F.Shackelford., Introduction to Materials
Science for Engineers. c. Mel M Schwartz)
Sifat mekanik dari pemasangan serat satu arah ini adalah yang paling
proporsional, karena pemasangan serat satu arah ini dapat memberikan kontribusi
pemakaian serat yang paling banyak. Hal ini disebabkan karena pemasangan serat
acak kontribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume sedikit),
hal ini mengakibatkan kekuatan pada komposit akan menurun, seperti pada Gambar
2.3.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
Gambar 2.3 Diagram hubungan antara kekuatan,fraksi volume dan susunan serat
(Sumber: Adiyono 1996)
Jumlah serat pada bahan komposit serat sering dinyatakan dalam fraksi
volume serat (Vf), yaitu perbandingan volume serat terhadap volume bahan (Vc).
Semakin besar kandungan volume serat pada komposit akan mengakibatkan
meningkatnya kekuatan dari komposit tersebut.
2.1.8 Jenis serat
Pengelompokkan komposit dapat dilihat dari bahan penguat pada matrik atau
dapat juga dilihat dari bahan yang menjadi matrik pengikat. Untuk komposit yang
dilihat dari bahan penguat dibagi menjadi komposit dengan bahan penguat serat
dibagi menjadi 2 bagian:
1. Komposit tradisional (komposit alam) yang biasa berupa serat kayu, jerami,
kapas, wol, sutera, serat enceng gondok, serat pisang, dll.
2. Komposit sintesis, yaitu komposit yang mempunyai bahan penguat serat
yang diproduksi dengan industri manufaktur, dimana komponen-
komponennya diproduksi secara terpisah, kemudian digabungkan dengan
teknik tertentu agar diperoleh struktur, sifat dan geometri yang diinginkan.
Serat sintesis ini dapat berupa serat gelas karbon, nilon dan polyester.
2.1.9 Pencampuran komposit
Dalam memilih suatu bahan kopmposit, kombinasi yang tepat dari sifat
masing-masing bahan penyusunnya. Pencampuran bahan yang optimum akan
menghasilkan suatu komposit dengan kualitas yang baik. Sifat komposit ditentukan
oleh phase matrik dan phase reinforce sebagai bahan penyusun. Rongga udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
(void) terjadi karena, tidak merekatnya phase reinforce pada phase matrik. Hal ini
akan menyebabkan rusak atau retak (crack) pada bahan komposit. Adanya rongga
antara phase reinforce dan phase matrik harus dihindari. Seperti pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Interphase dan Interfase dalam komposit
(Sumber: James A.J. dan Thomas F.K., Engineering Materials Technology,
Structure Processing, Properties and Selection)
Bahan komposit dibuat untuk memperbaiki sifat-sifat dari bahan
penyusunnya. Komposit meningkatkan kekuatan tarik matrik dan mengurangi
regangan matrik. Komposit juga menurunkan kekuatan tarik serat dan
meningkatkan regangan serat. Serat yang memiliki sifat getas tetapi memiliki
kekuatan tarik tinggi dipadukan dengan matrik yang memiliki kekuatan tarik yang
rendah dan kekuatan regangan yang besar, akan menjadi suatu bahan yang memiliki
sifat yang lebih baik. Perbaikan sifat inilah yang membuat bahan dari komposit
banyak digunakan sebagai bahan yang digunakan dalam bidang teknik dan industri.
Beberapa perhitungan bahan komposit antara lain :
a) Massa komposit (mc)
mc = mm+mr
dengan : mm = massa matrik
mr = massa renforce
b) Volume komposit (Vc)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Vc = Vm+Vr+Vv
Dengan : Vm = volume matrik
Vr = volume reinforce
Vv = volume voids (rongga,cacat)
c) Kerapatan komposit (ρc)
ρc = ρc = (fm x ρm)+(fr x ρr)
dengan : ρm = kerapatan matrik
ρr = kerapatan reinforce
fm = fraksi volume matrik
2.1.10 Fraksi Volume Minimum Reinforcing
Gambar 2.5 (a) Model komposit berpenguat serat, (b) Kurva tegangan Vs
regangan
(Sumber: Viktor Malau, Diktat Mata Kuliah Komposit)
Modulus elastis komposit kearah longitudinal Ec
Ec = fmEm + frEr
Dengan : Em = modulus elastis matrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Er = modulus elastis reinforced
Jika suatu bahan komposit mendapat beban tarik maka, dalamkondisi ini
phase reinforcing dan matriknya mempunyai perpanjangan yang sama sehingga
dapat ditulis :
Ɛr = Ɛm = Ɛc
Kekuatan tarik bahan komposit (σu)c
(σu)c = Vr(σu)r+(1-Vr)σm
dengan σm = tegangan tarik matrik saat reinforcing putus karena tarikan.
Pada saat tegangan σm dan matrik yang digunakan getas (ɛc = ɛm) maka berlaku :
σm = (𝜎u)𝑟
𝐸r x Em = ArEm
dengan Ar = perpanjangan saat reinforcing putus.
Maka untuk bahan komposit berlaku :
Ec = VrEr + (1-Vr)(𝑑𝜎u)
𝑑ԑm
dengan (𝑑𝜎u)
𝑑ԑm = tangent dari kurva tarik.
Apabila pembebanan berada dalam daerah elastis bahan sama dengan
modulus elastis dari matriknya, maka daerah pembebanan yang elastic maka
berlaku :
Ec = VrEr + VmEm
Agar suatu bahan komposit memiliki sifat mekanis yang baik, fraksi volume
Vr lebih besar dari harga kritis. Tetapi pada kenyataanya, apabila fraksi volume
relatif kecil tidak akan efektif. Ini disebabkan karena tegangan yang terjadi akan
ditahan oleh bahan matrik tersebut. Dalam kondisi ini (σu)c sama dengan tegangan
tarik matriknya (σu)m. maka akan dipakai rumus :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
(σu)c = (1-Vt)(σu)m
Fraksi volume minimum rainforcing adalah
(Vr)min = (𝜎u)m−𝜎u
(𝜎u)r+(𝜎u)m−𝜎m
Gambar 2.6 Fraksi volume serat
(Sumber: Robert M. Jones, Mechanics of Composite Materials)
2.1.11 Susunan serat
Berdasarkan susunan seratnya dapat dibedakan menjadi dua jenis serat yaitu
serat kontinu dan serat tidak kontinu. Berdasarkan teori serat yang panjang akan
lebih efektif dalam menyalurkan beban jika dibandingkan dengan serat yang
pendek. Tetapi teori tersebut sulit untuk diwujudkan dalam praktek pembuatannya.
Hal ini disebabkan karena pada serat yang panjang akan terjadi ketimpangan pada
saat menerima beban antar serat, dimana sebagian serat akan mengalami tegangan
dan serat yang lain bebas dari tegangan. Jika komposit tersebut dibebani hingga
mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah sebelum serat yang lain
menjadi patah. Komposit dengan bahan serat pendek dapat menghasilkan kekuatan
yang lebih besar dibandingkan dengan serat yang panjang, yaitu dengan cara
memasang orientasi serat pada arah optimum yang dapat ditahan oleh serat.
Jenis komposit serat antara lain :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
a) Serat kontinu
Serat satu arah
Serat dua arah
b) Serat tidak kontinu
Serat arah acak
Serat arah teratur
c) Serat multilapis
Laminat
Hybrid
2.1.12 Mekanika komposit
Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan yang lainnya. Tidak
seperti bahan teknik yang lain yang memiliki sifat homogen dan isontropik, bahan
komposit memiliki sifat heterogen dan anisontropik. Sifat heterogen bahan
komposit terjadi karena bahan komposit tersusun dari dua atau lebih bahan yang
memiliki sifat mekanik yang berbeda, sehingga analisis mekanik pada komposit
berbeda dengan bahan konvensional yang lain. Sifat mekanikpada bahan komposit
merupakan fungsi dari :
a. Sifat mekanik komponen penyusunnya
b. Geometri susunan masing-masingkomponen
c. Interface antara komponen
Mekanika komposit dapat dianalisis dari dua sudut pandang, yaitu dengan
analisis mikromekanik dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan
penyusunnya. Analisis makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit
secara umum tanpa memperlihatkan sifat ataupun hubungan antara komponen
penyusunnya.
2.1.13 Kondisi isostrain
Kondisi isostrain merupakan komposit dengan kondisi regangan yang sama.
Dalam hal ini tegangan pada material mengakibatkan regangan yang sama pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
semua lapisan komposit. Kita asumsikan bahwa ikatan antar lapisan tetap utuh
selama dikenai tegangan. Pada contoh komposit ini disebut dengan kondisi
regangan yang sama.
Kita mendapatkan penjumlahan rata-rata modulus elastisitas dari komposit
dengan hubungan antara modulus elastis dari serat, matrik, dan presentase dari
volume masing-masing seperti pada gambar 2.7
Gambar 2.7 Komposit dengan kondisi regangan sama
(Sumber: James A. Jacob, Thomas F. Kilduff Engineering Materials Technology,
Structure, Processing, Properties and Selection 2nd Edition)
2.1.14 Isostres
Maksud dari isostres condision adalah komposit dengan kondisi tegangan
yang sama. Misalnya struktur komposit berlapis yang ideal dan terdiri dari lapisan
serat dan matrik dengan masing-masing susunan lapisan tegak lurus terhadap
tegangan yang ditarik. Dalam kasus ini tegangan pada struktur komposit
menghasilkan kondisi tegangan yang sama, seperti pada gambar 2.8
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
Gambar 2.8 Komposit dengan kondisi tegangan sama
(Sumber: James A. Jacob, Thomas F. Kilduff Engineering Materials Technology,
Structure, Processing, Properties and Selection 2nd Edition)
2.1.15 Modus kegagalan lamina
Pada umumnya ada tiga macam pembebanan yang menyebabkan suatu
bahan komposit menjadi rusak, antara lain pembebanan tarik, tekan dalam arah
longitudinal maupun transversal dan geser.
2.1.15.1 Modus kegagalan akibat beban tarik longitudinal
Pada bahan komposit lamina yang diberi beban searah dengan serat.
Kegagalan berawal dari serat-serat yang patah pada penampang yang paling lemah.
Apabila beban yang diberikan semakin besar, maka semakin banyak serat yang
akan patah. Kebanyakan komposit serat tidak sekaligus patah pada waktu yang
bersamaan. Variasi kerusakan serat yang patah relatif kecil kurang dari 50% beban
maksimum.
Apabila serat yang patah semakin banyak, ada tiga kemungkinan :
a. Bila matrik mampu menahan gaya geser dan meneruskan serat disekitarnya,
maka serat yang patah akan semakin banyak sehingga akan menimbulkan
retak. Bahan komposit akan patah getas seperti gambar 2.9 (a)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
b. Apabila matrik tidak mampu menahan konsentrasi tegangan geser yang
timbul diujung serat dapat terlepas dari matrik dan komposit rusak searah
dengan serat seperti pada gambar 2.9 (b)
c. Kombinasi darikedua tipe patahan pada kasus ini adalah patah serat yang
terjadi di sebarang tempat bersamaan dengan rusaknya matrik. Modus
kerusakan berbentuk seperti sikat, seperti pada gambar 2.9 (c)
Gambar 2.9 Modus kerusakan pada bahan komposit akibat beban tarik
longitudinal
(Sumber: Adiyono, 1996)
2.1.15.2 Modus kegagalan akibat beban tarik transversal
Bahan yang memiliki susunan serat tegak lurus dengan arah pembebanan,
menyebabkan konsentrasi tegangan pada interface antara serat dan matrik itu
sendiri. Karena bahan komposit yang mendapat beban transversal akan gagal pada
intervase antar serat dan matrik, meskipun terjadi juga kegagalan tarnsversal pada
serat bila arah serat acak dan lemah dalam arah transversal.
Dengan demikian modus kegagalan akibat beban tarik transversal terjadi
karena:
Kegagalan matrik
Debonding pada interface antara serat dan matrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Gambar 2.10 Kegagalan pada komposit akibat beban tarik transversal
(Sumber: Bambang Kismono Hadi, 2000:41)
2.1.16 Serat Kelapa
Buah kelapa terdiri dari epicarp yaitu bagian luar yang permukaannya licin,
agak keras dan tebalnya ± 0,7 mm, mesocarp yaitu bagian tengah yang disebut
sabut, bagian ini terdiri dari serat keras yang tebalnya 3–5 cm, endocarp yaitu
tempurung tebalnya 3–6 mm. Sabut merupakan bagian tengah (mesocarp) epicarp
dan endocarp.
Sabut kelapa merupakan bagian terluar buah kelapa. Ketebalan sabut kelapa
berkisar 5-6 cm yang terdiri atas lapisan terluar (exocarpium) dan lapisan dalam
(endocarpium). Endocarpium mengandung serat halus sebagai bahan pembuat tali,
karpet, sikat, keset, isolator panas dan suara, filter, bahan pengisi jok kursi/mobil
dan papan hardboard. Satu butir buah kelapa menghasilkan 0,4 kg sabut yang
mengandung 30% serat.
Komposisi kimia sabut kelapa terdiri atas selulosa, lignin, pyroligneous
acid, gas, arang, ter, tannin, dan potasium.
Dilihat sifat fisisnya sabut kelapa terdiri dari :
a. Seratnya terdiri dari serat kasar dan halus dan tidak kaku.
b. Mutu serat ditentukan dari warna dan ketebalan.
c. Mengandung unsur kayu seperti lignin, suberin, kutin, tannin dan zat lilin.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Dari sifat mekanik nya :
a. Kekuatan tarik dari serat kasar dan halus berbeda.
b. Mudah rapuh.
c. Bersifat lentur. (Zainal. M dan Yulius, 2005)
Tabel 2.3 Sifat Mekanis Beberapa Serat Alam
Sumber: Building Material and Technology Promotion Council
2.1.17 Perlakuan Alkali (NaOH) Pada Serat
Perlakuan alkali adalah perlakuan pada serat yang berguna untuk
menghilangkan kotoran atau lignin pada serat yang memiliki siifat alami serat
kelapa yaitu suka terhadap air atau dapat juga disebut Hydrophilic. Pengaruh
perlakuan alkali terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana
kandungan optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami serat (hydrophilic)
dapat memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal. (Bismarck dkk).
Perendaman alkali dapat meningkatkan kekuatan tarik komposit serat,
karena menurut Maryanti, dkk (2011) komposit yang diperkuat serat tanpa
alkalisasi, maka ikatan antara serat dan resin menjadi tidak sempurna karena
terhalang oleh lapisan menyerupai lilin di permukaan serat.
Perendaman alkali yang terlalu singkat belum sepenuhnya dapat
menghilangkan lapisan lilin pada serat, sehingga ikatan serat dan matrik belum
optimal. Tetapi apabila dilakukan perendaman alkali terlalu lama maka terjadi
penurunan nilai tarik. Hal ini disebabkan hemiselulosa, lignin, dan pektin hilang
sama sekali maka kekuatan serat alam akan menurun karena kumpulan microfibril
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
penyusun serat yang disatukan oleh lignin dan pektin akan terpisah, sehingga serat
kelapa hanya berupa serat-serat halus yang terpisah satu sama lain.
2.2 Tinjauan Pustaka
Yudha Yoga Pratama, dkk (2014) melakukan penelitian berjudul “Pengaruh
Perlakuan Alkali, Fraksi Volume Serat, Dan Panjang Serat Terhadap Kekuatan
Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa – Polyester” yang bertujuan untuk mengetahui
kekuatan tarik dari komposit, melihat perubahan kekuatan yang signifikan terhadap
variasi lamanya perendaman serat (1 jam, 2 jam, 3 jam, 4 jam), faktor panjang serat
(10mm, 20mm, 30mm) fraksi volume serat (35%, 40%, 45%). Kesimpulan yang
didapat adalah kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada spesimen komposit dengan
kombinasi perlakuan alkali selama 2 jam, panjang serat 10mm dan fraksi volume
serat 35% dan hasil kekuatan tarik rata-rata 21.24 MPa.
Sementara itu, Budha Maryanti, dkk (2011) telah melakukan penelitian yang
berjudul “Pengaruh alkalisasi Komposit Serat Kelapa-Poliester Terhadap Kekuatan
Tarik” yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari serat
yang melalui perlakuan alkalisasi dengan yang tidak melalui perlakuan alkalisasi.
Penelitian ini menggunakan variasi persentase konsentrasi NaOH 0%, 2%, 5% dan
8%. Kesimpulan yang dapat diambil secara keseluruhan dari hasil penelitian
tersebut adalah kekuatan tarik komposit untuk perlakuan alkalisasi dengan
persentase 5% dengan proses alkalisasi selama 1 jam menghasilkan kekuatan tarik
97,356 N/mm2, sedangkan tanpa alkalisasi atau alkalisasi 0% menghasilkan
kekuatan tarik sebesar 90,144 N/mm2.
I Made Astika, dkk (2013) melakukan penelitian berjudul “ Karateristik Sifat
Tarik Dan Mode Patahan Komposit Polimer dengan Penguat Serat Sabut Kelapa”
yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik, regangan dan elastisitas dari serat
yang menggunakan variasi serat 20%, 25%, dan 30% dan variasi panjang serat
5mm, 10mm, 15mm, dengan perlakuan NaOH selama 2 jam dan proses curing 65º
C selama 2 jam. Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah panjang serat
15mm dengan fraksi volume serat 30% memiliki kekuatan tarik sebesar 58 MPa,
regangan 1,15%, dan modulus elastisitas 4,47 GPa.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Dengan demikian, kesimpulan yang dapat diabil dari ketiga penelitian diatas
adalah jika perlakuan alkalisasi dengan NaOH semakin besar dan semakin lama
perendamannya maka akan berpengaruh pada kekuatan komposit, dari ketiga
penelitian tersebut belum ada penelitian tentang arah serat yang dapat
mempengaruhi kekuatan tarik pada komposit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema Penelitian
Proses jalannya penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:
Gambar 3.1 Skema Jalannya Penelitian
Pembelian Bahan
Serat Kelapa Resin Katalis Cetakan Kaca
Pembuatan Benda Uji:
1. Resin tanpa serat.
2. Komposit dengan variasi tanpa serat, sejajar (continuous
roving), anyam (woven roving), silang
Pemotongan Bahan
Pengujian:
Uji Tarik
Hasil Penelitian
Pembahasan
Kesimpulan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
3.2 Persiapan Penelitian
Sebelum memulai pengujian, alat dan bahan untuk membuat benda uji perlu
dipersiapkan terlebih dahulu. Proses persiapan ini dengan membeli alat dan bahan
yang diperlukan selama proses pembuatan sampai finishing, lalu mengukur
seberapa banyak bahan yang akan dipakai untuk pembuatan benda uji.
3.2.1 Alat-alat Yang Digunakan
Alat-alat yang digunakan untuk membuat komposit berpenguat serat serabut
kelapa ini dapat ditampilkan pada Gambar 3.2:
a. Cetakan kaca 30 x 20 x 0,5 cm b. Timbangan digital
c. Gunting d. Gelas beker 500 ml
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
e. Spatula kecil f. Gelas ukur 1000 ml
g. Sisir h. Kuas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
i. Jangka sorong j. Suntikan 5 ml
k. Mesin uji tarik l. Mesin milling
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
m. Gerinda
Gambar 3.2 Alat-alat yang digunakan
3.2.2 Bahan Bahan Yang Digunakan
Bahan yang digunakan dalam pembuatan benda uji komposit berpenguat
serat adalah sebagai berikut:
a. Serat Sabut Kelapa
Serat yang dipakai dalam pembuatan benda uji komposit adalah serat sabut
kelapa
Gambar 3.3 Serat Sabut Kelapa
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
b. Resin polyester
Jenis resin yang digunakan dalam pembuatan benda uji adalah resin Yukalac
235. Resin ini berjenis resin polyester tipe 157 BQTN-EX
Gambar 3.4 Resin polyester
c. Katalis
Digunakan untuk mempercepat proses pengerasan dalam pembuatan komposit.
Katalis ini berjenis metyl etyl keton peroksida (MEKPO)
Gambar 3.5 Katalis MEKPO
d. NaOH kristal
Dalam perlakuan alkalisasi digunakan NaOH kristal sebagai bahan
perendaman serat sabut kelapa sebesar 5% dari pelarut air.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Gambar 3.6 NaOH kristal
d. Hand body lotion
Untuk melepaskan komposit dari cetakan menggunakan hand body lotion
sebagai release agent
Gambar 3.7 Hand body lotion
e. Acetone
Dipakai untuk membersihkan alat-alat dari resin yang belum mengalami
pengeringan. Penggunaan acetone ini hanya dapat berfungsi sebelum resin
menjadi kers dan kering.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
Gambar 3.8 Acetone
3.2.3 Perhitungan Komposisi Komposit
Komposisi dari komposit yang dibuat adalah 30% serat sabut kelapa, 69,7%
resin yukalac dan 0,3% katalis. Perhitungan komposisi komposit dihitung
berdasarkan perhitungan volume total cetakan. Dibawah ini adalah perhitungan
yang dilakukan:
a. Menghitung volume cetakan:
Dengan asumsi:
Volume cetakan = Volume komposit total
Vcet = Vkomp
Maka, volume komposit:
Vkomp = 30 cm × 20 cm × 0,5 cm
= 300 cm3
b. Menghitung volume serat:
Volume serat (Vs) = 30% × Vkomp
= 30
100 × 300 cm3
= 90 cm3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
c. Massa serat berdasarkan “Building Material and Technologi Promotion
Council” volume serat:
ρ = 𝑚
𝑣 ; dengan massa jenis serat (ρ) = 1,44 gr/cm3
Maka, massa serat (ms):
ms = ρ × Vs
= 1,44 𝑔𝑟
𝑐𝑚3 × 90 𝑐𝑚3
= 129,6 gr
d. Menghitung volume resin:
Volume matrik (Vm) = 69,7% × Vkomp
= 69,7
100× 300 cm3
= 209,1 cm3
= 209,1 ml
e. Menghitung volume katalis:
Volume katalis (Vk ) = 0,3% × Vkomp
= 0,3
100× 300cm3
= 0,9 cm3
= 0,9 ml
3.2.4 Proses Pembuatan Komposit Berpenguat Serat
Pada proses pembuatan benda uji dibutuhkan 5 benda uji dari setiap variasi
yaitu komposit tanpa serat, arah serat sejajar (continuous roving), anyam (woven
roving), silang, sehingga benda uji sebanyak 20 buah. Proses yang digunakan
dalam pembuatan benda uji komposit adalah proses hand lay-up dengan
menggunakan standar ukuran ASTM D3039 terkecuali pada tebalnya. Berikut
adalah langkah-langkah pembuatan benda uji komposit:
1. Siapkan serat kelapa yang sudah bersih dari kotoran, lalu timbang NaOH
kristal seberat 25 gr, lalu dilarutkan dengan 500 ml air bersih.
2. Rendam serat kelapa kedalam larutan NaOH 5% tersebut selama 2 jam.
3. Bersihkan serat dari larutan NaOH dengan air bersih yang mengalir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
4. Rapikan serat dengan menggunakan sisir, dan rapikan serat dengan posisi
lurus dan taruh pada nampan, kemudian keringkan pada suhu ruangan yang
berkisar antara 27° C.
5. Setelah serat kering, potong serat kelapa sepanjang lebar cetakan yaitu 20 cm.
Timbang serat seberat 129,6 gr. Rapikan serat pada cetakan yang akan di
cetak.
6. Cetakan dibersihkan dari debu, lalu lapisi cetakan dengan hand body agar
hasil benda uji tidak merekat pada cetakan.
7. Campurkan kedalam gelas ukur dengan perbandingan resin 209,1 ml (69,7%)
dan 0,9 ml katalis (0,3%) kemudian aduk secara perlahan sampai rata.
8. Campuran resin dan katalis dituang ke dalam cetakan. Penuangan tersebut
dibagi dalam beberapa tahap tergantung lapisan yang akan dibuat.
9. Serat lapisan pertama diletakkan di atas campuran resin dan katalis yang
sudah dituang.
10. Serat lalu ditekan menggunakan spatula agar campuran resin dan katalis
masuk melalui sela-sela serat dan udara yang tersimpan di dalam diantara
serat dan resin dapat keluar.
11. Kemudian langkah 8 sampai 10 diulang sampai 2 kali pelapisan serat.
12. Komposit ditunggu hingga benar-benar kering pada suhu ruangan.
13. Setelah komposit kering, lalu komposit dipotong, dan dibentuk sesuai standar
yang sudah ditentukan.
14. Komposit siap di uji tarik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
3.2.5 Standar Uji dan Ukuran Benda Uji
Ukuran yang digunakan pada benda uji kecuali tebal, tersaji dalam Gambar
3.9 sebagai berikut:
Gambar 3.9 Standar Uji
3.1 Cara Penelitian
Komposit yang sudah jadi, selanjutnya akan diuji menggunakan metode
pengujian tarik. Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dari
komposit. Adapun langkah-langkah yang harus diperhatikan untuk pengujian tarik
dari benda uji komposit adalah sebagai berikut:
1. Benda uji yang sudah dipotong, dipersiapkan.
2. Kertas milimeter blok diletakkan pada printer.
3. Mesin kemudian dinyalakan, lalu benda uji dipasang pada grip.
4. Grip dikencangkan, dan jangan terlalu keras agar tidak merusak benda uji.
5. Pemasangan extensometer pada benda uji dan nilai elongationnya diatur menjadi
nol.
6. Nilai beban diatur juga menjadi nol.
7. Kecepatan uji diatur, area start ditekan sebanyak 2 kali kemudian tombol down
ditekan.
8. Setelah data dari pengujian tarik didapatkan, proses pengujian tarik diulang
untuk benda uji komposit selanjutnya hingga selesai.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian
Setelah spesimen benda uji di uji tarik, dilakukan pengolahan data dan
perhitungan. Hasil data dan perhitungan dapat berupa tabel dan grafik.
4.2 Hasil Pengujian Benda Uji Matrik
Dari hasil pengujian tarik matrik didapatkan sifat-sifat mekanik yaitu
kekuatan tarik dan regangan. Sebelum pengujian dilakukan ukur tebal dan lebar
terlebih dahulu. Langkah-langkah pengujian dan perhitungan sebagai berikut:
A = Luas penampang matrik
= Lebar x Tebal
= 12,6 x 4.13
= 52,038 mm2
Kekuatan tarik = 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛
𝐴=
155,3
52,038= 2,984 kg/mm2 = 29,24 MPa
Dari pertambahan panjang yang sudah diperoleh, regangan dapat dicari
sebagai berikut:
∆L = pertambahan panjang = 1,43 mm
L0 = panjang mula-mula = 70mm
Regangan = 1,43
70 x 100% = 2,04%
Data hasil spesimen benda uji matrik (tanpa serat), komposit dengan variasi
arah serat sejajar (continuous roving), serat anyam (woven roving), serat silang
disajikan dalam Tabel 4.1 – 4.17.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
Tabel 4.1 Dimensi benda uji serat tanpa perlakuan alkalisasi
Tabel 4.2 Kekuatan tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi
Spesimen
A
(mm2)
Beban
Maksimal
(kg)
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Kekuatan
Tarik
(Mpa)
1 36 43,6 1,21 11,88
2 36 39,3 1,09 10,71
Tabel 4.3 Regangan serat tanpa perlakuan alkalisasi
Tabel 4.4 Dimensi benda uji serat dengan perlakuan alkalisasi
Spesimen Lebar
(mm)
Tebal
(mm)
A
(mm)
Lo
(mm)
1 12 3 36 70
2 12 3 36 70
Spesimen ΔL (mm) Lo (mm) Ԑ (%)
1 31,25 70 44,64
2 31,7 70 45,29
Spesimen Lebar
(mm)
Tebal
(mm)
A
(mm)
Lo
(mm)
1 12 3 36 70
2 12 3 36 70
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Tabel 4.5 Kekuatan tarik serat dengan perlakuan alkalisasi
Tabel 4.6 Regangan serat dengan perlakuan alkalisasi
Spesimen ΔL (mm) Lo (mm) Ԑ (%)
1 25,05 70 35,79
2 17,9 70 25,57
Tabel 4.7 Dimensi benda uji matrik
Tabel 4.8 Kekuatan tarik matrik
Spesimen
A
(mm2)
Beban
Maksimal
(kg)
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Kekuatan
Tarik
(Mpa)
1 36 56,7 1,58 15,45
2 36 46,1 1,28 12,56
Spesimen Lebar
(mm)
Tebal
(mm)
A
(mm)
Lo
(mm)
1 12,5 4 50 70
2 12,5 4,2 52,5 70
3 13 4,2 54,6 70
Spesimen
A
(mm2)
Beban
Maksimal
(kg)
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Kekuatan
Tarik
(MPa)
1 50 135,2 2,7 26,49
2 52,5 151,9 2,87 28,18
3 54,6 178,9 3,27 32,04
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Tabel 4.9 Regangan matrik
Tabel 4.10 Dimensi benda uji komposit serat sejajar
Tabel 4.11 Kekuatan tarik komposit serat sejajar
Tabel 4.12 Regangan pada komposit serat sejajar
Spesimen ΔL (mm) Lo (mm) Ԑ (%)
1 1,5 70 2,14
2 1,35 70 1,92
3 1,45 70 2,07
Spesimen Lebar
(mm)
Tebal
(mm)
A
(mm)
Lo
(mm)
1 13,8 5,25 72,45 70
2 13,8 5,25 72,45 70
3 12,75 5,25 66,93 70
Spesimen
A
(mm2)
Beban
Maksimal
(kg)
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Kekuatan
Tarik
(MPa)
1 72,45 149,1 2,05 20,16
2 72,45 144,5 1,99 19,54
3 66,93 162,6 2,42 23,81
Spesimen ΔL (mm) Lo (mm) Ԑ (%)
1 1,95 70 2,78
2 1,24 70 1,77
3 1,15 70 1,64
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Tabel 4.13 Dimensi benda uji komposit serat anyam
Tabel 4.14 Kekuatan tarik komposit serat anyam
Tabel 4.15 Regangan pada komposit serat anyam
Tabel 4.16 Dimensi komposit serat silang
Spesimen Lebar
(mm)
Tebal
(mm)
A
(mm)
Lo
(mm)
1 12,2 5,05 61,61 70
2 13,5 5,05 68,17 70
3 12,35 5,1 62,98 70
Spesimen
A
(mm2)
Beban
Maksimal
(kg)
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Kekuatan
Tarik
(MPa)
1 61,61 90,5 1,47 14,39
2 68,17 57,1 0,84 8,21
3 62,98 173 2,74 26,91
Spesimen ΔL (mm) Lo (mm) Ԑ (%)
1 0,95 70 1,35
2 1,25 70 1,78
3 1,35 70 1,92
Spesimen Lebar
(mm)
Tebal
(mm)
A
(mm)
Lo
(mm)
1 12,4 6 74,4 70
2 12,4 6 74,4 70
3 11,5 6 69 70
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Tabel 4.17 Kekuatan tarik komposit serat silang
Spesimen
A
(mm2)
Beban
Maksimal
(kg)
Kekuatan
Tarik
(kg/mm2)
Kekuatan
Tarik
(MPa)
1 74,4 141,6 1,91 18,65
2 74,4 136,2 1,83 17,94
3 69 133 1,92 18,88
Tabel 4.18 Regangan pada komposit serat silang
Spesimen ΔL (mm) Lo (mm) Ԑ (%)
1 0,95 70 1,35
2 0,85 70 1,21
3 0,75 70 1,07
Dari hasil pengujian tarik berbagai variasi didapatkan diagram kekuatan
tarik dan regangan, dapat dilihat pada Gambar 4.1 - 4.8.
Gambar 4.1 Diagram kekuatan tarik matrik
26,4928,18
32,04
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3
Kek
uat
an T
arik
(M
Pa)
Spesimen
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Gambar 4.2 Diagram regangan matrik
Gambar 4.3 Diagram kekuatan tarik komposit serat sejajar
2,14
1,92
2,07
1,8
1,85
1,9
1,95
2
2,05
2,1
2,15
2,2
1 2 3
Re
gan
gan
(%
)
Spesimen
20,16 19,54
23,81
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3
Kek
uat
an T
arik
(M
Pa)
Spesimen
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Gambar 4.4 Diagram regangan komposit serat sejajar
Gambar 4.5 Diagram kekuatan tarik komposit serat anyam
2,78
1,771,64
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 2 3
Reg
anga
n (%
)
Spesimen
14,39
8,21
26,91
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3
Kek
uat
an T
arik
(M
Pa)
Spesimen
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
Gambar 4.6 Diagram regangan komposit serat anyam
Gambar 4.7 Diagram kekuatan tarik komposit serat silang
1,35
1,781,92
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 2 3
Reg
anga
n (%
)
Spesimen
18,65
17,94
18,88
17,4
17,6
17,8
18
18,2
18,4
18,6
18,8
19
1 2 3
Kek
uat
an T
arik
(M
Pa)
Spesimen
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Gambar 4.8 Diagram regangan komposit serat silang
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dengan ketebalan spesimen yang
berbeda, didapatkan hasil kekuatan tarik yang paling tinggi ada pada komposit
matrik yaitu sebesar 28,9 MPa. Dari masing-masing lapisan serat komposit diambil
nilai rata-rata dari kekuatan tarik dan regangan. Nilai rata-rata yang diperoleh dapat
dilihat pada Tabel 4.18 dan diargam rerata kekuatan tarik dan regangan komposit
pada Gambar 4.9 – 4.10
Tabel 4.19 Rerata kekuatan tarik dan regangan.
1,35
1,21
1,07
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3
Reg
anga
n (%
)
Spesimen
Variasi Serat
Kekuatan Tarik
Rata-rata (MPa)
Regangan Rata-rata
(%)
SK. Tanpa alkalisasi 11,3 44,97
SK. Dengan alkalisasi 14,01 30,68
Matrik 28,9 2,04
KS. Sejajar 21,17 2,06
KS. Anyam 16,5 1,68
KS. Silang 18,49 1,21
SK: Serabut Kelapa
KS: Komposit Serat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Gambar 4.9 Diagram rerata kekuatan tarik (Mpa)
Gambar 4.10 Diagram rerata regangan (%)
4.3 Pembahasan
Untuk pembuatan komposit perbandingan yang dipakai yaitu 69,7% resin,
0,3% katalis, dan 30% serat. Pada pembuatan komposit ini pembagian resin pada
tiap lapisan berbeda tetapi jumlah resin yang dibutuhkan untuk sekali mencetak
dengan cetakan berukuran 30 x 20 x 0,5 cm tersebut sama yaitu 209,1 ml. Untuk
11,314,01
28,9
21,17
16,518,49
0
5
10
15
20
25
30
35
SK. TanpaAlkali
SK. DenganAlkali
Matrik KS. Sejajar KS. Anyam KS. Silang
Kek
uat
an T
arik
(MP
a)
SK = (Serabut Kelapa)KS = (Komposit Serat)
Diagram Kekuatan Tarik Rata-rata (Mpa)
44,97
30,68
2,04 2,06 1,68 1,2105
101520253035404550
SK. TanpaAlkali
SK. DenganAlkali
Matrik KS. Sejajar KS. Anyam KS. Silang
Reg
anga
n (%
)
SK = (Serabut Kelapa)KS = (Komposit Serat)
Diagram Regangan Rata-rata (%)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
sekali mencetak dibutuhkan 129,6 gr serat sabut kelapa, setiap satu lapisan
membutuhkan 64,8 gr serat. Cara pembuatan komposit yang hanya 2 lapis ini,
tuangkan terlebih dahulu 100 ml matrik taruh serat pada cetakan lalu rapikan
dengan menggunakan spatula lakukan kembali hal yang sama sekali lagi, setelah 2
lapis tutup kembali lapisan yang ke dua dengan resin, kemudian tekan dengan
menggunakan kaca, lalu taruh beban di atas cetakan kaca agar sesuai dengan
ketebalan benda uji.
Pengujian matrik yang telah dilakukan menunjukkan bahwa, matrik
(komposit tanpa serat) yang diuji memiliki nilai tarik rata-rata tertinggi dari semua
variasi yaitu sebesar 29,9 MPa dan regangan sebesar 2,04%. Sedangkan komposit
dengan arah serat sejajar tidak jauh beda yang hanya memiliki nilai tarik rata-rata
21,17 MPa dan regangannya sebesar 2,06%. Penambahan serat 30% dari cetakan
kaca dengan arah serat sejajar ini tidak berpengaruh pada nilai kekuatan tariknya,
melainkan meningkatkan nilai regangannya, penambahan serat sisa buah kelapa ini
dapat juga meminimalisir penggunaan resin yang di pasaran harga resin cukup
mahal.
Dari sisi lain, penggunaan arah serat yang sejajar inilah yang terkuat
dibandingkan dengan serat anyam dan acak. Hal ini disebabkan pembebanan pada
matrik tersalurkan secara vertikal dan merata pada serat. Serat acak yang memiliki
nilai tarik rata-rata 18,49 MPa dan regangan rata-rata 1,21% yang menyebabkan
serat acak ini patah adalah beban dari matrik di salurkan pada serat yang tidak
beraturan, menyebabkan matrik tersebut sobek dan patah terlebih dalu tidak disertai
patahnya serat, patahan pada serat acak ini berbeda dengan yang lain karena serat
acak tidak patah pada saat yang bersamaan ketika matrik diberi beban patahan pada
serat acak tersebut masih menggantung pada bekas patahan. Serat anyam memiliki
nilai tarik rata-rata terendah yaitu 16,5 MPa dan regangan rata-rata 1,68% hal ini
disebabkan karena pembebanan pada matrik tersalurkan secara tidak sempurna,
separuh pembebanan disalurkan secara vertikal dan terputus karena terdapat serat
yang melintang pada sumbu horizontal hal ini menyebabkan patahnya benda uji.
Rata-rata jenis patahan pada pengujian ini adalah patah getas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
Patahan pada komposit juga tak lepas dari timbulnya void dan permukaan
bekas mesin milling dalam pembuatan radius komposit. Void atau yang dinamakan
gelembung udara yang terjebak pada saat pencetakan komposit. Void inilah yang
membuka celah untuk mematahkan komposit. Dalam pembuatan radius juga dapat
mempengaruhi karena bekas mata bor yang tidak rata akan menimbulkan celah
yang dapat berakibat patahnya benda uji. Berikut gambar patahan komposit dari
masing masing variasi disajikan dalam Gambar 4.11 - 4.14.
Gambar 4.11 Patahan pada matrik
Gambar 4.12 Patahan pada komposit serat sejajar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
Gambar 4.13 Patahan pada komposit serat silang
Gambar 4.14 Patahan pada komposit serat anyam
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan penulis dapat diambil kesimpulan:
1. Kekuatan tarik rata-rata matrik adalah 28,9 MPa dan regangan 2,04%.
Sedangkan yang menggunakan serat sejajar memiliki kuat tarik 21,17 MPa dan
regangan 2,06% yang hampir sama dengan matrik. Nilai kuat tarik dan
regangan pada serat acak 18,49 MPa, regangannya 1,21%. Komposit dengan
variasi arah serat anyam memiliki nilai rata-rata terendah yaitu hanya 16,5 MPa
dan regangannya 1,21%.
2. Penambahan 30% serat kelapa dari cetakan dengan arah serat sejajar
menyebabkan kekuatan matrik berkurang 26,74% menjadi 21,17 Mpa.
3. Kerusakan yang terjadi pada komposit setelah dilakukan uji tarik merupakan
patah getas. Patahan pada serat acak berbeda dengan variasi arah serat sejajar
dan anyam karena serat acak menggantung pada bekas patahan.
5.2 Saran
Dalam penelitian yang sudah dilakukan masih terdapat kesalahan dan
kekurangan. Untuk menyempurnakan penelitian selanjutnya perlu diperhatikan hal-
hal sebagai berikut:
1. Pada proses pembuatan benda uji adalah dengan cara hand lay-out ntuk
mendapatkan ketebalan yang seragam sebaiknya pembuatan benda uji
dilakukan sangat teliti dan memperhatikan tempat untuk meletakkan cetakan.
Tempat yang aman untuk meletakkan cetakan adalah harus di permukaan yang
rata, jika tidak maka dalam penuangan resin dan penge-press an hasinya tidak
akan merata.
2. Dalam pembuatan komposit dengan metode hand-lay out ini tidak luput
dengan adanya void dan crack pada saat pembuatan radius dengan mesin
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
milling, oleh sebab itu waktu pembuatan radius dengan menggunakan mesin
miling diperlukan ekstra hati-hati agar benda uji tidak patah.
3. Dalam pengujian tarik agar diperoleh data yang akurat dan tidak terjadi patah
di luar panjang ukur, maka kharus diperhatikan komposit yang akan di jepit di
griper harus rata. Hal tersebut penting agar benda uji benar-benar tegak lurus
dan tidak meleset. Jika griper menjepit tidak sempurna atau miring data yang
didapat tidak akurat.
4. Dalam penelitian ini hanya menggunakan uji tarik, untuk penliti selanjutnya
bisa juga diteruskan dengan uji bending atau uji impak, khususnya pada serat
acak untuk mengetahui karateristik kekuatannya yang lebih mendetail.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
DAFTAR PUSTAKA
_____________, 1980, The Encyclopedia of wood pp 68-75, Sterling Publishing
Co.
_____________, 2004, Pola Pembiayaan Industri Serat Sabut Kelapa, Bank
Indonesia, www.bi.go.id/Sipuk/lm/ind/serat_kelapa.
Adiyono, Aloysius Lilik (1996). Pengaruh Suhu Curing Terhadap Komposit
Polimer. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma.
Yogyakarta.
Askar, (24 Juli 2010). Si ajaib komposit. diambil pada tanggal 26 Mei 2016, dari
https://alfarisy89.wordpress.com/tag/serat/
Astika, I Made., I Putu Lokantara., I Made Gatot Karohika., at al. (2013).
Karateristik sifat tarik dan mode patahan komposit polimer dengan penguat
serat sabut kelapa, 535-541.
ASTM D 3039 (1990). Standard Test Method for Tensile Properties of Fibre Resin
Composite. ASTM Standard and Literature References for Composite
Material, 2ed., American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA.
Bismarck, 2002, Inlfuence of alkali treatment on surface properties of fibers, Mc
Graw hill, New York.
Chawla, K. K. (1987). Composite Materials, First Ed. Berlin. New York: Spinger-
VerlagInc.
Ellyawan S., Arbintarso., Hary Wibowo, (2008), “Modulus Elastisitas dan Modulus
Pecah Papan Partikel Sekam Padi”, Technoscientia, Badan Pengkajian dan
Penerapan Sains dan Teknologi, Yogyakarta
Gibson, R. F. 1994 Principles of Composite Material Mehanics. Singapore: Mc
Graw Hill, Inc.
Jacobs, Kilduff, T. F., Engineering Materials Technology Structure, Processing
Properties and Selection, Prentice Hall International. Inc.
Jones, Robert M, Mechanics of Composite Material. Mc Graw Hill, New York.
1975.
Kismono Hadi, Bambang, Mekanika Struktur Komposit, November 2000.
Malau, V., Diktat Mata Kuliah Komposit. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta.
Maryanti Budha., A. As’ad Sonief., Slamet Wahyudi. (2011). Pengaruh alkalisasi
komposit serat kelapa-poliester terhadap kekuatan tarik, 123-129.
Nugroho, Yosep Dwi. (2016). Karateristik Komposit Serat Glass dengan Variasi
Jumlah Lapisan. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma.
Yogyakarta.
Schwart, M.M. Composite Materials, Processing, Facbrication and Aplications.
New Jersey: Pretince Hall PTR
Shackelford, J. F., Introduction to Materials Science For Engineers, Prentice Hall
International, Inc.
Surdia, Tata., & Shiroku Saito. (2005). Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: PT.
Pradnya Paramita.
Tamaela, Vinna Marcelia. (2016). Karateristik curing 80°C dan 100°C komposit
serat e-glass. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Sanata Dharma.
Yogyakarta.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Yoga, Yuda Pratama., R. Hari Setyanto., & Ilham Priadythama. (2014). Pengaruh
perlakuan alkali, fraksi volume serat, dan panjang serat terhadap kekuatan
tarik komposit serat sabut kelapa – polyester, 8-9, 11-14.
Zainal, M. Dan F. Yulius. (2005). Prospek Pengolahan Hasil Samping Buah Kelapa.
Pusat Penelitian dan Pengembangan Perkebunan Indonesian Center for
Estate Crops and Development. Bogor.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
LAMPIRAN
Hasil uji tarik serat tanpa perlakuan alkalisasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
Hasil uji tarik serat dengan perlakuan alkalisasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
Hasil uji tarik matik
Hasil uji tarik komposit arah serat sejajar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Hasil uji tarik komposit arah serat anyam
Hasil uji tarik komposit arah serat silang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI