penggunaan metode vacuum bagging pada proses …repository.ub.ac.id/6919/35/pusananda, febriko...

PENGGUNAAN METODE VACUUM BAGGING PADA

PROSES PEMBUATAN KOMPOSIT BERSERAT KULIT

POHON WARU (HIBISCUS TILIACEUS)

SKRIPSI

TEKNIK MESIN KONSENTRASI TEKNIK PRODUKSI

Diajukan utuk Memenuhi Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

FEBRIKO DRIA PUSANANDA

NIM. 135060201111063

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

LEMBAR PENGESAHAN

PENGGUNAAN METODE VACUUM BAGGING PADA PROSES

PEMBUATAN KOMPOSIT BERSERAT KULIT POHON WARU

(HIBISCUS TILIACEUS)

SKRIPSI

TEKNIK MESIN KONSENTRASI

TEKNIK PRODUKSI

Diajukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik

FEBRIKO DRIA PUSANANDA

NIM. 135060201111063

Skripsi ini telah direvisi dan disetujui oleh dosen pembimbing

pada tanggal 14 September 2017

Dosen Pembimbing I

Dr.Eng.Sofyan Arief Setyabudi,ST.,M.Eng.

NIP. 19731124 199802 1 001

Dosen Pembimbing II

Ir. Ari Wahjudi.,MT .

NIP. 19680324 199412 1 001

Mengetahui,

Ketua Program Studi S1

Dr. Eng. Widya Wijayanti, ST., MT.

NIP. 19750802 199903 2 002

PERNYATAAN ORISINALITAS SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa sepanjang sepengetahuan saya dan

berdasarkan hasil penelurusan berbagai karya ilmiah, gagasan dan masalah ilmiah yang

diteliti dan diulas didalam Naskah Skripsi ini adalah asli dari pemikiran saya. Tidak pernah

terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar

akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini

dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur

jiplakan, saya bersedia Skripsi dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan perundang-

undangan yang berlaku (UU No. 20 Tahun 2003, pasal 25 ayat 2 dan pasal 70).

Malang, 4 September 2017

Mahasiswa,

Febriko Dria Pusananda

NIM. 135060201111063

JUDUL SKRIPSI:

Penggunaan Metode Vacuum Bagging pada Proses Pembuatan Komposit Berserat Kulit

Pohon Waru (hibiscus tilliaceus)

Nama Mahasiswa : Febriko Dria Pusananda

NIM : 135060201111063

Program Studi : Teknik Mesin

Minat : Teknik Produksi

KOMISI PEMBIMBING

Pembimbing I : Dr. Eng. Sofyan Arief Setyabudi, S.T., M.Eng.

Pembimbing II : Ir. Ari Wahjudi, MT.

TIM DOSEN PENGUJI

Dosen Penguji 1 : Dr. Ir. Achmad As’ad Sonief ., MT

Dosen Penguji 2 : Ir. Erwin Sulistyo, MT.

Dosen Penguji 3 : Nafisah Arina Hidayati, ST., M.Eng.

Tanggal Ujian : 31 Juli 2017

SK Penguji : 953/UN10.6/SK/2017

Teruntuk Kedua Orang Tua dan Kakakku, Terimakasih Telah

Memberikan Dukungan Moril dan Materiil hingga saya Sarjana.

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah SWT, karena atas rahmat dan

hidayah-Nya Penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi ini dengan baik. Laporan

skripsi ini berjudul “Penggunaan Metode Vacuum Bagging pada Proses Pembuatan

Komposit Berserat Kulit Pohon Waru (hibiscus tilliaceus)”.

Laporan ini disusun sebagai bentuk dokumentasi dan hasil akhir dari proses

perkuliahan yang telah dilaksanakan. Laporan ini juga diajukan sebagai syarat kelulusan

untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik dalam kurikulum program studi Teknik Mesin

Universitas Brawijaya.

Dalam melaksanakan proses penelitian dan penyusunan laporan ini, penulis

menyadari bahwa tidak akan dapat menyelesaikan semuanya dengan baik tanpa bantuan

dari banyak pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terima kasih sebesar-besarnya kepada banyak pihak di antaranya:

1. Bapak Dr. Eng. Sofyan Arief Setyabudi, ST.,M.Eng. selaku dosen pembimbing I

yang telah memberi bimbingan serta ilmu dalam penyusunan skripsi ini

2. Bapak Ir. Ari Wahjudi, MT. selaku dosen pembimbing II dan dosen pembimbing

akademik atas saran, bimbingan, dan motivasi dalam penyusunan skripsi ini

3. Bapak Dr.Eng. Nurcholis Hamidi, ST.,M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Universitas Brawijaya

4. Bapak Purnami, ST.,MT selaku Sekertaris Jurusan Teknik Mesin Universitas

Brawijaya

5. Ibu Dr.Eng. Widya Wijayanti, ST.,MT. selaku Kepala program studi S1

6. Bapak Agus Purwanto dan (Almh) ibu Ratih Sri Hendarti selaku orangtua yang selalu

memotivasi penulis, serta ibu Herlina, Mbak Astrid dan Diandra yang selalu

memberikan dukungan baik moral maupun materiil.

7. Seluruh dosen jurusan Teknik Mesin Universitas Brawijaya yang telah memberi ilmu

selama perkuliahan

8. Keluarga besar Laboratorium Pengujian Bahan Teknik Mesin UB yang selalu

membantu terealisasinya tulisan ini, khususnya Bapak Erwin Sulistyo, Bapak

Suhastomo, Bu Putu, Safira, Andre, Bonang, Izhar, Padang, Ira, Ikbar, Tino, Abiel

jahat, Abiel baik, Vicky, Diyan,, Isty, Mas oye. Mas Yogi, Mas Kharisma, Mas

ii

Weko, Mas Ateng, Mas Rifki, Mas Sonson, Mas Andi, Mas Ndoy, Mas Edo dan

Mbak Disya.

9. Teman-teman CALON ST khususnya Fadio, Aga, Acil, Lutvi, Acong, Satrio,

Bangun, Gopal, Fariz, Fahri, Razan, Isna, Sondy dan Detya terimakasih teman teman

seperjuangan dari maba.

10. Laboratorium Komposit dan penunggunya, Mas Bagus, Mas Mahatir, dan Adin.

11. Pengurus Himpunan periode 2016/2017 khususnya Firman, Ayu, Fathan, Arab,

Munif, Sudiro, Gendut, Okky, Chandra, Dhika, Jipau, Dodo, Azlan, Ripal, Emak,

Kamarudin, dan seluruh anggota pengurus Himpunan, terimakasih telah menemani

dan bekerja bersama.

12. Keluarga Besar Mahasiswa Mesin, Khususnya M13 “SUSAH SENENG

TANGGUNG BARENG” Putra dio, Rudy, moris, fajar, rossi, agung, narji, puji,

wiwid, beryl, rizky agusta, reza sipit, lucky, desy, melisa, jhordan, zulfa, babat, alim,

rifki usri, dan seluruh teman teman.

13. Pengurus BEM dan teman ngopi Ifur, Razi, Adi, Mukti, Akbar, Lingga, Oase, Rudy,

Dzaky, David, Tatag, Ojan, Dio, Fani, dan Imam.

14. Dhestin Herzuna Aldila yang selalu menemani, mengingatkan dikala malas dan

memotivasi penulis dalam mengerjakan tulisan ini.

15. Seluruh pihak yang membantu tersusunnya tulisan ini

Penulis menyadari laporan ini masih jauh dari sempurna dan masih terdapat

banyak kekurangan. Oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang dapat

membantu perkembangan pembahasan terkait topik laporan ini maupun bagi penulis

secara pribadi. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak dan bagi

perkembangan keilmuan Teknik Mesin Universitas Brawijaya.

Malang, Juli 2017

Penulis

iii

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR .............................................................................................. i

DAFTAR ISI ............................................................................................................. iii

DAFTAR TABEL..................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ vii

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ x

RINGKASAN .......................................................................................................... xi

SUMMARY ............................................................................................................. xii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 LatarBelakang ...................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ................................................................................................ 2

1.3 Batasan Masalah................................................................................................... 2

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................................. 3

1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Sebelumnya ......................................................................................... 4

2.2 Material Komposit ............................................................................................... 4

2.3 Klasifikasi Komposit ............................................................................................ 5

2.4 Matrik ................................................................................................................... 7

2.5 Jenis – jenis Matrik Polimer ................................................................................. 8

2.5.1 Thermoset Resin.......................................................................................... 9

2.5.2 Thermoplastic Resin................................................................................... 10

2.6 Serat ..................................................................................................................... 11

2.6.1 Keuntungan ................................................................................................. 13

2.6.2 Kerugian ...................................................................................................... 13

2.7 Pohon Waru .......................................................................................................... 14

2.8 Polimer Dan Polimerisasi ..................................................................................... 14

2.9 Teori Ikatan Matriks dan Serat Penguat ............................................................... 16

2.10 Kekuatan Tarik dan Debonding ......................................................................... 17

2.11 Metode Manufaktur Komposit ........................................................................... 18

2.11.1 Proses Cetakan Terbuka / Open-Mold Process ......................................... 19

iv

2.11.2 Proses Cetakan Tertutup / Closed Mold Processes ................................... 21

2.12 Cacat pada komposit .......................................................................................... 24

2.13 Hipotesis ............................................................................................................. 25

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Metodologi Penelitian .......................................................................................... 26

3.2 Tempat Pengambilan Data Pengujian .................................................................. 26

3.3 Variabel Penelitian ............................................................................................... 26

3.3.1 Variabel Bebas ............................................................................................ 26

3.3.2 Variabel Terikat .......................................................................................... 26

3.3.3 Variabel Terkontrol ..................................................................................... 26

3.4 Spesifikasi Alat Dan Bahan ................................................................................. 27

3.4.1 Bahan Penelitian.......................................................................................... 27

A. Resin........................................................................................................ 27

B. Serat ......................................................................................................... 27

C. Larutan Alkali ......................................................................................... 28

3.4.2 Alat Penelitian ............................................................................................. 29

A. Mesin uji Tarik Komposit ....................................................................... 29

B. Gelas Ukur............................................................................................... 29

C. Timbangan digital ................................................................................... 30

D. Sealent Tape ............................................................................................ 30

E. Plastic Bag ............................................................................................... 31

F. Vacuum Compressor ............................................................................... 31

G. Resin Trap ............................................................................................... 36

H. Alas Cetakan ........................................................................................... 36

3.5 Spesimen Uji Tarik Komposit .............................................................................. 32

3.6 Instalasi Penelitian ............................................................................................... 33

3.7 Prosedur Penelitian............................................................................................... 33

3.7.1 Proses Perendaman Alkali........................................................................... 33

3.7.2 Proses Vacuum Bagging ............................................................................. 33

3.8 Analisa Data ......................................................................................................... 34

3.9 Diagram Alir Penelitian ....................................................................................... 34

v

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil dan Pembahasan Penelitian......................................................................... 35

4.2 Foto Permukaan Produk Komposit Vacuum Bagging ......................................... 36

4.3 Analisa Patahan Komposit dengan Metode Vacuum Bagging ............................ 42

4.3.1 Analisa Patahan Matrik Epoxy .................................................................... 43

4.3.2 Analisa Patahan Matrik Polyester ................................................................ 45

4.3.3 Analisa Patahan Matrik Bisphenol............................................................... 47

4.3.4 Analisa Patahan Matrik Ripoxy ................................................................... 49

4.4 Perbandingan Patahan Produk Komposit ............................................................. 51

4.4.1 Epoxy ........................................................................................................... 51

4.4.2 Polyester ....................................................................................................... 52

4.4.3 Bisphenol ..................................................................................................... 53

4.4.4 Ripoxy .......................................................................................................... 54

4.5 Pengaruh Notch pada Hasil Patahan Produk Komposit ....................................... 55

4.5.1 Data Hasil Pengujian Tarik Komposit dengan Metode Vacuum

Bagging ................................................................................................................ 56

4.5.2 Diagram Tegangan Regangan Komposit Natural Fiber dengan metode

Vacuum Bagging .................................................................................................. 58

4.6 Perbandingan Kekuatan Tarik metode Vacuum Bagging dengan Resin

Infusion ...................................................................................................................... 60

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 61

5.2 Saran ............................................................................................................ 61

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

vi

DAFTAR TABEL

No. Judul Halaman

Tabel 3.1 Komposisi Serat Waru ......................................................................... 28

Tabel 3.2 Ukuran Spesimen Uji Tarik ASTM D638-03 ...................................... 32

Tabel 4.1 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Epoxy ........................ 37

Tabel 4.2 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Polyester ................... 38

Tabel 4.3 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Bisphenol .................. 39

Tabel 4.4 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Ripoxy ....................... 40

vii

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Halaman

Gambar 2.1. Klasifikasi Komposit ............................................................................ 6

Gambar 2.2. Particle-Reinforce (Filler Composites) ................................................ 6

Gambar 2.3 (A) Serat Panjang Orientasi Searah. (B) Serat Pendek Orientasi

Serah. (C) Serat Pendek Orientasi Acak. ................................................................... 7

Gambar 2.4. Sandwich Panel Composite .................................................................. 7

Gambar 2.5. Klasifikasi Komposit Berdasarkan Matrik Penyusunnya...................... 8

Gambar 2.6. Tampak Penampang Samping Ikatan Molekul Thermoset Resin

Ketika Pengawetan ................................................................................ 9

Gambar 2.7. Karakteristik Beberapa Thermoset Resin .............................................. 9

Gambar 2.8. Bentuk Molekular (A) Amorphous Dan (B) Semi-Crystalline

Polimer ................................................................................................................... 10

Gambar 2.9. Beberapa Jenis Resin Thermoplastic Dan Karakteristiknya ................ 11

Gambar 2.10. Susunan Serat Acak (Kanan) Dan Teratur (Kiri) ............................... 12 14

Gambar 2.11. Daun Dan Bunga Pohon Waru Hibiscus Tiliaceus ............................ 14

Gambar 2.12. Struktur Monomer Etilen Dan Polietilen ........................................... 15

Gambar 2.13. Polimerisasi Kondensasi Pada Ikatan Amida ..................................... 16

Gambar 2.14. Ikatan Mekanik ................................................................................... 16

Gambar 2.15. Ikatan Elektrostatik ............................................................................. 17

Gambar 2.16. Ikatan Reaksi ....................................................................................... 17

Gambar 2.17. Tegangan Regangan Polimer A) Getas B) Britel C) Ulet ................... 18

Gambar 2.18. Hand Lay Up ....................................................................................... 19

Gambar 2.19. Vacuum Bag ........................................................................................ 20

Gambar 2.20. Pressure Bag ....................................................................................... 20

Gambar 2.21. Spray Up .............................................................................................. 21

Gambar 2.22 Filament Winding ................................................................................. 21

Gambar 2.23 Compression Molding .......................................................................... 22

Gambar 2.24 Injection Molding ................................................................................. 22

Gambar 2.25 Continuous Pultrusion.......................................................................... 23

viii

Gambar 2.26 Resin Transfer Molding ........................................................................ 23

Gambar 3.1 Resin Dan Katalis ................................................................................... 27

Gambar 3.2. Serat Kulit Pohon Waru ....................................................................... 27

Gambar 3.3. Larutan Alkali ...................................................................................... 28

Gambar 3.4. Mesin Uji Tarik .................................................................................... 29

Gambar 3.5. Gelas Ukur............................................................................................ 29

Gambar 3.6. Timbangan Digital................................................................................ 30

Gambar 3.7. Sealent Tape ......................................................................................... 30

Gambar 3.8. Plastic Bag ........................................................................................... 30

Gambar 3.9. Vacuum Compressor ............................................................................. 31

Gambar 3.10. Resin Trap .......................................................................................... 31

Gambar 3.11 Alas Cetakan ..................................................................................... 31

Gambar 3.12 Dimensi Spesimen Tarik Berdasarkan ASTM D638-03 .................... 32

Gambar 3.13 Penampang Melintang Spesimen Komposit ....................................... 33

Gambar 4.1. Variasi Metode Manufaktur Komposit Terhadap Porosity ................ 35

Gambar 4.2. Foto Makro Permukaan Produk Komposit. (A) Epoxy, (B)

Polyester, (C) Bisphenol, (D) Ripoxy. ................................................ 36

Gambar 4.3. Perbandingan Patahan Tiap Variasi Komposit Produk Vacuum

Bagging ............................................................................................... 42

Gambar 4.4. Fase Bentuk Patahan Specimen Uji Tarik Matrik Epoxy ................... 43

Gambar 4.5. Foto Permukaan Patah Spesimen Matrik Epoxy ................................ 44

Gambar 4.6. Fase Patahan Spesimen Uji Tarik Matrik Polyester ........................... 45

Gambar 4.7. Foto Permukaan Patah Spesimen Matrik Polyester ........................... 46

Gambar 4.8. Fase Bentuk Patahan Specimen Uji Tarik Matrik Bisphenol ............ 47

Gambar 4.9. Foto Permukaan Patah Spesimen Matrik Bisphenol .......................... 48

Gambar 4.10. Fase Patahan Specimen Uji Tarik Matrik Ripoxy ............................... 49

Gambar 4.11. Foto Permukaan Patah Specimen Matrik Ripoxy ............................... 50

Gambar 4.12. Perbandingan Hasil Patahan Produk Komposit Bermatrik Epoxy .... 51

Gambar 4.13. Perbandingan Hasil Patahan Produk Komposit Dengan Matrik

Polyester ............................................................................................. 52

Gambar 4.14. Perbandingan Hasil Patahan Produk Komposit Bermatrik

ix

Bisphenol ............................................................................................ 53 65

Gambar 4.15. Perbandingan Hasil Patahan Produk Komposit Bermatrik Ripoxy ... 54

Gambar 4.16. Bentuk Patahan Dengan Notch Pada Jenis Resin (A) Polyester, (B)

Epoxy, (C) Bisphenol, (D) Ripoxy ...................................................... 55

Gambar 4.17. Grafik Kekuatan Tarik Komposit Dengan Metode

Vacuum Bagging ................................................................................ 56 68

Gambar 4.18 Diagram Tegangan-Regangan Komposit Natural Fiber Dengan

Metode Vacuum Bagging. .................................................................. 57

Gambar 4.23. Grafik Perbandingan Kekuatan Tarik Antara Vacuum Bagging

Process Dan Resin Infusion Process .................................................. 60

x

DAFTAR LAMPIRAN

No. Judul

Lampiran 1 Tabel Hasil Uji Tarik Serat Tunggal Perlakuan Alkali NaOH 6%

Lampiran 2 Spesifikasi Mesin Uji Tarik

Lampiran 3 Properties of clear cast resin of RIPOXY R-802EX-1

Lampiran 4 Liquid Standart Epoxy Resin Based On Bisphenol-A

Lampiran 5 Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157® BTQN-EX

Lampiran 6 Komposisi Serat Waru

Lampiran 7 Tabel Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Komposit Bisphenol

Lampiran 8 Tabel Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Komposit Epoxy

Lampiran 9 Tabel Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Komposit Ripoxy

Lampiran 10 Tabel Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Komposit Polyester

Lampiran 11 Tabel Hasil Uji Tarik Komposit Bisphenol

Lampiran 12 Tabel Hasil Uji Tarik Komposit Epoxy

Lampiran 13 Tabel Hasil Uji Tarik Komposit Ripoxy

Lampiran 14 Tabel Hasil Uji Tarik Komposit Polyester

Lampiran 15 Gambar Spesimen Produk Komposit Epoxy

Lampiran 16 Gambar Spesimen Produk Komposit Ripoxy

Lampiran 17 Gambar Spesimen Produk Komposit Bisphenol

Lampiran 18 Gambar Spesimen Produk Komposit Polyester

Lampiran 19 Gambar Patahan Spesimen Produk Komposit Epoxy

Lampiran 20 Gambar Patahan Spesimen Produk Komposit Polyester

Lampiran 21 Gambar Patahan Spesimen Produk Komposit Ripoxy

Lampiran 22 Gambar Patahan Spesimen Produk Komposit Bisphenol

xi

RINGKASAN

Febriko Dria Pusananda, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Brawijaya, Juli 2017, Penggunaan Metode Vacuum Bagging pada Proses

Pembuatan Komposit Natural Fiber, Dosen Pembimbing: Dr.Eng. Sofyan Arief

Setyabudi,ST.,M.Eng. dan Ir. Ari Wahjudi, MT .

Pengembangan komposit pada bidang industri saat ini mendorong

terus ditingkatkan pula proses manufaktur komposit. Dengan adanya pemanfaatan

serat alam (natural fiber), perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui proses

manufaktur apa yang paling cocok untuk membuat komposit berserat natural.

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode Vacuum Bangging.

Dengan variasi matrik Bisphenol-A, Epoxy, Ripoxy dan Polyester.

Selanjutnya dilakukan perbandingan antara hasil produk manufaktur

komposit dengan metode Vacuum Bagging, dengan hasil penelitian sebelumnya,

yaitu produk komposit dengan metode manufaktur Resin Infusion pada serat waru

(hibiscus tiliaceus) untuk melihat perbedaan kualitas produk dari kedua proses

manufaktur komposit ditinjau dari bentuk patahan dan debonding yang terjadi

melalui perbandingan pengamatan makroskopik Setelah dibandingkan, didapatkan

kesimpulan bahwa metode Vacuum Bagging terbukti mengurangi debonding pada

komposit natural fiber berserat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus).

Kata Kunci: Vacuum Bagging, Manufaktur Komposit, Debonding, Resin

Infusion, Bisphenol, Epoxy, Ripoxy, Polyester, Kekuatan Tarik.

xii

SUMMARY

Febriko Dria Pusananda, Department of Mechanical Engineering, Faculty of

Engineering, Brawijaya University, July 2017, Vacuum Bagging Method for

Natural Fiber Composite Manufacture, Supervisor: Dr. Eng. Sofyan Arief

Setyabudi, ST.,M.Eng. and Ir. Ari Wahjudi, MT .

The development of composites in the industry field today, encourages

the continuous improvement of composite manufacturing processes. With the

utilization of natural fibers, the more research needs to be done to find out what

manufacturing process is most suitable for making natural fibrous composites.

This research was conducted by using Vacuum Bangging method. With variations

of Bisphenol-A, Epoxy, Ripoxy and Polyester matrix.

The product of Vacuum Bagging method being compared with the result

of previous research, that is composite product by manufacturing method of Resin

Infusion on fiber waru (hibiscus tiliaceus) too see the different between each

process manufacturing product review by its fracture area and debonding occurs

with macroscopic observation. After being compared, it is concluded that Vacuum

Bagging method proven to reduce debonding at Composite natural fiber of waru

tree (hibiscus tiliaceus).

Keywords: Vacuum Bagging, Composite Manufacture, Debonding, Resin Infusion

,Bisphenol, Epoxy, Ripoxy, Polyester , Tensile Strength.

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan dunia industri dalam bidang material terbarukan menuntut

pengembangan material jenis baru yang dapat mengatasi permasalahan yang timbul dalam

dunia perindustrian. Salah satu terobosan dalam penanganan masalah tersebut adalah dengan

membuat sebuah material terbarukan yaitu komposit. Komposit merupakan gabungan

makroskopik antara dua buah atau lebih material penyusun yang memiliki sifat yang berbeda,

dimana sifat dari hasil kombinasi material tersebut memiliki sifat yang lebih baik dari pada

material penyusunnya (Gibson, 1994). Penggunaan serat alam sebagai penguat komposit

dianggap lebih ramah lingkungan dan mudah terurai, disamping itu serat alam memiliki

kelebihan yaitu mampu meredam suara, isolasi temperature dan densitas rendah, dan memiliki

kekuatan mekanik yang tinggi. Serat alam juga diklaim mampu mengurangi berat komposit

hingga 80% (Schuh, 1999). Tanaman waru (hibiscus tiliaceus) merupakan tanaman yang

banyak tersebar di berbagai daerah di Indonesia, dan memiliki kekuatan yang cukup baik

contohnya untuk penggunaan sebagai tali tampar. Serat waru memiliki potensi yang

meyakinkan untuk digunakan sebagai penguat komposit dikarenakan kekuatan serat waru yang

tinggi (Arif, 2011).

Proses manufaktur komposit yang sering digunakan adalah proses hand lay up, vacuum

bagging dan vacuum infusion resin. Proses hand lay up memiliki kelebihan pada kemudahan

proses pembuatan, dan biaya yang murah. Proses vacuum bagging merupakan penyempurnaan

dari hand lay up, dan memiliki keunggulan dapat memberikan konsentrasi ikatan komposit

yang lebih baik dari pada hand lay up dan dapat mengurangi void yang terjadi. Proses vacuum

infusion resin memiliki kelebihan menghasilkan komposit yang memiliki sedikit void, dan

produk komposit yang memiliki konsentrasi ikatan yang baik. namun biaya yang dibutuhkan

cukup besar. Pembuatan komposit berserat kulit waru menggunakan metode vacuum infusion

resin dengan variasi jenis matrik menunjukkan bahwa komposit berserat kulit waru memiliki

kekuatan yang tinggi. Kendala dari penelitian ini adalah banyak terjadinya debonding pada

produk komposit (Ariska, 2016). Dimana debonding adalah proses terkelupasnya serat dan

matrik dikarenakan kurangnya gaya ikat antara serat dan matrik sehingga transfer gaya pada

saat terjadi pembebanan pada komposit tidak sempurna (Niu, 2001).

2

Berdasarkan uraian diatas, perlu dilakukan proses penyempurnaan dari pembuatan

komposit berserat kulit pohon waru agar debonding yang terjadi dapat diminimalisir. Proses

vacuum bagging menggunakan metode hand lay up untuk meratakan resin, lalu menggunakan

pompa vakum untuk mengeluarkan udara dari dalam cetakan sehingga menekan matrik dan

serat guna menghasilkan komposit yang baik dan hasil ikatan antara serat dan matrik yang kuat.

Metode ini dapat mengurangi void yang terjadi dikarenakan udara didalam produk komposit

akan dikeluarkan menggunakan pompa vakum (Mazumdar, 2012). Metode vacuum bagging

dapat menjadi solusi dalam mengurangi debonding pada material komposit berserat kulit pohon

waru dikarenakan resin yang dituangkan dioleskan secara merata pada saat proses hand lay up

dan dilakukan proses vacuum untuk mendapatkan konsentrasi komposit yang baik sehingga

debonding yang terjadi akan berkurang.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat di rumuskan permasalahan sebagai

berikut ”Apakah metode vacuum bagging dapat menurunkan debonding yang terjadi pada

produk komposit natural fiber berpenguat serat kulit pohon waru”

1.3 Batasan Masalah

Agar pembahasan dalam penelitian lebih spesifik dan hasil penelitian dapat dibandingkan,

maka batasan masalah penelitian ini harus mengacu pada penelitian sebelumnya (Ariska,2016)

Batasan masalah yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Serat yang digunakan sebagai penguat adalah serat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus)

2. Proses yang digunakan adalah proses vacuum bagging.

3. NaOH yang digunakan sebagai larutan alkali memiliki kadar kemurnian sebesar 98%.

4. Waktu perendaman larutan alkali NaOH selama 120 menit

5. Uji tarik menggunakan standar ASTM D638-03

6. Komposisi matrik yang digunakan adalah epoxy dengan 50 gram hardener per 50 gram

resin, bisphenol-A dengan promoter 0.8 gram dan katalis 0.4 gram per 100 gram resin,

repoxy dengan promoter 0.6 gram dan katalis 3 gram per 100 gram resin, dan polyester

dengan katalis 1 gram per 100 gram resin.

3

1.4 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk memperbaiki debonding yang terjadi pada produk

komposit berserat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus)

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari hasil penelitian ini diharapkan sebagai berikut:

1. Memperoleh informasi mengenai potensi komposit dengan serat kulit waru dengan

proses vacuum bagging untuk menghasilkan komposit yang berkualitas.

2. Dapat mengetahui matrik yang paling baik digunakan untuk membuat komposit serat

kulit waru dengan proses vacuum bagging.

3. Memberikan hasil penelitian dalam bidang rekayasa material biokomposit.

4. Sebagai pembanding metode manufaktur komposit yang paling baik digunakan untuk

mengurangi debonding pada komposit berserat kulit waru.

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Sebelumnya

Veda et.al.(2016) Melakukan penelitian tentang pengaruh variasi matrik terhadap

kekuatan Tarik dari komposit berpenguat serat kulit waru dengan metode vacuum infusion

resin. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat mekanik material komposit ditinjau dari

kekuatan tariknya terhadap jenis matrik yang di gunakan. Pengujian yang dilakukan

menggunakan standar ASTM D638-03. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh kekuatan Tarik

dari maring masing matrik adalah sebagai berikut, bisphenol memili kekuatan Tarik yang

palling tinggi yaitu sebesar 312,8 MPa, lalu yang kedua adalah matrik epoxy dengan kekuatan

Tarik 277,8 MPa, selanjutnya ripoxy dengan kekuatan Tarik 261,6 MPa, dan kekuatan Tarik

terkecil didapat pada matrik polyester dengan kekuatan Tarik sebesar 232,8 MPa.

Amirkhosravi et.al.(2012) Melakukan penelitan tentang peningkatan kualitas

komposit lamina pada proses vacuum bagging dengan menggunakan bantuan magnet atau

magnet assisted composite manufacturing (MACM). Hasil dari penelitian ini adalah terjadi

penurunan void hingga sebesar 70%, peningkatan kekuatan bending dan peningkatan kekakuan.

Castegnaro et.al.(2016) Melakukan penelitian tentang proses pemilihan material,

desain, dan manufaktur pembuatan bio-komposit untuk badan perahu. Dimana serat yang

digunakan merupakan serat alam, pada proses pembuatannya dipilih serat hemp (cannabis

sativa) sebagai fiber penguat. Hasil penelitiannya adalah bio-komposit untuk badan perahu

nyatanya memiliki kekuatan yang unggul dan dapat digunakan untuk menggantikan komposit

serat sintetis. Perahu yang dibuat memiliki berat 65 kg, dan dapat berlayar dengan sangat baik

pada proses pengujian. Perahu bio-komposit ini juga mendapatkan nilai 100 pada kompetisi

Universitas Vela.

2.2 Material Komposit

Material komposit atau biasa disebut komposit adalah kombinasi makroskopik antara

dua atau lebih material yang memiliki sifat properti dan sifat yang berbeda dengan memiliki

batasan yang terlihat jelas (ASM Handbook, 2001). Pengertian lain dari komposit adalah

gabungan dari dua atau lebih material penyusun yang memiliki sifat yang berbeda, dimana sifat

dari kombinasi material tersebut memiliki sifat yang lebih baik daripada material penyusunnya

(Gibson, 1994). Keunikan dari komposit adalah, sifat dari komposit tergantung dari sifat

5

material penyusunnya, sehingga aplikasi material komposit sangat luas dan dapat disesuaikan

sesuai dengan kebutuhan. Material penyusun yang berbeda akan memberikan sifat yang

berbeda pada komposit. Material komposit serat alam, atau lebih familiar disebut bio-komposit,

merupakan komposit yang menggunakan natural fiber sebagai penguatnya. Hal ini tentu sangat

cocok dikembangkan di Indonesia yang memiliki Sumber daya alam yang melimpah dan

memiliki potensi untuk dikembangkan.

Adapun kelebihan dan kerugian materia komposit adalah sebagai berikut :

Kelebihan

1. Memiliki berat yang cenderung jauh lebih ringan dari pada logam.

2. Memiliki corrosive resistant yang sangat baik.

3. Ketahanan yang tinggi terhadap fatigue stress.

4. Kekuatan dan kekakuan yang tinggi.

5. Heat transfer yang mendekati 0 (nol) sehingga cocok diaplikasikan untuk

penggunaan pada pesawat antariksa.

6. Sifat komposit bergantung dari sifat material pembentuknya sehingga mudah

disesuaikan dengan kebutuhan.

7. Memiliki densitas yang rendah.

Kekurangan

1. Harga material komposit yang relatif mahal.

2. Metode pengujian komposit yang cenderung rumit dan mahal.

3. Memerlukan perlindungan dari cahaya atau sinar langsung.

4. Tempat penyimpanan memerlukan tempat khusus untuk menjaga kualitas komposit.

5. Proses pembuatan yang relatif rumit dan memerlukan waktu yang lama.

2.3 Klasifikasi Komposit

Material komposit dapat diklasifikasikan menurut beberapa aspek, berikut ini

merupakan klasifikasi komposit ditinjau dari berbagai aspek.

6

Gambar 2.1 Klasifikasi komposit

Sumber : Callister (2007)

1. Komposit partikel (Particle-Reinforce)

Particle-Reinforce (komposit berpenguat partikel) merupakan jenis Komposit yang

menggunakan partikel/butiran sebagai filler (pengisi). Partikel berupa logam atau non

logam dapat digunakan sebagai filler. Dalam penerapannya, komposit partikel dibedakan

menjadi dua, yaitu partikel besar dan partikel terdispersi merata.

Gambar 2.2 Particle-Reinforce (filler composites)

Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

2. Komposit serat (fiber composite )

Fiber composite merupakan komposit tersusun dari matrik dan diperkuat serat

(fiber). Serat komposit dari komposit dapat berbentuk serat pendek (short fiber composite)

atau serat panjang (long fiber composite). Komposit serat atau fiber composite ini hanya

terdiri dari satu lamina atau lapisan menggunakan serat sebagai penguat. Serat ini bisa

disusun secara acak dengan orientasi serah maupun orientasi acak.

7

(a) (b) (c)

Gambar 2.3 (a) Serat panjang orientasi searah. (b) Serat pendek orientasi serah. (c) Serat

pendek orientasi acak.

Sumber : Dokumentasi Pribadi (2017)

3. Komposit Struktur (Structural Composite Materials)

Structural Composite Materials (Komposit Struktur) adalah jenis komposit yang terdiri

dari sekurang-kurangnya dua material berbeda yang direkatkan bersama-sama. Proses

pelapisan dilakukan dengan mengkombinasikan aspek terbaik dari masing-masing lapisan

untuk memperoleh material dengan sifat yang unggul. Komposit struktur dibedakan

menjadi dua, yaitu komposit lamina dan sandwich panel. Dimana dalam pembuatan

komposit lamina, dapat menggunakan dua cara yaitu dry lamination atau wet lamination.

Gambar 2.4 Sandwich panel composite


2.4 Matrik

Jones (1999 : 5) dalam bukunya yang berjudul Mechanic of Composite Materials

menjelaskan fungsi utama dari matrik pada komposit adalah sebagai berikut:

a. Material Matrix merekatkan serat – serat pada komponen komposit dan menyampaikan

gaya yang diterima oleh material menuju serat, sehingga Matrix merupakan salah satu

komponen pendukung dalam penentuan bentuk dan kekakuan material komposit.

8

b. Material Matrix mencegah atau memperlambat terjadinya crack dengan cara

mengisolasi serat – serat, sehingga masing – masing serat dapat bekerja secara terpisah

dalam menahan gaya.

c. Material Matrix melindungi serat terhadap gangguan kimiawi dan mekanis (wear

resistance).

d. Material Matrix mempengaruhi karakteristik material komposit secara keseluruhan,

seperti keuletan, ketangguhan, dan kekuatan tariknya.

Matrik biasanya memiliki karakteristik densitas kekakuan dan kekuatan yang lebih

rendah dari serat penguat. Dengan adanya penggabungan antara serat dan matriks akan di

dapatkan ke kakuan dan kekuatan yang lebih tinggi tetapi masih mempunyai densitas yang

rendah. Matriks yang dapat digunakan dalam pembuatan komposit dapat berupa polimer

(Polymer Matrix Composite), logam (Metal Matrix Composite), dan keramik (Ceramic Matrix

Composite).

Gambar 2.5 Klasifikasi komposit berdasarkan matrik penyusunnya

Sumber : Anne Zulfia (Pengantar Komposit 2010)

2.5 Jenis – jenis Matrik Polimer

Matrik Polimer banyak digunakan dalam dunia manufaktur karena fleksibilitas dan

kemudahan pengolahannya. Matrik polimer menurut sifatnya dibedakan menjadi dua, yaitu

Thermoset Resin dan Thermoplastic Resin.

9

2.5.1. Thermoset Resin

Gambar 2.6 Tampak penampang samping ikatan molekul thermoset resin ketika pengawetan

Sumber : Mazumdar (2002)

Resin thermoset memiliki karakteristik apabila telah diawetkan maka matrix tidak dapat

dicairkan ataupun dibentuk kembali. Ketika proses pengawetan thermoset resin akan

membentuk ikatan molekul seperti pada gambar diatas. Ikatan molekul inilah yang

menyebabkan material komposit menjadi tidak elastis, tidak dapat dicairkan ataupun dilakukan

pembentukan kembali. Semakin banyak ikatan molekul yang terbentuk, maka material

komposit yang dihasilkan akan memiliki sifat kestabilan thermal dan kekakuan yang semakin

baik. Walaupun memiliki sifat yang tidak fleksibel, namun dalam penggunaannya thermoset

resin dapat dibentuk dengan cara dilakuan pemanasan terlebih dahulu. Pemanasan thermoset

resin ini biasanya digunakan pada strutur yang berbentuk melengkung.

Thermoset resin juga memiliki beberapa keunggulan, diantaranya sifatnya yang baik

untuk proses impregnasi pada serat. Hal ini disebabkan oleh thermoset resin dapat bersifat cair

pada temperatur ruangan. Keunggulan lain yang dimiliki thermoset resin diantaranya adalah

kestabilan bentuk dan thermal yang baik, kekakuan yang baik, ketahanan terhadap lingkungan

sekitar yang lebih baik.

Thermoset resin yang paling umum digunakan adalah epoxy, polyester, vinylester,

phenolics, cyanate esters, bismaleimids, dan polymides.

Gambar 2.7 Karakteristik Beberapa Thermoset Resin


10

2.5.2 Thermoplastic Resin

Secara umum resin thermoplastic bersifat ulet dan memiliki ketangguhan yang lebih

tinggi jika dibandingkan dengan resin thermostat. Resin thermoplastic biasanya digunakan

pada pembuatan material tanpa menggunakan filler dan penguat. Resin thermoplastic dapat

dicairkan pada suhu tinggi dan kembali membeku ketika didinginkan.

Pada proses pengawetan, resin thermoplastic tidak membentuk ikatan molekuler seperti

yang terjadi pada resin thermostat. Resin thermoplastic dapat berbentuk amorphous maupun

semi-crystalline seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.8 Bentuk molekular (a) amorphous dan (b) semi-crystalline polimer


Jika dibandingkan dengan resin thermostat, resin thermoplastic memiliki sifat mekanik

lebih mudah terjadinya mulur pada suhu tinggi. Pada proses pembuatannya, resin thermoplastic

membutuhkan suhu yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan resin thermostat. Berikut

adalah beberapa jenis resin thermoplastic beserta sifatnya.

11

Gambar 2.9 Beberapa Jenis Resin Thermoplastic dan Karakteristiknya


2.6 Serat

Serat adalah salah satu jenis komponen penguat (reinforcement) yang akan berikatan

pada komponen pengikat (matrix). Komponen ini berfungsi sebagai penentu kekuatan dan

kekakuan dari suatu material komposit. Hal ini dikarenakan fungsi utama dari komponen

penguat adalah sebagai penahan beban dari suatu material. Pada material komposit, serat

menahan beban sekitar 70%-90% dari total beban yang diterima oleh komposit (Mazumdar,

2002), ada dua hal yang membuat serat dapat menahan gaya yaitu :

a. Perekatan (bonding) antara serat dan matriks (interfacial bonding) yang baik dan kuat

sehingga tidak mudah terjadi pelepasan antara matrik dan serat (debonding).

b. Kelangsingan (aspec ratio) yaitu perbandingan antara panjang serat dengan diameter serat

cukup besar.

Arah serat penguat menentukan kekutan komposit dan mempengaruhi jumlah serat yang

dapat diisikan ke dalam matrik semakin cermat penataannya, semakin banyak penguat dapat

dimasukkan. Hal tersebut menentukan kekuatan optimum yang dapat diterimakomposit

(Surdia, 2003).

12

Gambar 2.10 Susunan serat acak (kanan) dan teratur (kiri)


Serat acak dan terartur memiliki perbedaan pada short fiber reinforced, pada reaksi serat

saat menahan beban, arah serat yang teratur memiliki kelebihan dapat menahan beban lebih

besar bila beban yang diterima searah dengan arah seratnya apabila dibandingkan dengan serat

acak, tetapi lebih lemah jika mendapat beban tegak lurus dengan arah serat. Keuntungan pada

serat acak yaitu serat acak memiliki kemampuan menahan beban dari arah manapun karena

penempatan seratnya yang acak.

Beberapa syarat untuk dapat memperkuat matriks antara lain :

1. Mempunyai modulus elastisitas yang tinggi.

2. Mampu menerima perubahan gaya dari matriks dan mampu menerima gaya yang bekerja

padanya.

3. Perbedaan kekuatan diameter serat harus relatif sama.

4. Kekuatan lentur yang tinggi.

Berdasarkan asalnya, serat dibedakan menjadi dua macam, yaitu serat alam (natural

fiber) dan serat buatan (syntetic fiber). Serat alam biasanya berasal dari tumbuhan, hewan,

maupun Sumber – Sumber mineral lainnya. Penggunaan serat buatan telah luas digunakan

dalam dunia industri pesawat terbang, diantara serat yang digunakan adalah serat glass, serat

karbon dan serat boron. Serat karbon atau CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymers) memiliki

sifat ringan, nilai kekuatan fatigue yang tinggi, serta memiliki konduktivitas thermal dan

konduktivitas listrik yang baik. Secara umum, pengembangan serat buatan juga terus dilakukan

dalam dunia engineering, seperti pembuatan serat aramid (aromatic polyamide) pada tahun

1964 oleh seorang ahli kimia Stephanie Kwolek, yang kini umum dikenal dengan nama dagang

13

Kevlar®. Jenis serat buatan yang paling umum digunakan adalah fiber-glass, fiber-carbon, dan

aramid fiber. Umumnya, ukuran serat berkisar antara 5 µm (0.0002 in.) hingga 20 µm (0.0008

in.). Karena ukurannya yang kecil inilah maka serat bersifat fleksibel dan mampu untuk terikat

dengan baik oleh Matrix.

Meskipun aplikasi serat buatan merupakan komoditas industri manufaktur saat ini, para

ilmuan dan peneliti nampaknya mempertimbangkan dampak serat buatan pada lingkungan.

Pengembangan komposit berserat alam marak dilakukan dan terus mengalami perkembangan

guna mencari serat alam yang dapat menggantikan serat buatan untuk industri komposit. Serat

alam memiliki massa jenis yang paling rendah diantara serat lainnya, namun serat alam

memiliki kekuatan dan kekakuan yang memadai. Maka dari itu, telah dilakukan beberapa

pengembangan pada komposit berpenguat serat alam sehingga serat alam mulai diaplikasikan

pada berbagai industri untuk menggantikan peran serat buatan. Pada industri otomotif misalnya,

serat alam digunakan sebagai pilihan alternatif untuk penggunaan fiber-glass. Contoh lainnya

pada industri sandang, serat acrylic dan serat rayon telah dikembangkan menjadi sutra dan

wool. Hal ini menunjukkan bahwa serat alam memiliki potensi untuk menggantikan serat

buatan suatu saat nanti. Adapun beberapa kelebihan dan kekurangan serat alam (natural fiber)

antara lain :

2.6.1 Keuntungan

Berat jenis rendah.

Serat alam merupakan material alternatif yang termasuk Sumber daya terbarukan,

produksi hanya membutuhkan sedikit energi.

Investasi rendah dengan biaya rendah.

Serat alam memungkinkan untuk di daur ulang.

Kuat menahan panas dan memiliki sifat sebagai isolasi yang bagus.

Lebih ramah lingkungan.

2.6.2 Kerugian

Sifat kekuatan yang lebih rendah.

Kualitas serat alam tergantung pada pengaruh hal-hal yang tak terduga seperti cuaca,

jenis penanaman, besar batang dan lain sebagainya.

Penyerapan kelembaban yang menyebabkan pembusukan pada serat.

14

Terbatas pada proses perlakuan temperatur maksimum.

Daya tahan serat alam sangat rendah.

Tidak tahan api.

Harga dapat berfluktuasi dengan hasil panen.

2.7 Pohon Waru

Pohon Waru yang memiliki nama ilmiah Hibiscus tiliaceus termasuk tumbuhan pada

suku kapas-kapasan atau (Malvaceae). Pohon tersebut juga dikenal sebagai Waru laut, atau

Dadap laut (Pontianak). Pada saat ini pohon waru telah tersebar luas di seluruh wilayah Pasifik

dan dikenal dengan berbagai nama: hau (bahasa Hawaii), purau (bahasa Tahiti), beach

Hibiscus, Tewalpin, Sea Hibiscus, atau Coastal Cottonwood dalam bahasa Inggris.

Gambar 2.11 Daun dan Bunga Pohon Waru Hibiscus tiliaceus

Sumber : Cancer Chemoprevention Research Center UGM

2.8 Polimer Dan Polimerisasi

Polimer merupakan gabungan dari beberapa monomer yang membentuk sebuah rantai

polimer. Bila rantai tersebut dikelompokkan bersama-sama dalam suatu pola dan orientasi yang

acak disebut amorf, jika penggabunganya teratur disebut kristalin. Sifat-sifat umum yang

dimiliki bahan-bahan polimer adalah sebagai berikut:

1. Kemampuan cetaknya cukup baik, artinya pada temperatur relatif rendah bahan dapat

dicetak dengan berbagai cara, diantaranya : dengan penyuntikan, penekanan, ekstruksi.

2. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat.

3. Baik sekali ketahananya terhadap air dan zat kimia.

4. Banyak diantaranya polimer bersifat isolasi listrik yang baik dan mudah termuati listrik

secara elektrostatik.

5. Kurang tahan terhadap panas.

6. Kekerasan permukaanya sangat kurang.

15

Pada polimer terjadi proses reaksi kimia monomer untuk membentuk rantai polimer,

dan proses ini disebut polimerisasi. Ada dua jenis reaksi polimer, yaitu :

1. Polimer Adisi

Reaksi pembentukan polimer dari monomer-monomernya tetrafluoroetilen inilah yang

disebut polimerisasi adisi. Perhatikan pada Gambar 2.4 menunjukkan pada monomer etilena

memiliki ikatan rangkap dua, sedangkan setelah terjadi proses pembentukan menjadi polietilen

tidak ada ikatan rangkap dua.

Gambar 2.12 Struktur monomer etilen dan polietilen

Sumber : Arifatun (2009)

Monomer etilen mengalami reaksi polimersisasi adisi dan membentuk polietilen yang

biasa digunakan sebagai tas plastik, pembungkus makanan, dan botol. Pasangan elektron yang

lebih dari ikatan rangkap dua pada monomer etilen dipakai untuk membentuk ikatan baru agar

dapat menjadi monomer yang lain.

Menurut reaksi ini, monomer-monomer yang mempunyai ikatan rangkap dua akan

membentuk ikatan baru dengan monomer yang lain, sehingga akan terbentuk rantai polimer.

Produk yang terbentuk dari reaksi polimerisasi adisi ini mengandung semua ato dari monomer

awal. Dari Gambar 2.4, dapat terlihat polimerisasi adisi terjadi saat polimer yang terbentuk

karena reaksi polimerisasi disertai dengan pemutusan ikatan rangkap monomer yang diikuti

oleh adisi monomer-monomernya, sehingga membentuk ikatan tunggal. Dalam reaksi polimer

adisi ini tidak disertai terbentuknya molekul kecil seperti 𝐻2𝑂 atau 𝑁𝐻3.

2. Polimer Kondensasi

Polimer kondensasi terjadi akibat dari reaksi antara gugus fungsi monomer yang

sama jenis atau monomer yang beda jenisnya. Dalam polimerisasi kondensasi terkadang

disertai terbentuknya molekul kecil seperti 𝐻2𝑂 atau 𝑁𝐻3. Dalam reaksi ini, monomer-

16

monomer bereaksi secara adisi untuk membentuk rantai, tapi setiap ikatan baru akan terbentuk

bersamaan dengan terbentuknya molekul kecil dari atom-atom monomer. Pada reaksi semacam

ini, tiap monomer harus mempunai dua gugus fungsional agar bisa menambahkan ikatan baru

pada unit monomer lainnya untuk menjadi rantai polimer.

Gambar 2.13 Polimerisasi kondensasi pada ikatan amida

Sumber : Arifatun (2009)

Proses kondensasi suatu atom hidrogen dari ujung monomer bergabung dengan gugus

Oh dari ujung monomer yang lain dan membentuk air. Pada Gambar 2.5, terjadi kondensasi

pada dua monomer yang berbeda yaitu 1,6-diaminoheksana dan asam adipat yang umum

digunakan untuk membuat jenis nylon. Nylon diberi nama menurut jumlah atom karbon pada

unit monomer. Dalam Gambar 2.5, ada enam karbon pada tiap monomer, maka jenis nylon ini

disebut nylon 66.

2.9 Teori Ikatan Matriks dan Serat Penguat

Ketika matriks melapisi dan melekat pada serat penguat.terjadi ikatan antar serat

dengan matriks. ada beberapa macam ikatan yang terbentuk antara lain

a. Ikatan mekanik (Mechanical bonding)

Metriks cair akan menyabar ke seluruh permukaan serat penguat dan mengisi

setiap lekuk dan permukaan serat serat penguat yang kasar akan saling mengunci dan

semakin kasar prtmukaan serat makan ikatan yang erjadi akan semakin kuat

17

Gambar 2.14 Ikatan mekanik

Sumber : Matthew and Rawling (1994)

b. Ikatan elektrostatik (elektostatic bonding)

Ikatan elektrostatik seperti yang di tunjukkan terjadi antara matriks dan serat

penguat ketika salah satu permukaan yang mempunyai muatan positif dan permukaan

lain mempunyai muatan negate, sehingga terjadi tarik menarik antara dua permukaan

tersebut.

Gambar 2.15 ikatan elektrostatik


c. Ikatan reaksi (Reaction bonding)

Atom atau molekul dari dua komponen dalam komposit dapat bereaksi pada

permukaan sehingga terjadi ikatan reaksi. Ikatan ini membentuk lapisan permukaan

yang mempuntyai sifat yang berbeda dari kedua komponen tersebut. Ikatan ini dapat

terjadi karena adanya difusi atom-atom permukaan dari komponen komposit.

18

Gambar : 2.16 Ikatan reaksi


2.10 Kekuatan Tarik dan Debonding

Niu (2001) Debonding merupakan mekanisme lepasnya ikatan interface antar material

penyusun komposit saat terjadi pembebanan dan terkelupasnya serat dari matriks. Hal ini

disebabkan ikatan antar muka (interfacial bonding) yang lemah antara serat dan matriks. Oleh

sebab itu diperlukan adhesi yang kuat pada permukaan penyusun komposit agar tidak terjadi

debonding . George (2005) mengungkapkan bahwa adhesi yang kuat diantara permukaan

antara matrik dan serat diperlukan untuk efektifnya perpindahan dan distribusi beban melalui

ikatan permukaan.

Dari penjelasan diatas, dapat disimpulkan bahwa apabila banyak terjadi debonding,

matrik akan terlepas dari serat sebelum dapat mentransfer gaya Tarik yang diterima komposit

kepada serat. Hal ini berakibat pada penurunan kekuatan Tarik komposit, karena 70% beban

yang diterima oleh komposit akan didistribusikan pada serat. Sehingga komposit akan

mengalami fracture sebelum gaya yang diterima komposit didistribusikan pada serat. Sifat

mekanik polimer mempunyai parameter yang hampir sama dengan yang dimiliki oleh logam,di

antaranya modulus elastisitas, tensile strength dan fatigue.

Kakani (2004) dalam bukunya Material Science, menuliskan tentang kurva tegangan

regangan yang dimiliki oleh komposit. Pada dasarnya komposit merupakan gabungan dari dua

material yang bersifat brittle (fiber) dan bersifat ductile (matrix). Pada grafik tersebut terlihat

bahwa kurva tegangan regangan komposit berada ditengan tengah antara kurva tegangan

regangan fiber dan matrix. ini terjadi dikarenakan komposit merupakan gabungan dari fiber dan

matrik yang saling melengkapi sehingga membentuk suatu material baru yang lebih tepat guna.

19

Gambar 2.17 Tegangan regangan Polimer (a) fibre dan matrix, (b) composite

Sumber : Kakani (2004)

2.11Metode Manufaktur Komposit

Pada zaman yang semakin maju dan modern ini, kemajuan teknologi juga

mempengaruhi berkembangnya metode manufaktur komposit. Pada dasarnya metode

manufaktur komposit terbagi menjadi dua proses, cetakan terbuka (open-mold process) dan

cetakan tertutup (close-mold process).

2.11.1 Proses Cetakan Terbuka / Open-Mold Process

A. Hand Lay Up / Contact Molding

Hand lay-up adalah metoda yang paling sederhana dan merupakan salah satu

proses dengan metode cetakan terbuka dari proses fabrikasi komposit. Adapun proses

dari pembuatan dengan metode ini adalah dengan cara menuangkan resin dengan tangan

kedalam serat berbentuk anyaman, rajuan atau kain, kemudian memberi takanan

sekaligus meratakannya menggunakan rol atau kuas. Proses tersebut dilakukan

berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai. Pada proses ini resin

langsung berkontak dengan udara dan biasanya proses pencetakan dilakukan pada

temperatur kamar.

20

Gambar 2.18 Hand Lay Up


B. Vacuum bag

Proses vacuum bag merupakan penyempurnaan dari hand lay-up, penggunaan

dari proses vakum ini adalah untuk menghilangkan udara yang terperangkap dan

kelebihan resin. Pada proses ini digunakan pompa vakum untuk menghisap udara yang

ada dalam wadah/tempat dimana komposit akan dilakukan proses pencetakan. Dengan

divakumkan udara dalam wadah maka udara yang ada diluar penutup plastik akan

menekan kearah dalam. Hal ini akan menyebabkan udara yang terperangkap dalam

spesimen komposit akan dapat diminimalkan. Metode vakum memberikan penguatan

konsentrasi yang lebih tinggi, adhesi yang lebih baik, dan kontrol yang lebih antara

lapisan dan resin.

Gambar 2.19 Vacuum bag


21

C. Pressure bag

Pressure bag memiliki kesamaan dengan metode vacuum bag, perbedaannya

adalah metode ini tidak memakai pompa vakum tetapi menggunakan udara atau uap

bertekanan yang dimasukkan malalui suatu wadah elastis. Wadah elastis ini yang akan

berkontak pada komposit yang akan dilakukan proses. Besar tekanan yang di berikan

pada proses ini adalah sebesar 30 sampai 50 psi.

Gambar 2.20 Pressure bag

Sumber : R. Hari Setyanto, Review (2012)

D. Spray-up

Spray-up merupakan metode cetakan terbuka yang dapat menghasilkan bagian-

bagian yang lebih kompleks dan lebih ekonomis dari hand lay-up. Proses spray-up

dilakukan dengan cara penyemprotan serat (fibre) yang telah melewati tempat

pemotongan (chopper). Sementara resin yang telah dicampur dengan katalis juga

disemprotkan secara bersamaan Wadah tempat pencetakan spray-up telah disiapkan

sebelumnya. Setelah itu proses selanjutnya adalah dengan membiarkannya mengeras

pada kondisi atsmosfer standar. Teknologi ini menghasilkan struktur kekuatan yang

rendah, yang biasanya tidak termasuk pada produk akhir. Spray-up ini juga digunakan

secara terbatas untuk mendapatkan fiberglass splash dari alat transfer.

22

Gambar 2.21 Spray up


E. Filament Winding

Fiber tipe roving atau single strand dilewatkan melalui wadah yang berisi

resin, kemudian fiber tersebut akan diputar sekeliling mandrel yang sedang bergerak

dua arah, arah radial dan arah tangensial. Proses ini dilakukan berulang, sehingga cara

ini didapatkan lapisan serat dan sesuai dengan yang diinginkan.

Gambar 2.22 Filament winding


2.11.2 Proses Cetakan Tertutup / Closed Mold Processes

A. Proses Cetakan Tekan (Compression Molding)

Proses cetakan ini menggunakan hydraulic sebagai penekannya. Serat yang

telah dicampur dengan resin dimasukkan ke dalam rongga cetakan, kemudian dilakukan

penekanan dan pemanasan.

23

Gambar 2.23 Compression Molding


B. Injection Molding

Metoda injection molding juga dikenal sebagai reaksi pencetakan cairan atau

pelapisan tekanan tinggi. Fiber dan resin dimasukkan ke dalam rongga cetakan bagian

atas, kondisi temperatur dijaga supaya tetap dapat mencairkan resin. Resin cair beserta

fiber akan mengalir ke bagian bawah, kemudian injeksi dilakukan oleh mandrel ke arah

nozel menuju cetakan.

Gambar 2.24 Injection Molding


C. Continuous Pultrusion

Fiber jenis roving dilewatkan melalui wadah berisi resin, kemudian secara

kontinu dituangkan ke cetakan pra cetak dan diawetkan (cure), kemudian dilakukan

pengerolan sesuai dengan dimensi yang diinginkan. Atau juga bisa disebut sebagai

penarikan serat dari suatu jaring atau creel melalui bak resin, kemudian dilewatkan pada

cetakan yang telah dipanaskan. Fungsi dari cetakan tersebut ialah mengontrol

24

kandungan resin, melengkapi pengisian serat, dan mengeraskan bahan menjadi bentuk

akhir setelah melewati cetakan.

Gambar 2.25 Continuous pultrusion


D. Resin Transfer Molding (RTM)

Resin Tansfer Molding (RTM) attau biasa disebut resin infusion adalah metode

pembuatan komposit dengan menggunaan aplikasi tekanan rendah untuk mengatur

jalannya resin menjadi lamina. Setelah lembaran - lembaran antara resin dan matrik

sudah terbentuk, vacuum akan menghisap sisa sisa resin yang tertinggal sehingga

lembaran komposit yang terbentuk memiliki ketebalan yang sama.

Gambar 2.26 Resin Transfer Molding


25

2.12 Cacat pada komposit

Dalam proses pembuatannya, sangat memungkinkan apabila terjadi cacat pada produk

hasil manufaktur komposit. Berikut ini merupakan macam-macam cacat yang sering terjadi

pada komposit sehingga menurunkan kualitas produk dan juga sifat mekaniknya.

Cacat material merupakan cacat yang terjadi sebelum material penyusun komposit

mengalami proses manufaktur dan merupakan cacat material penyusun komposit.

1. Cacat serat : Merupakan cacat yang terjadi akibat kualitas

serat yang kurang baik, serat yang tersobek, terlipat, dan

berlubang tentunya akan mempengaruhi kualitas dari produk

komposit yang dihasilkan

2. Cacat Matrik : Merupakan cacat yang terjadi pada matrik

sebelum dicampurkan dengan serat, cacat ini terjadi akibat dari

komposisi campuran matrik yang tidak sesuai sehingga matrik

memasuki gelling time sebelum tersebar secara merata.

Cacat produk merupakan cacat yang terjadi pada produk komposit setelah mengalami

proses pembuatan dan manufaktur komposit.

1. Porosity / Void : Merupakan cacat yang terbentuk

karena adanya gelembung udara yang terperangkap pada

produk komposit pada saat proses curing akibat kurang

meratanya resin yang dicampurkan pada permukaan

fiber.

2. Resin Rich : Merupakan cacat yang terjadi akibat

terlalu berlebihannya resin yang diberikan sehingga

melewati batas idealnya.

3. Resin Starved : Merupakan cacat yang terjadi akibat

kurangnya resin yang diberikan pada serat sehingga

terjadi kekuarangan resin pada komposit

4. Delaminasi : Merupakan cacat yang terjadi Karena

terpisahnya lamina satu dengan lainnya sehingga

menurunkan sifat mekanisnya.

5. Fiber ringkle : Merupakan cacat pada komposit dimana

serat pada produk komposit mengalami pengerutan di

dalam komposit.

26

6. Exess resin : Merupakan cacat komposit dimana

terdapat penumpukan matrik pada salah satu bagian

komposit.

7. Improper pressure : Merupakan cacat pada produk

komposit dikarenakan tekanan yang diberikan pada

komposit pada saat proses curing tidak sesuai dengan

yang dibutuhkan.

8. Debonding : Merupakan cacat yang terjadi akibat

kurang kuatnya ikatan antara matrik dan serat sehingga

kekuatan komposit akan menurun.

9. Srinkage : Merupakan cacat yang terjadi akibat

penyusutan dimensi komposit sehingga tidak sesuai

dengan dimensi awal.

2.13 Hipotesis

Proses vacuum bag dapat digunakan untuk memperbaiki debonding yang terjadi pada

pembuatan komposit natural fiber, karena resin yang dituangkan akan lebih merata pada setiap

bagian akibat adanya proses hand lay up dan juga digunakan metode vacuum untuk

mengeluarakan udara yang terjebak pada cetakan sehingga tekanan didalam cetakan menjadi

vacuum. Pemerataan matrik pada metode vacuum bag yang baik akan membuat kekuatan ikatan

antara fiber dan matrix relatif lebih baik daripada vacuum resin infusion. Hal ini akan

meminimalisir terjadinya debonding yang terjadi pada produk komposit, dan juga akan

menaikkan kekuatan Tarik pada komposit natural fiber.

26

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metodologi Penelitian

Dalam penelitian ini digunakan metode eksperimental nyata (True Experimental

Research). Tujuannya untuk memperbaiki debonding pada komposit berserat kulit waru

(hibiscus tiliaceus) dengan proses vacuum bagging. Diharapkan dari penelitian ini didapat data-

data yang valid agar dapat menyimpulkan permasalahan yang dibahas.

3.2 Tempat Pengambilan Data Pengujian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April sampai dengan Juni Laboratorium yang

digunakan pada penelitian ini, antara lain :

Uji Tarik : Lab Pengujian Bahan Jurusan Teknik Mesin

Universitas Brawijaya Malang

3.3 Variabel Penelitian

3.3.1 Variabel Bebas

Dalam penelitian ini variabel bebas yang digunakan adalah : Metode Vacuum Bag dan

jenis matrik Polyester, Epoxy, Ripoxy, Bisphenol-A.

3.3.2 Variabel Terikat

Variabel terikat dalam penelitian ini adalah perbandingan foto makro dan hasil patahan

dari metode Vacuum bag dan metode Vacuum Infusion.

3.3.3 Variabel Terkontrol

Dalam hal ini yang menjadi variabel terkontrol adalah

Serat yang digunakan sebagai penguat adalah serat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus)

Komposisi matrik yang digunakan adalah epoxy dengan 50 gram hardener per 50 gram

resin, bisphenol-A dengan promoter 0.8 gram dan katalis 0.4 gram per 100 gram resin,

repoxy dengan promoter 0.6 gram dan katalis 3 gram per 100 gram resin, dan polyester

dengan katalis 1 gram per 100 gram resin.

NaOH yang digunakan untuk merendam serat 98%

Aquades digunakan sebagai larutan alkalisasi.

Waktu perendaman larutan alkali NaOH selama 120 menit

27

Uji tarik menggunakan standar ASTM D638-03

3.4 Spesifikasi Alat Dan Bahan

3.4.1 Bahan Penelitian

A. Resin

Resin ini berbentuk cairan kental yang digunakan untuk penguat pada komposit

atau serat. Sedangkan katalis adalah cairan yang berfungsi untuk mengeraskan bahan

dengan cepat atau yang sering disebut dengan hardener atau pengeras.

Gambar 3.1 Resin dan Katalis

B. Serat

Serat adalah bahan penguat yang memiliki kekuatan serta kekakuan yang bagus.

Serat yang digunakan adalah serat kulit pohon waru (hibiscus tiliaceus).

Gambar 3.2 Serat kulit pohon waru

28

Tabel 3.1 Komposisi Serat Waru

No Nama komposisi % berat

1 Protein mentah 17,08

2 Ekstrak eter 3.45

3 Serat mentah 22,77

4 Abu (%) 10,79

5 Karbohidrat 45,91

6 Tannin (%) 8,93

7 Saponin (mg/g) 12,90

8 Selulosa 24,22

Sumber : Waru Leaf Saponin on Ruminal Fermentation (Istiqomah,L et al, 2011)

C. Larutan Alkali

Larutan alkali (NaOH) atau Natrium Hidroxida adalah larutan yang digunakan

untuk membersihkan lignin, silica dan hemiselulosa. Proses alkalisasi ini digunakan

untuk meningkatkan penyatuan atau impregnasi dan ikatan antara serat dan matrik.

Gambar 3.3 Larutan Alkali

29

3.4.2 Alat Penelitian

A. Mesin uji Tarik Komposit

Gambar 3.4 Mesin uji tarik

B. Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur jumlah aquades dan NaOH dalam proses

alkali.

Gambar 3.5 Gelas ukur

30

C. Timbangan digital

Timbangan digital untuk mengukur berat dari serat yang akan dijadikan prosentase

terhadap resin dan katalis.

Gambar 3.6 Timbangan digital

D. Sealent Tape

Berfungsi sebagai perekat dan mencegah kebocoran.

Gambar 3.7 Sealent Tape

E. Plastic Bag

Plastic bag berfungsi sebagai penjebak udara dalam ruang agar tidak ada yang

masuk dari lari dan menjaga udara agar hanya keluar melalui PE-tube

31

Gambar 3.8 Plastic bag

F. Vacuum Compressor

Berfungsi sebagai pemberi ruang hampa dengan menghisap udara yang ada

didalam plastic bag.

Gambar 3.9 Vacuum Compressor

G. Resin Trap

Berfungsi sebagai penampung resin agar tidak masuk ke vacuum compressor.

Gambar 3.10 Resin Trap

H. Alas Cetakan

Merupakan alas sebagai tempat menaruh cetakan.

32

Gambar 3.11 Alas Cetakan

3.5 Spesimen Uji Tarik Komposit

Produk komposit selanjutnya akan dibentuk sesuai dengan spesimen uji tarik

berdasarkan standar ASTM D638-03 untuk pengujian material komposit dengan ukuran

spesimen sebagai berikut, guna menyamakan parameter pengujian dengan penelitian

sebelumnya (Veda, 2016) :

Gambar 3.12 Dimensi Spesimen Tarik berdasarkan ASTM D638-03

Sumber : ASTM D638-03, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic

Ukuran spesimen uji tarik berdasarkan standar ASTM dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 3.2 Ukuran Spesimen Uji Tarik ASTM D638-03 dengan T = 3.2 mm

Spesifikasi Ukuran mm (in)

Width of narrow selection, W 13 (0.5)

Length of narrow selection, L 57 (2.25)

Width overall, Wo 19 (0.75)

Length overall, Lo 165 (6.5)

33

Gauge length, G 50 (2.00)

Distance between grips, D 115 (4.5)

Radius of fillet, R 76 (3.00)

Sumber : ASTM D638-03, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic

3.6 Instalasi Penelitian

5

32 4

1

6

Proses pembuatan komposit dengan metode vacuum bagging, dilakukan dengan

menaruh serat penguat pada cetakan (gambar 1). Lalu dilakukan proses hand lay up. Setelah itu

cetakan ditutup menggunakan sealent tape dan diletakkan plastic bag diatasnya. Selanjutnya

pasangkan selang (gambar 2) pada cetakan dan sambungkan pada vacuum trap (gambar 3).

Selanjutnya dilakukan proses vacuum menggunakan vacuum pump (gambar 4)

3.7 Prosedur Penelitian

3.7.1 Proses Perendaman Alkali

Pada proses alkalisasi dilakukan beberapa tahapan-tahapan proses pengerjaan, antara

lain

a) Siapkan peralatan, antara lain : gelas ukur dan sendok pengaduk.

b) Siapkan bahan, antara lain : aquades, NaOH 98 % dan serat kulit pohon waru

c) Gunakan perlengkapan safety, antara lain : kaos tangan, masker.

d) Masukkan persentase NaOH sebanyak 6% dari jumlah aquadest yang digunakan dengan

menggunakan gelas ukur.

e) Tuangkan aquades kedalam wadah.

f) Masukkan NaOH kedalam wadah yang telah dituangkan aquades, dilakukan pengadukan

supaya larutan tercampur merata.

1

2

4

3

34

g) Rendam serat kulit pohon waru pada larutan alkali yang telah disiapkan

h) Serat kulit pohon waru direndam selama 120 menit

i) Jika perendaman telah mencapai 120 menit, maka serat di cuci dengan air bersih dan

kemudian dikeringkan

3.7.2 Proses Vacuum Bagging

1. Persiapkan alat bahan

2. Beri tanda pada alas sesuai ukuran cetakan pola

3. Berikan release agent pada alas sesuai dengan daerah yang sudah ditandai dan berikan

pula release agent pada cetakan pola

4. Pasang sealant tape pada alas cetakan mengitari cetakan pola

5. Ukur dan potong peel ply, mesh, plastic bag

6. Masukkan serat pengisi pada cetakan pola.

7. Lakukan proses Hand Lay Up hingga serat berjumlah 20

8. Pasang PE-tube pada salah satu sisi cetakan

9. Tutup semua bagian yang ada di atas alas cetakan dengan plastic bag

10. Rekatkan plastic bag dengan sealant tape yang terpasang pada alas cetakan

11. Pastikan tidak ada kebocoran pada plastic bag

12. Potong PE-tube sesuai panjang yang dibutuhkan

13. Sambungkan PE-tube pada resin trap

14. Nyalakan vacuum compressor

15. Tunggu sampai pressure gauge sudah tidak dapat naik (kondisi maksimal)

16. Pada kondisi vacuum, clamp PE tube untuk menyumbat aliran udara

17. Lepaskan PE-tube dari resin trap

18. Matikan vacuum compressor

19. Tunggu resin hingga mongering

35

3.8 Analisa Data

Data yang diambil pada penelitian kali ini meliputi pengujian tarik dan pengujian foto

makro untuk melihat void dan debonding dari produk komposit yang dihasilkan guna

mengetahui kualitas produk. Pada setiap variasi resin akan dilakukan pengujian kekuatan tarik

sebanyak 5 kali guna memastikan validasi nilai uji tariknya dan dapat digunakan sebagai

pembanding dari data. Data yang didapat akan dicatat dan diolah kemudian dimasukkan

kedalam tabel untuk mempermudah dalam proses pencatatan data. Pengolahan data untuk

perhitungan void dilakukan dengan menggunakan software ImageJ.

36

3.9 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi literatur dan Identifikasi

masalah (cara mengatasi

debonding dari Vacuum Resin

Infusion)

Persiapan alat dan bahan

Pemilihan metode

pembuatan

komposit berserat

kulit pohon waru

dengan vacuum bag

Proses Hand Lay up

Alkali Treatment pada serat waru

Proses VacuumBag

Pengumpulan data pembanding

A

37

A

Perbandingan produk

komposit hasil Vacuum

Resin Infusion dengan

Vacuum bag

Analisis dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

Selesai

35

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil dan Pembahasan Penelitian

Gambar 4.1 Variasi metode manufaktur komposit terhadap porosity

Sumber : Bryan Harris, 1999

Gambar 4.1 adalah penjelasan mengenai perbandingan porositas dengan nilai

karakteristik yang relative terhadap hand lay-up. Pada gambar 4.1 dapat dilihat bahwa RTM

(Resin Transfer Molding) dengan metode vakum pada serat sintetis memiliki nilai porositas

yang lebih rendah di banding yang lainnya dan juga memiliki nilai karakteristik yang lebih

tinggi di banding dengan metode manufaktur yang lain. Gambar tersebut merupakan acuan

dalam proses pembuatan komposit berserat sintetis. Pada kondisi aktual, tentu saja metode

manufaktur komposit berserat natural tidak dapat disamakan dengan metode manufaktur

komposit berserat sintetis, dikarenakan banyak faktor yang mempengaruhi komposit berserat

natural. Lokasi penanaman, jenis pupuk, umur tanaman, kelembaban tanah, kandungan

Nitrogen dalam tanah, waktu penyiraman, bayak sedikitnya daun pada tanaman, dan lain

sebagainya tentunya akan menghasilkan jenis tanaman yang berbeda dan dengan kualitas

tanaman yang berbeda pula.

Karena banyaknya hal hal yang mempengaruhi kekuatan komposit natural fiber

tersebut, maka penulis merasa perlu dilakukannya perbandingan proses manufaktur komposit

dengan metode lain selain RTM dengan vakum, guna mengetahui pengaruh metode pembuatan

komposit, dengan kualitas produk yang dihasilkan oleh metode manufaktur komposit tersebut.

36

4.2 Foto Permukaan Produk Komposit Vacuum Bagging

Dalam penentuan kualitas dari produk komposit, tentunya kita harus melihat cacat apa

saja yang terjadi pada produk hasil komposit. Salah satu cara mengetahui cacat yang terjadi

pada produk hasil komposit dengan metode pembuatan Vacuum Bagging adalah dengan

melakukan pengematan prosentase void yang terbentuk pada produk komposit.

Pengamatan ini dilakukan menggunakan bantuan lensa kamera makro dengan

perbesaran 100x dan dilakukan pada permukaan atas spesimen, tujuannya dari diambilnya

permukaan atas spesimen adalah agar daerah luasan yang hitung memiliki luasan yang cukup

untuk diambil sample, selain itu guna melihat kualitas produk komposit dari luar, sehingga

dapat terlihat void pada produk komposit sebagai berikut :

Gambar 4.2 Foto makro permukaan produk komposit. (A) Epoxy, (B) Polyester, (C)

Bisphenol, (D) Ripoxy.

Dari gambar diatas, dilakukan perhitungan dengan mengambil 5 sample secara acak

pada permukaan spesimen dengan ukuran 5 x 5 mm dengan software ImageJ. ImageJ

menghitung void pada permukaan spesimen berdasarkan beeda kontras warna antara daerah

yang rata dan tidak rata, sehingga apabila terjadi void pada permukaan produk komposit,

dapat dengan mudah terdeteksi oleh gradasi warna yang kemudian akan dihitung secara

otomatis oleh software ImageJ.

A

D

C

B

37

Tabel 4.1 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Epoxy

Gambar Sample Pengolahan Prosentase Void (%)

40.13

43.57

33.4

30

44.35

Rata-rata 38.29%

38

Tabel 4.2 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Polyester


46.39

42.21

39.85

40.1

30.42

39

Rata-rata (%) 39.79%

Tabel 4.3 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Bisphenol


61.4

42

45.5

43.8

48.35

40

Rata-rata 48.21%

Tabel 4.4 Perhitungan Prosentase Void Komposit Matrik Ripoxy


54.8

57.7

43.56

50.94

41

55.6

Rata-rata 52.52%

Dari hasil perhitungan prosentase void yang terjadi pada produk komposit, diketahui

porositas yang paling banyak, terjadi pada produk komposit dengan matrik ripoxy sebanyak

52.52% void yang terjebak pada permukaan spesimen, setelah itu adalah produk komposit

dengan matrik bisphenol dengan void sebanyak 48.21%, setelah itu adalah spesimen polyester

dengan 39.79% void, dan yang paling sedikit memiliki prosentase void adalah matrik epoxy

dengan 38.29% void. Void adalah cacat yang terdapat pada komposit, akibat adanya udara yang

terjebak pada saat proses pembuatan komposit, sehingga menimbulkan rongga udara pada

produk hasil pembuatan komposit.

Void mempengaruhi kualitas dari komposit, semakin banyak void pada matrik, maka

kualitas dari matrik pengikat akan mengalami penurunan dan mempengaruhi kekuatan dari

komposit dikarenakan void dapat menjadi pemusatan tegangan pada saat produk komposit

menerima gaya. Dengan semakin banyak void yang terjadi, maka menunjukkan penurunan

kualitas matrik dari komposit tersebut. Bila ditinjau dari ilmu manufaktur, toleransi terjadinya

void pada material komposit skala industri harus memiliki nilai toleransi yang rendah. Hal ini

dikarenakan, produk yang akan diproduksi secara masal, harus memenuhi standart keamanan

supaya dapat digunakan oleh masyarakat. Semakin banyak void yang terjadi, maka akan

menurunkan kekuatan dari material komposit tersebut.

Void pada proses pembuatan komposit dengan metode vacuum bagging diduga terjadi pada

saat proses pencampuran resin dengan hardener maupun katalis. Setelah proses pencampuran

yang dilakukan dalam ruangan terbuka, kemudian dilakukan pengadukan pada resin secara

manual. Terjadinya gelembung udara yang terperangkap, banyak terjadi pada saat proses

pengadukan akibat kecepatan pengadukan yang telalu cepat. Pengadukan yang terlalu cepat

mengakibatkan udara disekitar ruangan ikut masuk kedalam resin. Proses hand lay up juga

mempengaruhi terjadinya gelembung udara pada spesimen, akibat bentuk serat yang berpori,

tidak menutup kemungkinan bahwa ada gelembung udara yang terjebak pada rongga serat pada

saat proses hand lay up berlangsung. Pengadukan resin hendaknya dilakukan secara perlahan

42

guna mengurangi gelembung udara yang terjebak didalam matrik sehingga akan menimbulkan

banyaknya void yang terjadi.

4.3 Analisa Patahan Komposit dengan Metode Vacuum Bagging

Pengujian tarik merupakan salah satu destructive test, sehingga akan merusak

material setelah dilakukan pengujian karena material akan ditarik hingga patah. Namun hasil

pengujian tarik juga memungkinkan untuk dilakukan analisa patahan guna melihat sifat dan

kegagalan akibat dari proses manufaktur sehingga dapat diketahui kualitas dari produk hasil

metode manufaktur komposit yang digunakan, gambar diambil menggunakan lensa makro

dengan perbesaran 100x. Adapun gambar penampang patahan spesimen uji tarik dengan

metode vacuum bagging adalah sebagai berikut:

Gambar 4.3 Perbandingan patahan tiap variasi komposit produk Vacuum Bagging

Pada gambar 4.2 menunjukkan bentuk patahan dari masing-masing variasi tiap

spesimen uji tarik komposit. Dapat dilihat bahwa variasi matrik bisphenol dan polyester

43

memiliki daerah debonding yang cukup besar pada bagian samping spesimen. Selain

debonding, masing-masing dari tiap spesimen memiliki patahan pull-out.

Debonding adalah jenis kegagalan komposit yang terjadi karena lemahnya adhesi

antara matrik dan serat. Lemahnya gaya interface antara matrik dan fiber inilah yang

menimbulkan terkelupasnya matrik pada serat sehingga mempengaruhi kualitas produk..

Dari gambar foto makro patahan komposit diatas, dapat terlihat bahwasanya komposit

dengan matrik epoxy merupakan komposit yang menghasilkan bentuk patahan terbaik dan

mengalami sedikit debonding, sedangkan untuk matrik ripoxy, mengalami cukup banyak

debonding dan fiber pull out namun jauh lebih kecil daripada matrik bisphenol dan polyester.

4.3.1 Analisa Patahan Matrik Epoxy

(1) (2) (3)

Gambar 4. 4 Fase bentuk patahan specimen Uji Tarik matrik Epoxy

Pada gambar 4.3 poin nomor (1) adalah kondisi awal spesimen pada saat proses pengujian

akan dilakukan. Poin (2) Spesimen mulai terbentuk retak awal. Poin (3) Spesimen mengalami

patah.

44

Gambar 4. 5 Foto permukaan patah spesimen matrik Epoxy

Dari gambar diatas terlihat bahwa komposit dengan matrik epoxy terdapat beberapa

cacat diantaranya terdapat pull out dan debonding. Apabila dilihat lebih seksama, komposit

dengan matrik epoxy terdapat void pada permukaan spesimen, hal ini tentunya akan

mempengaruhi kekuatan tarik dari komposit. Debonding yang terjadi pada produk komposit

dengan matrik epoxy cenderung paling kecil dibandingkan dengan patahan lainnya. Debonding

merupakan mekanisme lepasnya serat dan matrik akibat lemahnya gaya ikat antara matrik dan

serat sehingga matrik dan serat terkelupas sebelum dapat mentransfer gaya yang diterima

dengan maksimal. Apabila dibandingkan dengan patahan produk lain, komposit bermatrik

epoxy memiliki daerah patahan yang lebih seragam dan rapi.

45

4.3.2 Analisa Patahan Matrik Polyester

(1) (2) (3)

Gambar 4. 6 Fase patahan specimen Uji Tarik matrik Polyester

Pada gambar 4.6 poin nomor (1) adalah kondisi awal spesimen pada saat proses pengujian

akan dilakukan. Poin (2) Spesimen mulai terbentuk retak awal. Poin (3) Spesimen mengalami

patah.

46

Gambar 4. 7 Foto permukaan patah spesimen matrik Polyester

Dari gambar diatas terlihat bahwa produk komposit dengan matrik polyester memiliki

daerah debonding yang cukup luas. Dari gambar diatas terlihat pula terdapat void pada patahan

produk komposit dengan matrik polyester. Void ini terbentuk akibat adanya udara yang

terperangkap masuk kedalam produk komposit pada saat proses pembuatan. Diduga udara

masuk pada saat proses pengadukan dan proses hand lay up dikarenakan dalam kondisi udara

ruang dan mengalami kontak langsung dengan udara. Terjadi pula pull out yang cukup banyak

pada spesimen dengan matrik polyester.

47

4.3.3 Analisa Patahan Matrik Bisphenol

(1) (2) (3)

Gambar 4. 8 Fase bentuk patahan specimen Uji Tarik matrik Bisphenol-A

Pada gambar 4.6 poin nomor (1) adalah kondisi awal spesimen pada saat proses

pengujian akan dilakukan. Poin (2) Spesimen mulai terbentuk retak awal. Poin (3) Spesimen

mengalami patah.

48

Gambar 4. 9 Foto permukaan patah spesimen matrik Bisphenol

Dari gambar patahan diatas terlihat bahwa produk komposit dengan matrik bisphenol

mengalami kegagalan berupa debonding yang cukup besar, namun lebih kecil bila

dibandingkan dengan matrik polyester. Pada produk komposit ini juga terjadi pull out dan juga

void pada permukaan penampang komposit. Pull out merupakan kegagalan komposit dimana

terdapat serabut serat yang keluar dari komposit, serabut sera ini gagal patah pada daerah patah

matrik sehingga terjadi perbedaan patahan serabut serat yang berbeda beda. Perbedaan patahan

serabut serat ini dikarenakan tidak mampunya serat menerima gaya secara merata pada semua

bagian serat, sehingga terjadi konsentrasi tegangan pada serat dan terjadi pull out.

49

4.3.4 Analisa Patahan Matrik Ripoxy

(1) (2) (3)

Gambar 4. 10 Fase patahan specimen Uji Tarik matrik Ripoxy

Pada gambar 4.6 poin nomor (1) adalah kondisi awal spesimen pada saat proses

pengujian akan dilakukan. Poin (2) Spesimen mulai terbentuk retak awal. Poin (3) Spesimen

mengalami patah.

50

Gambar 4. 11 Foto permukaan patah specimen matrik Ripoxy

Dari gambar patahan diatas, dapat terlihat bahwa produk komposit dengan matrik ripoxy

mengalami kegagalan material diantaranya adalah debonding yang terjadi pada permukaan

produk komposit. Pada produk komposit ini juga mengalami void dan pull out pada daerah hasil

patahan. Yang membedakan dari ketiga produk lainnya adalah pada produk komposit dengan

matrik ripoxy ini mengalami resin rich, atau kelebihan resin pada saat proses pembuatan. Hal

ini terlihat dari gambar foto makro diatas yang mana terdapat penumpukan resin pada bagian

samping produk komposit. Resin rich mengakibatkan penurunan kekuatan komposit,

dikarenakan didalam matrik yang berkumpul tersebut tidak terdapat serat sehinngga apabila

dikenai gaya, matrik tidak dapat mentransfer gaya yang diterima kepada serat.

51

4.4 Perbandingan Patahan Produk Komposit

4.4.1 Epoxy

Gambar 4. 12 Perbandingan hasil patahan produk komposit bermatrik Epoxy

Gambar (a) merupakan produk komposit hasil proses resin infusion dan gambar

(b) merupakan produk hasil proses vacuum bagging. Pada gambar diatas terlihat bahwa

daerah debonding mengalami penurunan yang sangat drastis dibandingkan dengan

metode resin infusion. Daerah patahan juga mengalami penurunan sehingga patahan

spesimen lebih rapi. Pada gambar diatas terlihat pula bahwa fiber pull out mengalami

penurunan yang signifikan, sehingga pada gambar (b) terlihat fiber pull out hanya terjadi

sedikit dan memiliki ukuran yang pendek. Dari gambar diatas, terlihat bahwa metode

vacuum bagging terbukti dapat menurunkan debonding dan pull out pada produk

komposit dengan matrik epoxy.

B

A

52

4.4.2 Polyester

Gambar 4. 13 Perbandingan hasil patahan produk komposit dengan matrik Polyester

Dari gambar diatas terlihat perbandingan hasil patahan dari metode resin

infusion (a) terhadap produk komposit dengan metode pembuatan vacuum bagging.

Dari gambar diatas terlihat perbedaan lokasi terjadinya debonding. Gambar diatas juga

menunjukkan penurunan daerah debonding, terlihat dari perbedaan lokasi patah

sehingga luas area debonding pada produk komposit (b) lebih kecil. Meskipun

debonding yang terdapat pada produk (a) berhasil diminamalkan, namun pull out masih

banyak terjadi pada produk komposit hasil metode vacuum bagging. Dari gambar diatas,

vacuum bagging terbukti meningkatkan kualitas pada produk komposit dengan matrik

polyester.

B

A

53

4.4.3 Bisphenol

Gambar 4. 14 Perbandingan hasil patahan produk komposit bermatrik Bisphenol

Gambar diatasmenunjukkan perbandingan antara produk komposit dengan

menggunakan metode resin infusion (a) dan metode vacuum bagging (b). Pada gambar

terlihat bahwa produk dengan metode vacuum bagging memiliki luas patahan yang

lebih teratur dan lebih rapi apabila dibandingkan dengan bentuk patahan produk dengan

metode resin infusion. Debonding pada produk (b) secara drastis berkurang apabila

dibandingkan dengan produk komposit dengan metode resin infusion. Pull out pada

produk (b) pun mengalami penurunan dan yang cukup baik. Hal ini terlihat dari luas

fracture area pada produk komposit dan juga bentuk patahan dari produk komposit. Ini

menunjukkan bahwa proses pembuatan komposit dengan metode vacuum bagging

terbukti mengurangi debonding, pull out, dan menambah kerapian patahan dari

komposit dengan matrik bisphenol.

B

A

54

4.4.4 Ripoxy

Gambar 4. 15 Perbandingan hasil patahan produk komposit bermatrik Ripoxy

Gambar diatas menunjukkan perbandingan dari produk komposit hasil metode

resin infusion (a) dan metode vacuum bagging (b). Pada gambar terlihat perbedaan luas

area patahan yang sangat signifikan, produk vacuum bagging memiliki luas area patah

yang cenderung lebih kecil dan rapi apabila dibandingkan dengan produk resin infusion.

Apabila dilihat dari debonding yang terjadi, terlihat bahwa metode resin infusion

memiliki daerah debonding yang sangat luas dan tidak beraturan, berbeda dengan

produk hasil vacuum bagging yang memiliki patahan yang rapi, serta mengalami sedikit

debonding. Pull out pada produk (b) juga mengalami penurunan yang sangat drastis.

Terlihat pada gambar produk komposit hasil metode vacuum bangging terbukti dapat

mengurangi debonding dan pull out secara signifikan.

B

A

55

4.5 Pengaruh Notch pada Hasil Patahan Produk Komposit

Pada proses pengambilan data, penulis menyadari bahwa terjadinya patahan pada tiap

spesimen produk komposit memiliki daerah patah yang berbeda – beda. Hal ini mendorong

penulis untuk melakukan pengujian tarik dengan memberikan notch pada masing masing

spesimen sedalam 1mm, dan berikut merupakan penampang patahannya.

Gambar 4.16 Bentuk patahan dengan Notch pada jenis resin (A) Polyester, (B) Epoxy, (C)

Bisphenol, (D) Ripoxy

Pada gambar 4.16 terlihat bahwa patahan epoxy dan bisphenol, mengalami patahan pada

daerah yang diberikan notch, ini membuktikan bahwasanya pemusatan tegangan pada komposit

bermatrik epoxy dan bisphenol dapat dilakukan sehingga dapat dilakukan rekayasa untuk

menentukan tempat terjadinya patahan pada komposit. Pada komposit bermatrik polyester,

pemberian notch menimbulkan patahan yang tidak dapat diprediksi, walaupun terlihat dari

gambar bahwa patahan komposit polyester selalu bermula pada notch, tetapi penyebaran beban

yang diterima tidak dapat di prediksi dan diarahkan dengan notch sehingga patahan yang

dihasilkan pun tidak beraturan. Pada gambar patahan ripoxy tidak terpengaruh dengan adanya

A

C

D

B

56

notch pada spesimen, komposit dengan matrik ripoxy mengalami patahan pada daerah diluar

notch dan berjarak cukup jauh dari notch, hal ini menunjukkan bahwa material komposit dengan

matrik ripoxy tidak dapat diprediksi letak patahannya akan terjadi.

4.5.1 Data Hasil Pengujian Tarik Komposit dengan Metode Vacuum Bagging

Gambar 4. 17 Grafik Kekuatan Tarik Komposit dengan Metode Vacuum Bagging

Pada gambar 4.1 menunjukkan perbandingan kekuatan tarik antar variasi matrik

yaitu matrik bisphenol, polyester, ripoxy, dan epoxy. dari grafik 4.1 diatas dapat terlihat

urutan perbandingan kekuatan tarik komposit dengan metode vacuum bagging dari yang

paling tinggi ke rendah adalah epoxy dengan kekuatan tarik sebesar 305,29 MPa,

selanjutnya adalah polyester dengan kekuatan tarik sebesar 266,83 MPa, pada urutan

ketiga adalah bisphenol dengan kekuatan tarik sebesar 248,80 MPa, dan pada urutan

terakhir adalah komposit dengan matrik ripoxy dengan kekuatan tarik sebesar 235,33

MPa. Perbedaan kekuatan ini disebabkan karena matrik yang digunakan memiliki

kekentalan yang berbeda-beda dan gelling time yang berbeda pula. pada proses

pembuatan dengan metode vacuum bagging, komposit dibuat dengan menggunakan

metode hand lay up sebelum akhirnya di vacuum.

Matrik epoxy memiliki kekentalan yang paling besar terhadap matrik lainnya,

tetapi memiliki gelling time yang paling lama, sehingga matrik epoxy memiliki cukup

waktu untuk meresap kedalam rongga serat waru sehingga komposit yang dihasilkan

248.7980769266.8269231

235.3365385

305.2884615

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4

Kek

uat

an T

arik

(M

Pa)

Matriks

Bisphenol Polyester Rypoxy Epoxy

57

pun memiliki kekuatan yang baik. Matrik epoxy memiliki komposisi 50 gram resin yang

nantinya akan dicampur dengan 50 gram hardener.

Matrik polyester merupakan matrik yang relatif kecil kekentalannya, namun

kekentalannya meningkat setelah diberikan katalis. Matrik polyester memiliki

campuran 1 gram katalis per 100 gram resin. Matrik polyester merupakan matrik yang

paling cepat bereaksi dan memasuki gelling time dibandingkan ketiga matrik lainnya.

Matrik bisphenol memiliki kekentalan yang relatif kecil pada saat sudah

dicampur dengan katalis dan promoter. Matrik bisphenol yang memiliki kekentalan

kecil ini memungkinkan matrik dapat tersalur sempurna dan merata pada seluruh bagian

serat. Matrik bisphenol juga menggunakan sedikit katalis yaitu hanya sebesar 0,4 gram

dan promoter 0,8 gram per 100 gram resin. Terlihat dari campurannya, matrik bisphenol

merupakan matrik yang relatif lama memasuki gelling time.

Matrik ripoxy memiliki kekentalan yang sangat kecil ketika telah tercampur

dengan katalis dan promoter. Matrik ripoxy yang digunakan memiliki campuran 3 gram

katalis dan 0.6 gram promoter tiap 100 gram resin. Karena kekentalannya yang sangat

kecil, matrik ripoxy dapat dengan mudah diratakan secara sempurna kedalam serat.

Dalam proses pembuatan komposit dengan matrik ripoxy, serat menyerap banyak resin

ripoxy karena kekentalan yang rendah akan memungkinkan penyerapan yang lebih

optimal oleh serat.

58

4.5.2 Diagram Tegangan Regangan Komposit Natural Fiber dengan metode Vacuum

Bagging

Dari hasil pengujian tarik di dapatkan data beban dan pertambahan panjang yang

di cantumkan dalam lampiran, kemudian data diolah sehingga menghasilkan diagram

tegangan ragangan seperti pada gambar 4.18. Pada diagram tersebut diperoleh tensile

strength (kekuatan tarik) yang ditunjukkan oleh ultimate strength spesimen dan nilai

tensile strength dengan variasi matrik.

Gambar 4. 18 Diagram Tegangan-Regangan Komposit Natural Fiber dengan Metode Vacuum

Bagging.

Grafik diatas menunjukkan hubungan tegangan regangaan pada macam macam

jenis matrik yaitu bisphenol, epoxy, ripoxy, polyester. Dimana dari grafik dapat

diketahui sumbu x menunjukkan regangan dan sumbu y menunjukkan tegangan.

Pada grafik hubungan tegangan dan regangan rekayasa dengan variasi matrik

dengan metode vacuum bagging dari tinggi ke rendah adalah epoxy, polyester,

bisphenol, lalu ripoxy.

Variasi matrik Epoxy

Komposit dengan matrik epoxy memiliki kekuatan tarik sebesar 305,29 MPa.

Nilai ini merupakan tegangan maksimal yang dihasilkan spesimen hingga patah.

Dengan besar regangan maksimal yaitu 3.04%. Komposit epoxy menghasilkan nilai

tegangan yang tinggi namun diikuti oleh regangan yang cukup besar. Hal ini

0

50

100

150

200

250

300

350

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Tega

nga

n (

MP

a)

Regangan (%)

Bisphenol

Polyester

Rypoxy

Epoxy

59

menunjukkan matrik epoxy mampu menyalurkan tegangan yang diterima oleh

komposit kepada fiber secara merata seingga memiliki kekuatan yang tinggi.

Variasi matrik Polyester

Kekuatan tarik variasi matrik polyester yaitu sebesar 266.8 MPa sebagai tegangan

maksimal yang dapat dihasilkan dari komposit tersebut. Dengan besar regangan

maksimal yaitu 2,43%. Polyester merupakan matrik yang sangan baik dalam mengikat

natural fiber, sehingga komposit dengan matrik polyester sangat baik digunakan dan

memiliki nilai kekuatan tarik yang tinggi. Polyester memiliki kekentalan yang lebih

rendah dari pada matrik epoxy, hal ini memungkinkan polyester untuk dapat terserap

dan masuk kedalam rongga pada natural fiber sehingga dapat tercampur merata dan

menghasilkan komposit yang berkekuatan tarik tinggi.

Variasi matrik Bisphenol

Kekuatan tarik variasi matrik bisphenol yaitu sebesar 248,8 MPa dan merupakan

tegangan maksimal yang dapat dihasilkan dari komposit bermatrik tersebut. Dengan

besar regangan maksimal yaitu 3,67%. Dari gambar 4.2 terlihat bahwa bisphenol

memiliki nilai regangan yang terbesar dibandingkan dengan ketiga resin lainnya. hal ini

menyebabkan komposit dengan matrik bisphenol memiliki daerah plastis yang luas

namun memiliki nilai kekuatan tarik yang cukup baik.

Variasi matrik Ripoxy

Kekuatan tarik variasi matrik Ripoxy yaitu sebesar 235,34 MPa. Ripoxy memiliki

regangan maksimal sebesar 1,82%. Ripoxy memiliki kekentalan yang paling rendah

dibandingkan seluruh jenis resin, namun matrik Ripoxy memiliki nilai penyusutan yang

sangat besar, yaitu sekitar 35-40%. Karena dari penyusutan inilah, hasil produk

komposit ripoxy dengan metode vacuum bagging pada komposit natural fiber memiliki

nilai kekuatan tarik yang paling rendah, namun dapat dilihat komposit dengan matrik

ripoxy memiliki nilai kekakuan yang paling baik dibandingkan dengan seluruh

komposit dengan matrik yang lain. Hal ini dikarenakan penyusutan matrik ripoxy yang

cenderung besar, sehingga dapat memadat dengan baik sehingga kekakuannya baik.

Rendahnya kekuatan dari produk komposit ripoxy ini juga dipengaruhi oleh banyaknya

void yang terjadi pada permukaan produk.

60

4.6 Perbandingan Kekuatan Tarik metode Vacuum Bagging dengan Resin Infusion

Berikut ini adalah perbandingan kekuatan tarik dari proses pembuatan komposit dengan

metode Vacuum Bagging dan Vacuum Resin Infusion. Dapat terlihat pada gambar berikut ini :

Gambar 4. 19 Grafik perbandingan kekuatan Tarik antara Vacuum Bagging Process dan

Resin Infusion Process

Dari grafik diatas dapat terlihat bahwa nilai kekuatan tarik dari metode vacuum bagging

process pada beberapa jenis matrik lebih rendah dari nilai kekuatan tarik pada proses resin

infusion process. Pada matrik bisphenol dan ripoxy, kekuatan tariknya menunjukkan lebih

rendah dari pada metode resin infusion, hal ini disebabkan karena pada proses vacuum bagging,

matrik dioleskan pada serat dan hanya bisa dilakukan satu kali sebelum akhirnya dilakukan

proses vacuum, matrik bisphenol dan ripoxy memiliki karakter kekentalan yang rendah apabila

telah tercampur dengan katalis dan promoter, sehingga pada saat proses vacuum, ada

kemungkinan resin yang telah menempel pada serat akan ikut terhisap kedalam resin trap

sehingga proses adhesi antara serat dan matrik akan mengalami penurunan akibat dari

berkurangnya jumlah resin yang menempel secara merata pada serat dan menumpuk pada

permukaan spesimen. Void yang banyak terjadi pada produk komposit dengan matrik ripoxy

dan bisphenol juga mempengaruhi kekuatan tarik dari komposit tersebut. Sedangkan pada

proses resin infusion, resin yang ditarik secara kontinyu memberikan persebaran yang lebih

merata pada seluruh bagian serat.

Pada matrik epoxy dan ripoxy, kekuatan tariknya cenderung meningkat apabila

dibandingkan dengan metode resin infusion, hal ini disebabkan karena kekentalan matrik epoxy

0

50

100

150

200

250

300

350

Bisphenol Polyester Rypoxy Epoxy

Kee

kuat

an T

arik

(M

Pa)

Perbandingan Kekuatan Tarik

Vacuum Bagging Resin Infusion

61

dan polyester yang tinggi sehingga akan sulit terhisap dan ikut masuk kedalam resin trap. Hal

ini memungkinkan resin dapat menyebar secara merata dengan dilakukannya proses hand lay

up, karena pemerataan resin pada serat dapat dikontrol sehingga proses adhesi antara matrik

dan serat dapat terjadi dengan baik. Sedangkan pada metode resin infusion, hal ini akan menjadi

masalah dikarenakan apabila matrik yang ditarik menggunakan vacuum terlalu kental, maka

fluiditas resin akan menjadi rendah dan menyebabkan resin sulit untuk mengalir masuk mengisi

rongga serat dan menyebabkan resin dapat memasuki masa gelling time sebelum dapat mengisi

rongga serat secara merata. Tidak meratanya penyebaran matrik pada serat tentunya akan

mempengaruhi kekuatan dari produk komposit karena akan transfer gaya yang diterima oleh

komposit tidak maksimal.

62

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang dilakukan maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai

berikut.

Prosentase terjadinya void pada metode vacuum bagging dinilai cukup tinggi, urutan

produk dengan void terbanyak berdasarkan sample yang dihitung adalah rypoxy (52.52%),

bisphenol (48.21%), polyester (39.79%), dan epoxy (38.29%).

Dari hasil penelitian, metode vacuum bagging terbukti dapat mengurangi cacat produk

seperti debonding, dan pull out. Hal ini dapat terlihat jelas dari perbandingan patahan kedua

produk komposit.produk hasil proses vacuum bagging juga memiliki fracture area yang jauh

lebih rendah dibandingkan produk hasil proses vacuum resin infusion.

Didapatkan hasil pengujian kekuatan tarik produk komposit dengan metode vacuum bagging

tertinggi terdapat pada matrik epoxy yaitu sebesar 305,29 mpa, matrik polyester mempunyai kekuatan

tarik sebesar 266,83 mpa, matrik bisphenol mempunyai kekuatan tarik sebesar 248,80 mpa dan matrik

ripoxy memiliki kekuatan tarik sebesar 235,35 mpa. Perbedaan kekuatan tarik dari tiap variasi

disebabkan oleh sifat dari masing-masing matrik yang digunakan serta banyaknya void yang

terjadi pada material produk komposit.

5.2 Saran

1. Perlunya dilakukan penelitian lebih lanjut untuk dapat mengetahui perbandingan

seluruh hasil proses manufaktur komposit.

2. Pada saat proses hand lay up, hendaknya proses pencampuran dan penuangan resin

dilakukan secara perlahan untuk meminimalisir void yang terjadi.

3. Perlunya perhitungan yang matang untuk dapat memperkirakan waktu resin memasuki

gelling time, dikarenakan proses hand lay up menghabiskan waktu yang cukup lama.

4. Gunakan release agent secara merata agar proses pelepasan spesimen lebih mudah.

Daftar Pustaka

Arif. (2011). Karakterisasi Kekuatan Mekanik Komposit Berpenguat Serat Kulit Waru

(Hibiscus Tiliaceus) Kontinyu Laminat Dengan Perlakuan Alkali Bermatriks

Polyester. Jurnal Rekayasa Mesin Vol.2, No. 3 Tahun 2011 : 209-217, Mechanical

Engineering, Brawijaya University.

Amirkhosravi, M. (2012). Improving laminate quality in wet lay-up/vacuum bag processes.

Oklahoma: School of Aerospace and Mechanical Engineering, University of

Oklahoma.

Ariska, V. (2016). Pengaruh Variasi Matrik terhadap Kekuatan Tarik pada Komposit

berserat Kulit Waru (hibiscus tiliaceus). Malang: Mechanical Engineering,

Brawijaya University.

ASM Handbook Committee. (2001). ASM Handbook Volume 21 : Composite. ASM

International Handbook Committee.

ASTM. (2003). ASTM D638-03, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastic.

West Conshohocken: PA.

Callister, W. D. (2007). Material Science and Engineering, 2nd edition. New York: Jhon

Wolley & Sons ,inc.

Castegnaro, S. (2016). A bio-composite racing sailboat: Materials selection, design,

manufacturing. Venezia: Department of Industrial Engineering, University of

Padova.

George. (2005). Mechanics of Composite Materials with MATLAB. Los Angels: Springer.

Gibson, R. F. (1994). Mechanics of Composite Materials.

Istiqomah. (2011). Waru Leaf Saponin on Ruminal Fermentation. Research Unit for

Development of Chemical Engineering Process, Indonesian Institute of Science

(LIPI).

Kakani. (2004). Material Science, New Delhi. New age International Publisher.

Mazumdar, S. K. (2002). Composites manufacturing : materials, product, and process.

London: CRC PRESS LCC.

Niu, H. (2001). Analitical Modeling on Debonding Failure of FRP-Strengthened RC

Flexural Structure. Hitachi: Ibaraki University, Japan.

Octaridwan, A. (2015). Pengaruh Fraksi Berat Serat Daun Nanas dan Bentuk Cetakan

terhadap Prosentase Penyusutan Polyester. Malang: Mechanical

Engineering,Brawijaya University.

Rawling, M. (1994). Composite Materials : Engineering and Science. New York:

Chapman & Hall.

Rijswijk, K. v. (2001). Application of Natural Fibre Composites in the Development. Delft:

Faculty of Aerospace Engineering Delft University of Technology.

Setyanto, R. H. (2012). Review : Teknik Manufaktur Komposit Hijau dan Aplikasinya.

Performa Vol. 11. Performa.

Setyawati, A. A. (2009). Kimia, Mengkaji Fenomena Alam. Jakarta: Pusat Pendidikan.

Schuh,G.U (1999). Automotive application for natural fiber composite. UNESP – Sau

Paulo State University

UGM, C. C. (2016, April). Retrieved from http://ccrc.farmasi.ugm.ac.id/?page_id=227.

Zulfia, A. (2010). Pengantar Komposit.

penggunaan metode vacuum bagging pada proses …repository.ub.ac.id/6919/35/pusananda, febriko...

Documents