TUGAS AKHIR KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI Karakteristik Serat Kulit Waru yang Disusun Laminasi Bermatrik Polyester dengan Orientasi Serat (450,500,550) terhadap Sifat Fisis dan Mekanis.
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (450,500,550)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DHEDHI HENDRAJATI
NIM : D 200.10.0103
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Maret 2016
iii
iii
iv
v
HALAMAN MOTTO
Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita
ditimpa kesusahan
(QS Al-insyiroh ayat 5-6)
Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya
akan mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya
tanpa mengurangi pahala mereka sedikitpun
(HR. Bukhori)
Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar
(Khalifa Umar)
vi
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (450,500,550)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Dhedhi Hendrajati, Bibit Sugito, Agus Dwi Anggono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email : mahardikaalvino@gmail.com
ABSTRAKSI
Penelitian komposit serat batang kulit waru ini bertujuan untuk mendiskripsikan
sifat fisis dan mekanis komposit serat batang kulit waru akibat variasi sudut dan
mendiskripsikan foto makro komposit serat batang kulit waru setelah dilakukan
pengujian tarik dan pengujian impak akibat variasi sudut.
Metode yang dilakukan yaitu melakukan alkalisasi serat kulit waru dengan
perendaman KMnO4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam. Benda uji dibuat dengan
metode Hand Lay-up, perbandingan serat 30%, orientasi serat [-450 / 450];[-500 /
500];[-550 / 550]. menggunakan resin polyester seri BQTN 157. Sifat mekanis yang
didapatkan adalah dari pengujian tarik menggunakan standart ASTM D3039-07 dan
pengujian impak menggunakan standart ASTM D256-03 dengan variasi sudut 450,
500, 550, serta mendiskripsikan kekuatan tarik, harga impak dan foto makro komposit
polyester serat batang kulit waru akibat variasi sudut.
Hasil pada pengujian tarik komposit yang disusun simetri [-450/450],[- 500/500],[0
55 /550] kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposit dengan sudut uji 45 0,
dimana kekuatan tariknya meningkat yaitu sebesar 42,340 N/mm2 lebih besar dari
pada komposit dengan sudut uji 500, dan 550. Sedangkan pada pengujian impak
izod komposit yang disusun simetri [-450/450 ],[-500/500],[-550/550] dimana semakin
kecil sudut uji 450 maka semakin besar energi yang diserap dan harga impak. Pada
foto makro pengujian tarik struktur patahan spesimen komposit bergelombang dan
tidak beraturan. Pada sudut uji 550 terjadi proses pembesaran void dan broken fiber
sangat mendominasi. Sedangkan pada foto makro pengujian impak izod hasil
struktur patahan komposit pada uji 450 terlihat bahwa spesimen mengalami pull out
fiber.
Kata kunci : Serat Batang Kulit Waru, Resin polyester,
Komposit Laminasi, Variasi Sudut.
vii
PCHARACTERISTICS OF FIBER SKIN THAT PREPARED HIBISCUS LAMINATE
POLYESTER MATRIX WITH FIBER ORIENTATION ( 450,500,550 ) ON PHYSICAL
AND MECHANICAL PROPERTIES
Dhedhi Hendrajati, Bibit Sugito, Agus Dwi Anggono
Mechanical Engineering University of Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
E-mail :mahardikaalvino@gmail.com
Abstraction
Research hibiscus bark fiber composite rod is intended to describe the physical
and mechanical properties of skin stem hibiscus fiber composites due to variation of
the angle and macro photographs describe fiber composite skin stem hibiscus after
testing the tensile and impact testing due to variations in the angle.
The method to do that is to alkalization hibiscus fiber skin by soaking KMnO4
5% per 1 liter of distilled water for 2 hours. The test object is made by Hand Lay-up
method, the ratio of 30% fiber, fiber orientation [-450 / 450]; [- 500/500]; [- 550/550].
using polyester resin series BQTN 157. The mechanical properties obtained are of a
tensile testing using standard ASTM D3039-07 and ASTM impact testing using
standard D256-03 with the variation of the angle of 450, 500, 550, as well as describe
the tensile strength, impact the price and composite macro photo polyester fiber
trunk hibiscus skin due to variation of the angle.
The results of the tensile test composites prepared symmetry [-450 / 450], [0
50 /500], [- 550/550] contained in the maximum tensile strength of composite with 45 0
test corner, where the strength of its increase in the amount of 42.340 N / mm2 more
greater than the composite with a test corner 500, and 550. While the Izod impact
testing of composites prepared symmetry [-450 / 450], [- 500/500], [- 550/550] where
the smaller the angle, the greater the test 450 energy is absorbed and the price
impact. At the macro image tensile test specimens fault structure composite bumpy
and irregular. At an angle of 550 trials going on the enlargement process void and
broken fiber is very dominating. While the macro image Izod impact testing results of
composite fault structure at 450 test specimens seen that the pull-out of fiber.
Keywords : Fiber Trunk Leather Hibiscus , Polyester Resins ,
Composite Laminates , Variation Angle .
viii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya,
bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai
cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang,
saya persembahkan tugas akhir ini kepada :
1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi
dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu
sampai mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin.
2. Semua sahabat - sahabatku Dwi Siswanto, Bayu Febri Anggoro, Trias
novan, Agus Wahyudi Irianto, Reza Riyantoko Wibisono, Ervan
Effendi, Anda Wahyu
yang selalu membantu dan memberi solusi
dalam menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai.
3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan
semangatnya yang selalu saya dengar setiap waktu.
4. Semua teman – temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk
menyelesaikan tugas akhir saya.
5. Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT selaku kepala laboratorium metalurgi
Teknik Mesin, .Kepala laboratorium fisika MIPA UNS dan ketua
laboratorium teknik BLKI, terimakasih banyak telah memberikan ijin
dan kesempatan untuk menyelesaikan penelitian tugas akhir saya
sampai selesai
ix
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas
segala rahmat dan nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian
ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul “KARAKTERISTIK SERAT
KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER
DENGAN ORIENTASI SERAT (450,500,550) TERHADAP SIFAT FISIS
DAN MEKANIS” dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak.
Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala hormat
dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan
penghargaan sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik
Mesin.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah
membimbing serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan
arahan dan penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Agus Dwi Anggono, ST. M.Eng. Ph.D selaku Dosen
pembimbing II yang telah bersedia memberikan bimbingan dan
arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini
5. Bapak Patna Partono, ST. MT, selaku Dosen penguji yang telah
memberikan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir.
6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir.
7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta
dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan
sangat luar biasa.
x
8. Teman – teman angakatan 2010 yang banyak memberikan motivasi
dan semangat bagi penulis
9. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas
dukungannya.
Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh
karena itu kritik dan saran bersifat membangun dari pembaca akan
penulis terima dengan senang hati dan penulis ucapkan banyak terima
kasih. Semoga semua amal baik yang diberikan semua pihak kepada
penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan sempurna dari Allah
SWT.
Surakarta,
Maret 2016
Dhedhi Hendrajati
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .......................................................... v
HALAMAN MOTTO.............................................................................. vi
ABSTRAKSI ....... ................................................................................. vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... ix
KATA PENGANTAR ............................................................................ x
DAFTAR ISI ......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xv
DAFTAR TABEL ................................................................................. xviii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xix
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .................................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 3
1.3. Batasan Masalah .............................................................. 3
1.4. Manfaat Penelitian ............................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................... 6
2.1. Tinjauan Pustaka .............................................................. 6
2.2. Landasan Teori ................................................................. 9
2.2.1.
Komposit .............................................................. 9
xii
2.2.2.
Klasifikasi Komposit ............................................. 12
2.2.3.
Faktor Ikatan Fiber – Matrik ................................. 16
2.2.4.
Matrik ................................................................... 17
2.2.5.
Serat..................................................................... 21
2.2.6.
Perlakuan Alkali (KMnO4) ..................................... 24
2.2.7.
Pengujian Density ................................................ 24
2.2.8.
Fraksi Volume Komposit ...................................... 26
2.2.9.
Pengujian KekuatanTarik ..................................... 27
2.2.10. Kurva Tegangan Regangan Komposit
Berpenguat Serat ................................................. 31
2.2.11. Patahan (Fracture) ............................................... 33
2.2.12. Pengujian Kekuatan Impak .................................. 38
BAB III METODE PENELITIAN............................................................ 42
3.1. Diagram Alir Penelitian ..................................................... 42
3.2. Prosedur Penelitian........................................................... 43
3.2.1.
Studi Pustaka ....................................................... 43
3.2.2.
Studi Lapangan .................................................... 43
3.2.3.
Persiapan Alat ...................................................... 43
3.2.4.
Persiapan Bahan .................................................. 44
3.2.5.
Pengambilan Serat Kulit Waru ............................. 45
3.2.6.
Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap
Pertama................................................................ 45
3.2.7.
Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia
KMnO4 .................................................................. 46
3.2.8.
Pengeringan Serat Tahap Kedua ......................... 47
3.2.9.
Pemotongan Serat ............................................... 47
3.2.10. Pengovenan Serat................................................ 48
3.2.11. Pengecekan Kadar Air Dalam Serat..................... 48
3.2.12. Pembuatan Komposit ........................................... 49
3.2.13. Pengujian Tarik .................................................... 53
xiii
3.2.14. Pengujian Impak Izod ........................................... 53
3.2.15. Foto Makro ........................................................... 55
3.3. Bahan dan Alat ................................................................. 56
3.3.1.
Bahan ................................................................... 56
3.3.2.
Peralatan pendukung ........................................... 58
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 63
4.1. Data Hasil Pengujian ....................................................... 63
4.1.1.
Pengujian Tarik .................................................... 63
4.1.2.
Pembahasan Pengujian Tarik .............................. 69
4.1.3.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 70
4.1.4.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 72
4.1.5.
Pengujian Impak................................................... 74
4.1.6.
Pembahasan Pengujian Impak ............................ 78
4.1.7.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 78
4.1.8.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 80
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 82
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 82
5.2. Saran ........ ....................................................................... 83
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komposisi Komposit........................................................ 9
Gambar 2.2. Skema Uji Densitas (George 2003)................................. 26
Gambar 2.3. Geometri Spesimen Uji Tarik (ASTM D3039-07) ............ 27
Gambar 2.4. Kurva Tegangan Regangan ............................................ 28
Gambar 2.5. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik .............................. 31
Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Matrix Failur
Mode ............................................................................. 32
Gambar 2.7. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur
Mode ............................................................................. 33
Gambar 2.8. Skematik Patah Liat ........................................................ 36
Gambar 2.9. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut ...................... 37
Gambar 2.10. Skematik Patah Getas .................................................. 38
Gambar 2.11. Skematik Pengujian Impak............................................ 40
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................... 42
Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Pohon Waru ........................ 45
Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Pohon Waru
Tahap Pertama ............................................................... 46
Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO4............. 46
Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Pohon Waru
Tahap Kedua .................................................................. 47
Gambar 3.6. Pemotongan Serat .......................................................... 47
Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat .............................................. 48
Gambar 3.8. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM
xv
D3039-07 ........................................................................ 49
Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Impak Standart ASTM
D256-03 .......................................................................... 49
Gambar 3.10. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik ............................ 50
Gambar 3.11. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Impak .......................... 49
Gambar 3.12. Alat Foto Makro Dino Lite.............................................. 55
Gambar 3.13. Serat Batang Pohon Waru ............................................ 56
Gambar 3.14. Resin dan Katalis MEKPO ............................................ 57
Gambar 3.15. Kalium Permangate (KMnO4) ........................................ 58
Gambar 3.16. Timbangan Digital ......................................................... 59
Gambar 3.17. Cetakan Serat ............................................................... 59
Gambar 3.18. Kaca .............................................................................. 60
Gambar 3.19. Alat Suntik ..................................................................... 60
Gambar 3.20. Kantong Plastik ............................................................. 61
Gambar 3.21. Oven ............................................................................. 61
Gambar 3.22. Jangka Sorong .............................................................. 62
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan Pada Sudut 450 ................................ 65
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan Pada Sudut Uji 500........................... 66
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan Pada Sudut Uji 550........................... 67
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan .......................................................... 68
Gambar 4.5. Histogram Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata – Rata
xvi
Dengan Variasi Sudut ..................................................... 68
Gambar 4.6. Histogram Hubungan Antara Modulus Elastisitas
Dengan Variasi Sudut…………………………………….... 69
Gambar 4.7. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 450 Dengan Perbesaran 50x .................. 71
Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 500 Dengan Perbesaran 50x .................. 71
Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 550 Dengan Perbesaran 50x……………. 72
Gambar 4.10. Histogram Energi Yang Diserap Rata – Rata…………… 76
Gambar 4.11. Histogram Harga Impak Rata – Rata ……………………. 77
Gambar 4.12. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak
Pada Sudut Uji 450 Dengan Perbesaran 50x ................ 79
Gambar 4.13. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak
Pada Sudut Uji 500 Dengan Perbesaran 50x ................ 79
Gambar 4.14. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak
Pada Sudut Uji 550 Dengan Perbesaran
50x ................................................................................ 80
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial .......... 10
Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157® BQTNEX ....................................................................................... 20
Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam .................................... 23
Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber ..................................... 24
Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D3039-07 ........................ 63
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Sudut Uji 450,500, dan 550 ...... 64
Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut
Uji 450 ................................................................................. 65
Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut
Uji 500 ................................................................................. 66
Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut
Uji 550 ................................................................................. 67
Tabel 4.6. Geometri Pengujian Impak ASTM D 256-03 ....................... 74
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Impak Izod (450,500,550) ........................... 75
Tabel 4.8. Hasil Pengolahan Data Energi Yang Diserap Pada
Pengujian Impak Dengan Sudut Uji (450,500,550) .............. 75
Tabel 4.9. Hasil Pengolahan Data Rata – Rata Harga Impak Pada
Pengujian Impak Dengan Sudut Uji ( 450,500,550) .............. 77
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Tarik
2. Hasil Perhitungan Tarik
3. Data Pengujian Impak
4. Data Pengujian Densitas
5. Standar Pengujian Impak
6. Standard Pengujian Tarik
xix
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (450,500,550)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Disusun Sebagai Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata Satu
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh:
DHEDHI HENDRAJATI
NIM : D 200.10.0103
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Maret 2016
iii
iii
iv
v
HALAMAN MOTTO
Karena sesungguhnya allah akan mendatangkan kemudahan setelah kita
ditimpa kesusahan
(QS Al-insyiroh ayat 5-6)
Barang siapa yang mengajak orang lain untuk mengikuti petunjuk, niscaya
akan mendapatkan pahala yang sama dengan orang yang mengikutinya
tanpa mengurangi pahala mereka sedikitpun
(HR. Bukhori)
Raihlah ilmu,dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar
(Khalifa Umar)
vi
KARAKTERISTIK SERAT KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI
BERMATRIK POLYESTER DENGAN ORIENTASI SERAT (450,500,550)
TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS
Dhedhi Hendrajati, Bibit Sugito, Agus Dwi Anggono
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
Email : mahardikaalvino@gmail.com
ABSTRAKSI
Penelitian komposit serat batang kulit waru ini bertujuan untuk mendiskripsikan
sifat fisis dan mekanis komposit serat batang kulit waru akibat variasi sudut dan
mendiskripsikan foto makro komposit serat batang kulit waru setelah dilakukan
pengujian tarik dan pengujian impak akibat variasi sudut.
Metode yang dilakukan yaitu melakukan alkalisasi serat kulit waru dengan
perendaman KMnO4 5% per 1 liter aquades selama 2 jam. Benda uji dibuat dengan
metode Hand Lay-up, perbandingan serat 30%, orientasi serat [-450 / 450];[-500 /
500];[-550 / 550]. menggunakan resin polyester seri BQTN 157. Sifat mekanis yang
didapatkan adalah dari pengujian tarik menggunakan standart ASTM D3039-07 dan
pengujian impak menggunakan standart ASTM D256-03 dengan variasi sudut 450,
500, 550, serta mendiskripsikan kekuatan tarik, harga impak dan foto makro komposit
polyester serat batang kulit waru akibat variasi sudut.
Hasil pada pengujian tarik komposit yang disusun simetri [-450/450],[- 500/500],[0
55 /550] kekuatan tarik maksimum terdapat pada komposit dengan sudut uji 45 0,
dimana kekuatan tariknya meningkat yaitu sebesar 42,340 N/mm2 lebih besar dari
pada komposit dengan sudut uji 500, dan 550. Sedangkan pada pengujian impak
izod komposit yang disusun simetri [-450/450 ],[-500/500],[-550/550] dimana semakin
kecil sudut uji 450 maka semakin besar energi yang diserap dan harga impak. Pada
foto makro pengujian tarik struktur patahan spesimen komposit bergelombang dan
tidak beraturan. Pada sudut uji 550 terjadi proses pembesaran void dan broken fiber
sangat mendominasi. Sedangkan pada foto makro pengujian impak izod hasil
struktur patahan komposit pada uji 450 terlihat bahwa spesimen mengalami pull out
fiber.
Kata kunci : Serat Batang Kulit Waru, Resin polyester,
Komposit Laminasi, Variasi Sudut.
vii
PCHARACTERISTICS OF FIBER SKIN THAT PREPARED HIBISCUS LAMINATE
POLYESTER MATRIX WITH FIBER ORIENTATION ( 450,500,550 ) ON PHYSICAL
AND MECHANICAL PROPERTIES
Dhedhi Hendrajati, Bibit Sugito, Agus Dwi Anggono
Mechanical Engineering University of Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani Tromol Pos 1 Pabelan, Kartasura
E-mail :mahardikaalvino@gmail.com
Abstraction
Research hibiscus bark fiber composite rod is intended to describe the physical
and mechanical properties of skin stem hibiscus fiber composites due to variation of
the angle and macro photographs describe fiber composite skin stem hibiscus after
testing the tensile and impact testing due to variations in the angle.
The method to do that is to alkalization hibiscus fiber skin by soaking KMnO4
5% per 1 liter of distilled water for 2 hours. The test object is made by Hand Lay-up
method, the ratio of 30% fiber, fiber orientation [-450 / 450]; [- 500/500]; [- 550/550].
using polyester resin series BQTN 157. The mechanical properties obtained are of a
tensile testing using standard ASTM D3039-07 and ASTM impact testing using
standard D256-03 with the variation of the angle of 450, 500, 550, as well as describe
the tensile strength, impact the price and composite macro photo polyester fiber
trunk hibiscus skin due to variation of the angle.
The results of the tensile test composites prepared symmetry [-450 / 450], [0
50 /500], [- 550/550] contained in the maximum tensile strength of composite with 45 0
test corner, where the strength of its increase in the amount of 42.340 N / mm2 more
greater than the composite with a test corner 500, and 550. While the Izod impact
testing of composites prepared symmetry [-450 / 450], [- 500/500], [- 550/550] where
the smaller the angle, the greater the test 450 energy is absorbed and the price
impact. At the macro image tensile test specimens fault structure composite bumpy
and irregular. At an angle of 550 trials going on the enlargement process void and
broken fiber is very dominating. While the macro image Izod impact testing results of
composite fault structure at 450 test specimens seen that the pull-out of fiber.
Keywords : Fiber Trunk Leather Hibiscus , Polyester Resins ,
Composite Laminates , Variation Angle .
viii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kehadirat Allah SWT, beserta Rasulnya,
bangga, haru, serta bahagia yang mendalam setelah melewati berbagai
cobaan, halangan maupun rintangan dalam perjuangan yang panjang,
saya persembahkan tugas akhir ini kepada :
1. Bapak dan Ibu saya tercinta yang selalu mendoakan, memberi
dukungan secara finansial, tenaga serta dorongan sepanjang waktu
sampai mengantarkan saya sebagai seorang sarjana Teknik Mesin.
2. Semua sahabat - sahabatku Dwi Siswanto, Bayu Febri Anggoro, Trias
novan, Agus Wahyudi Irianto, Reza Riyantoko Wibisono, Ervan
Effendi, Anda Wahyu
yang selalu membantu dan memberi solusi
dalam menyelesaikan proses tugas akhir sampai selesai.
3. Seluruh keluarga besarku, terima kasih atas semua dukungan dan
semangatnya yang selalu saya dengar setiap waktu.
4. Semua teman – temanku Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta angkatan 2010 yang senantiasa memberi dukungan untuk
menyelesaikan tugas akhir saya.
5. Ir. Pramuko Ilmu Purboputro, MT selaku kepala laboratorium metalurgi
Teknik Mesin, .Kepala laboratorium fisika MIPA UNS dan ketua
laboratorium teknik BLKI, terimakasih banyak telah memberikan ijin
dan kesempatan untuk menyelesaikan penelitian tugas akhir saya
sampai selesai
ix
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, saya panjatkan kepada allah SWT atas
segala rahmat dan nikmat-Nya sehingga penyusunan laporan penelitian
ini dapat terselesaikan. Tugas akhir berjudul “KARAKTERISTIK SERAT
KULIT WARU YANG DISUSUN LAMINASI BERMATRIK POLYESTER
DENGAN ORIENTASI SERAT (450,500,550) TERHADAP SIFAT FISIS
DAN MEKANIS” dapat terselesaikan atas dukungan dari berbagai pihak.
Untuk itu dlam kesempatan ini saya selaku penulis dengan segala hormat
dan ketulusan hati ingin menyampaikan rasa terima kasih dan
penghargaan sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, MT, Ph.D, selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Tri Widodo Besar R., ST, MSc., Ph.D, selaku jurusan Teknik
Mesin.
3. Bapak Ir. Bibit Sugito, MT, selaku Dosen pembimbing I yang telah
membimbing serta bersedia meluagkan waktunya untuk memberikan
arahan dan penjelasan dalam penulisan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Agus Dwi Anggono, ST. M.Eng. Ph.D selaku Dosen
pembimbing II yang telah bersedia memberikan bimbingan dan
arahan dalam penyusunan Tugas Akhir ini
5. Bapak Patna Partono, ST. MT, selaku Dosen penguji yang telah
memberikan arahan dalam penyusunan Tugas Akhir.
6. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah
Surakarta yang membantu kelancaran Tugas Akhir.
7. Bapak dan ibuk tercinta yang selalu memberikan doa beserta
dukungannya, perhatian serta kasih sayang yang begitu istimewa dan
sangat luar biasa.
x
8. Teman – teman angakatan 2010 yang banyak memberikan motivasi
dan semangat bagi penulis
9. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan terimakasih atas
dukungannya.
Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari kesempurnaan, oleh
karena itu kritik dan saran bersifat membangun dari pembaca akan
penulis terima dengan senang hati dan penulis ucapkan banyak terima
kasih. Semoga semua amal baik yang diberikan semua pihak kepada
penulis akan mendapat balasan yang lebih baik dan sempurna dari Allah
SWT.
Surakarta,
Maret 2016
Dhedhi Hendrajati
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................... i
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................. iv
LEMBAR SOAL TUGAS AKHIR .......................................................... v
HALAMAN MOTTO.............................................................................. vi
ABSTRAKSI ....... ................................................................................. vii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................... ix
KATA PENGANTAR ............................................................................ x
DAFTAR ISI ......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .............................................................................. xv
DAFTAR TABEL ................................................................................. xviii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xix
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1. Latar Belakang .................................................................. 1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................. 3
1.3. Batasan Masalah .............................................................. 3
1.4. Manfaat Penelitian ............................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ...................... 6
2.1. Tinjauan Pustaka .............................................................. 6
2.2. Landasan Teori ................................................................. 9
2.2.1.
Komposit .............................................................. 9
xii
2.2.2.
Klasifikasi Komposit ............................................. 12
2.2.3.
Faktor Ikatan Fiber – Matrik ................................. 16
2.2.4.
Matrik ................................................................... 17
2.2.5.
Serat..................................................................... 21
2.2.6.
Perlakuan Alkali (KMnO4) ..................................... 24
2.2.7.
Pengujian Density ................................................ 24
2.2.8.
Fraksi Volume Komposit ...................................... 26
2.2.9.
Pengujian KekuatanTarik ..................................... 27
2.2.10. Kurva Tegangan Regangan Komposit
Berpenguat Serat ................................................. 31
2.2.11. Patahan (Fracture) ............................................... 33
2.2.12. Pengujian Kekuatan Impak .................................. 38
BAB III METODE PENELITIAN............................................................ 42
3.1. Diagram Alir Penelitian ..................................................... 42
3.2. Prosedur Penelitian........................................................... 43
3.2.1.
Studi Pustaka ....................................................... 43
3.2.2.
Studi Lapangan .................................................... 43
3.2.3.
Persiapan Alat ...................................................... 43
3.2.4.
Persiapan Bahan .................................................. 44
3.2.5.
Pengambilan Serat Kulit Waru ............................. 45
3.2.6.
Perendaman Dan Pengeringan Serat Tahap
Pertama................................................................ 45
3.2.7.
Pencucian Serat Menggunakan Cairan Kimia
KMnO4 .................................................................. 46
3.2.8.
Pengeringan Serat Tahap Kedua ......................... 47
3.2.9.
Pemotongan Serat ............................................... 47
3.2.10. Pengovenan Serat................................................ 48
3.2.11. Pengecekan Kadar Air Dalam Serat..................... 48
3.2.12. Pembuatan Komposit ........................................... 49
3.2.13. Pengujian Tarik .................................................... 53
xiii
3.2.14. Pengujian Impak Izod ........................................... 53
3.2.15. Foto Makro ........................................................... 55
3.3. Bahan dan Alat ................................................................. 56
3.3.1.
Bahan ................................................................... 56
3.3.2.
Peralatan pendukung ........................................... 58
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .............................. 63
4.1. Data Hasil Pengujian ....................................................... 63
4.1.1.
Pengujian Tarik .................................................... 63
4.1.2.
Pembahasan Pengujian Tarik .............................. 69
4.1.3.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 70
4.1.4.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 72
4.1.5.
Pengujian Impak................................................... 74
4.1.6.
Pembahasan Pengujian Impak ............................ 78
4.1.7.
Pengamatan Foto Makro ...................................... 78
4.1.8.
Pembahasan Foto Makro ..................................... 80
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................... 82
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 82
5.2. Saran ........ ....................................................................... 83
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Komposisi Komposit........................................................ 9
Gambar 2.2. Skema Uji Densitas (George 2003)................................. 26
Gambar 2.3. Geometri Spesimen Uji Tarik (ASTM D3039-07) ............ 27
Gambar 2.4. Kurva Tegangan Regangan ............................................ 28
Gambar 2.5. Sifat Komposit Pada Pengujian Tarik .............................. 31
Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan Komposit Matrix Failur
Mode ............................................................................. 32
Gambar 2.7. Kurva Tegangan Regangan Komposit Fiber Failur
Mode ............................................................................. 33
Gambar 2.8. Skematik Patah Liat ........................................................ 36
Gambar 2.9. Tahap Pada Patahan Cawan dan Kerucut ...................... 37
Gambar 2.10. Skematik Patah Getas .................................................. 38
Gambar 2.11. Skematik Pengujian Impak............................................ 40
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian .................................................... 42
Gambar 3.2. Pengambilan Serat Batang Pohon Waru ........................ 45
Gambar 3.3. Penjemuran Serat Batang Pohon Waru
Tahap Pertama ............................................................... 46
Gambar 3.4. Pencucian Serat Menggunakan Larutan KMnO4............. 46
Gambar 3.5. Penjemuran Serat Batang Pohon Waru
Tahap Kedua .................................................................. 47
Gambar 3.6. Pemotongan Serat .......................................................... 47
Gambar 3.7. Proses Pengovenan Serat .............................................. 48
Gambar 3.8. Geometri Spesimen Pengujian Tarik Standart ASTM
xv
D3039-07 ........................................................................ 49
Gambar 3.9. Geometri Spesimen Pengujian Impak Standart ASTM
D256-03 .......................................................................... 49
Gambar 3.10. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Tarik ............................ 50
Gambar 3.11. Dimensi Cetakan Spesimen Uji Impak .......................... 49
Gambar 3.12. Alat Foto Makro Dino Lite.............................................. 55
Gambar 3.13. Serat Batang Pohon Waru ............................................ 56
Gambar 3.14. Resin dan Katalis MEKPO ............................................ 57
Gambar 3.15. Kalium Permangate (KMnO4) ........................................ 58
Gambar 3.16. Timbangan Digital ......................................................... 59
Gambar 3.17. Cetakan Serat ............................................................... 59
Gambar 3.18. Kaca .............................................................................. 60
Gambar 3.19. Alat Suntik ..................................................................... 60
Gambar 3.20. Kantong Plastik ............................................................. 61
Gambar 3.21. Oven ............................................................................. 61
Gambar 3.22. Jangka Sorong .............................................................. 62
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan Pada Sudut 450 ................................ 65
Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan Pada Sudut Uji 500........................... 66
Gambar 4.3. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan Pada Sudut Uji 550........................... 67
Gambar 4.4. Grafik Hubungan Antara Tegangan Tarik
Dengan Regangan .......................................................... 68
Gambar 4.5. Histogram Hubungan Antara Tegangan Tarik Rata – Rata
xvi
Dengan Variasi Sudut ..................................................... 68
Gambar 4.6. Histogram Hubungan Antara Modulus Elastisitas
Dengan Variasi Sudut…………………………………….... 69
Gambar 4.7. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 450 Dengan Perbesaran 50x .................. 71
Gambar 4.8. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 500 Dengan Perbesaran 50x .................. 71
Gambar 4.9. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Tarik
Pada Sudut Uji 550 Dengan Perbesaran 50x……………. 72
Gambar 4.10. Histogram Energi Yang Diserap Rata – Rata…………… 76
Gambar 4.11. Histogram Harga Impak Rata – Rata ……………………. 77
Gambar 4.12. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak
Pada Sudut Uji 450 Dengan Perbesaran 50x ................ 79
Gambar 4.13. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak
Pada Sudut Uji 500 Dengan Perbesaran 50x ................ 79
Gambar 4.14. Pengamatan Hasil Foto Patahan Spesimen Uji Impak
Pada Sudut Uji 550 Dengan Perbesaran
50x ................................................................................ 80
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Keuntungan dan Kerugian Dari Komposit Komersial .......... 10
Tabel 2.2. Karakteristik Unsaturated Polyester Yukalac 157® BQTNEX ....................................................................................... 20
Tabel 2.3. Komposisi Unsur Kimia Serat Alam .................................... 23
Tabel 2.4. Tensile Properties of Various Fiber ..................................... 24
Tabel 4.1. Geometri Pengujian Tarik ASTM D3039-07 ........................ 63
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Tarik Pada Sudut Uji 450,500, dan 550 ...... 64
Tabel 4.3. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut
Uji 450 ................................................................................. 65
Tabel 4.4. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut
Uji 500 ................................................................................. 66
Tabel 4.5. Hasil Pengolahan Data Pengujian Tarik Pada Sudut
Uji 550 ................................................................................. 67
Tabel 4.6. Geometri Pengujian Impak ASTM D 256-03 ....................... 74
Tabel 4.7. Hasil Pengujian Impak Izod (450,500,550) ........................... 75
Tabel 4.8. Hasil Pengolahan Data Energi Yang Diserap Pada
Pengujian Impak Dengan Sudut Uji (450,500,550) .............. 75
Tabel 4.9. Hasil Pengolahan Data Rata – Rata Harga Impak Pada
Pengujian Impak Dengan Sudut Uji ( 450,500,550) .............. 77
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Grafik Tegangan – Regangan Hasil Pengujian Tarik
2. Hasil Perhitungan Tarik
3. Data Pengujian Impak
4. Data Pengujian Densitas
5. Standar Pengujian Impak
6. Standard Pengujian Tarik
xix