BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
.
4.1 Massa Jenis
Pengukuran massa jenis dan pengujian tekan statik aksial dilakukan terhadap 5 spesimen uji yang identik untuk masing-masing jenis material. Massa jenis setiap
material ditunjukkan pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Massa Jenis Spesimen Uji
No. Material
Massa rata-rata g
Massa jenis rata-rata gcm
3
1 Polymeric foam
6,62 0,08
2 Resin
101,83 1,23
3 Polymeric foam
diperkuat serat TKKS 90,74
1,096
4.2 Hasil Pengujian Tekan Statik Aksial
4.2.1 Hubungan tegangan-regangan Hasil pengujian tekan statik menunjukkan karakteristik polymeric foam
yang sangat spesifik, memuat informasi-informasi yang penting untuk membuktikan respon akibat beban tekan statik terhadap polymeric foam, seperti: modulus
elastisitas, plateau, dan densification. Kurva respon polymeric foam akibat beban tekan statik ditunjukkan pada Gbr. 4.1 b. Batas tegangan tekan statik rata-rata yang
dicapai sekitar 1,01 MPa dengan regangan elastis sebesar 2,33. Modulus elastisitas tekan statik polymeric foam diperoleh sebesar 17,42 MPa.
Universitas Sumatera Utara
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110 120
1 2
3 4
5 Regangan
T ega
nga n M
P a
Resin Termoset Polymeric Foam + TKKS
a. Resin termoset dan polymeric foam yang diperkuat serat TKKS
1 2
3 4
5 6
5 10
15 20
25 30
35 40
Regangan T
ega ng
an M
P a
b. Polymeric foam Gambar 4.1 Kurva Respon Tegangan-Regangan Rata-rata Teknik
akibat Beban Tekan Statik Aksial
Universitas Sumatera Utara
Tegangan tekan di garis plateau dicapai sekitar 1,02 MPa s.d. 1,41 MPa dengan kenaikan regangan yang tinggi, yaitu 5,77 hingga 31,35. Tegangan tekan
yang mengakibatkan kerusakan plastis densification terhadap polymeric foam terjadi antara 1,47 MPa hingga 4,96 MPa dengan regangan sekitar 31,35 s.d.
40,09. Harga kekakuan rata-rata polymeric foam yang diperoleh dari pengujian tekan statik aksial sekitar 256,4 Nmm.
Respon resin termoset akibat beban tekan statik dapat dilihat pada Gbr. 4.1 a. Batas tegangan rata-rata di daerah elastis dicapai sebesar 58,2 MPa dengan
regangan 0,65. Modulus elastisitas resin akibat beban tekan statik diperoleh sekitar 8910,94 MPa. Tegangan yang dicapai saat spesimen resin patah akibat beban tekan
statik adalah 118,02 MPa dengan regangan 5,32. Resin memiliki nilai kekakuan sekitar 131,16 kNmm.
Kurva tegangan-regangan polymeric foam diperkuat serat TKKS diperlihatkan pada Gbr. 4.1 a. Tegangan rata-rata maksimum di daerah elastis dicapai sebesar
13,3 MPa dengan regangan 0,59. Modulus elastisitas tekan statik polymeric foam diperkuat serat TKKS sebesar 1722 MPa. Tegangan yang dicapai saat spesimen patah
sekitar 13,8 MPa dengan regangan rata-rata sebesar 1,52. Kekakuan rata-rata polymeric foam diperkuat serat TKKS sekitar 25,35 kNmm.
4.2.2 Mode kegagalan Foam menunjukkan respon awal elastis dan selanjutnya menjadi plastis.
Kurva respon tegangan-regangan dari lima spesimen polymeric foam polyurethane
Universitas Sumatera Utara
a. =
o
b.
y
c. =
f
yang akibat beban tekan statik ditunjukkan pada Gbr. 4.2. Secara makroskopik dapat dilihat bahwa di permukaan spesimen uji telah mengalami kerutlipatan yang
permanen. Garis lipatan tersebar secara acak wiggly. Hal ini mengindikasikan terjadinya deformasi lokal yang homogen menghasilkan kerusakan foam dalam
jumlah banyak.
1 2
3 4
5 6
10 20
30 40
Regangan T
eg an
g an
M P
a Spesimen 1
Spesimen 2 Spesimen 3
Spesimen 4 Spesimen 5
Gambar 4.2 Respon Tegangan-Regangan Polymeric Foam akibat Beban Tekan Statik Aksial
a b
c
Universitas Sumatera Utara
Lipatan kerutan
Deformasi arah lateral
Kondisi a pada Gbr 4.2 merupakan spesimen dalam kondisi awal, setelah melewati daerah elastis terjadi kerut di permukaan seperti pada kondisi b dan c. Kondisi b
telah mengalami regangan plastis sekitar 5,77 plateau dan kondisi c telah mengalami regangan plastis sekitar 31,35 densification. Kerutan pada kondisi c
lebih banyak dibandingkan kondisi b meskipun hanya sedikit perubahan tegangan yang terjadi.
Gambar 4.3 Mode Kegagalan Polymeric Foam akibat Beban Tekan Statik Aksial
Gambar 4.3 menunjukkan kerusakan di dinding foam diakibatkan deformasi arah aksial dan lateral. Akibat terdeformasi pada arah aksial menyebabkan pengecilan
ukuran rongga di daerah tertentu serta menimbulkan deformasi arah lateral karena gesekan antara permukaan kontak spesimen terhadap permukaan die. Secara
makroskopik, deformasi tersebut ditandai dengan adanya lipatankerutan di
Universitas Sumatera Utara
a. Kondisi deformasi plastis
b. Kondisi patah Bulge surface
permukaan spesimen. Lipatan tersebut merupakan kondisi terjadinya regangan plastis dengan tegangan sekitar 1,01 MPa. Lipatan-lipatan tersebut terjadi secara acak dan
mulai menimbulkan kerusakan random planes failure. Kondisi tersebut mulai terjadi pada tegangan 1,02 MPa. Akibat lipatan tersebut struktur material menjadi
lebih solid karena rongga-rongga mengecil. Mode kegagalan akibat beban tekan statik terhadap resin yang solid dapat
dilihat secara makroskopik pada Gbr. 4.4. Gesekan antara permukaan kontak spesimen terhadap permukaan die menyebabkan spesimen patah. Kejadian patah
diawali oleh tegangan tarik yang terjadi di daerah permukaan yang menonjol bulge surface dalam arah circumferential seperti ditunjukkan pada Gbr. 4.4 a.
Gambar 4.4 Mode Kegagalan Resin akibat Beban Tekan Statik Aksial
Universitas Sumatera Utara
Regangan di daerah bulge surface pusat spesimen lebih tinggi dibandingkan dengan bagian permukaan spesimen yang lain. Peristiwa tarik pada arah circumferential
secara kontinu menimbulkan retak. Retak terus menjalar mengakibatkan spesimen patah pada tegangan 118,02 MPa, seperti ditunjukkan pada Gbr. 4.4 b.
00
Gambar 4.5 Respon Tegangan-Regangan Polymeric Foam Diperkuat Serat TKKS akibat Beban Tekan Statik Aksial
a. =
o
b.
y
c. =
f
2 4
6 8
10 12
14
0.5 1
1.5 2
Regangan T
ega nga
n M
P a
Spesimen 1 Spesimen 2
Spesimen 3 Spesimen 4
Spesimen 5
a b
c
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5 menunjukkan respon lima spesimen uji polymeric foam yang diperkuat serat TKKS akibat beban tekan aksial. Kondisi a pada Gbr. 4.5
menunjukkan kondisi spesimen uji belum terderformasi plastis, sedangkan kondisi b dan c menunjukkan spesimen terdeformasi plastis. Kerusakan spesimen
menunjukkan kegagalan geser yang ditandai dengan kemiringan garis retak yang cenderung 45
o
. Mode kerusakan polymeric foam yang diperkuat serat TKKS ditunjukkan
pada Gbr. 4.6. Gesekan antara permukaan kontak spesimen dengan die menimbulkan bulging di tengah permukaan center region spesimen.
Gambar 4.6 Mode Kegagalan Polymeric Foam Diperkuat Serat TKKS akibat Beban Tekan Statik Aksial
Hasil uji tekan statik terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS menunjukkan respon elastis awal yang dilanjutkan dengan respon yang tidak elastis.
45
o
Universitas Sumatera Utara
Respon tersebut menimbulkan tekukan pada dinding foam local buckling. Untuk pembebanan yang berkelanjutan akan mengakibatkan konsentrasi tegangan terhadap
bidang dimana local buckling terjadi. Rata-rata kerusakan spesimen menunjukkan patahan geser dengan perkiraan
kemiringan 45
o
terhadap arah pembebanan. Garis miring tersebut menyerupai bidang slip yang disebabkan oleh tegangan geser. Ciri-ciri tersebut mengindikasikan bahwa
deformasi yang terjadi terhadap polymeric foam yang diperkuat serat TKKS didominasi oleh tegangan geser.
Dari hasil eksperimen diketahui respon dan karakteristik polymeric foam diperkuat serat TKKS dan beberapa material penyusunnya yang ditunjukkan pada
Tabel 4.2. Tabel 4.2. Respon dan Karakteristik Material
No. Material
ρ kgm
3 uc
MPa
ut
MPa
f
k kNmm
E GPa
1 Polyurethane
80 4,96 - 40,09
0,256 0,0174
2 Resin termoset
1230 118,02 - 5,32 131,16 8,91
3 Serat TKKS
- - 156,3
- - 11,88
4 Polymeric foam
diperkuat serat TKKS 1096 13,3
7,427 1,52
25,35 1,722 Gunawan, F.E., et al; 2009
Hasil pengamatan struktur mikro terhadap bagian spesimen yang rusak ditunjukkan pada Gbr. 4.7. Pengamatan ini menggunakan alat uji SEM Scanning
Electron Microscope.
Universitas Sumatera Utara
a. Deformasi plastis sebelum rusak
b. Pemutusan dinding foam
Gambar 4.7 Foto SEM Kerusakan akibat Beban Tekan Statik Aksial
Universitas Sumatera Utara
c. Kerusakan serat TKKS dan foam Gambar 4.7 Lanjutan
Dari Gbr. 4.7 dapat dilihat kerusakan struktur foam hasil pengamatan menggunakan SEM. Beberapa kerusakan, seperti: pengecilan ukuran foam,
pemutusan dinding foam dan serat dapat dilihat pada Gbr. 4.7. Gambar 4.7 a menunjukkan pengecilan ukuran foam akibat deformasi plastis. Kerusakan dinding
foam terjadi di percabangan hinge antar dinding foam, seperti ditunjukkan pada Gbr. 4.7 b. Akibat beban tekan, di percabangan dinding foam terjadi bending
sehingga dinding foam mengalami buckling. Buckling menyebabkan dinding foam mengalami kegagalan geser. Gambar 4.7 c menunjukkan kondisi serat TKKS yang
putus. Serat cenderung berada di dinding foam yang lebih tebal, sedangkan dinding yang lebih tipis tidak lebih cepat rusak karena tidak memiliki serat.
Universitas Sumatera Utara
4.3 Hasil Simulasi Numerik
Kategori