Batasan Masalah Manfaat Penelitian Kerangka Berpikir

Persyaratan lain untuk material alat transportasi adalah mempunyai ketahanan api yang baik, sehingga diharapkan bisa menjamin keselamatan penumpang atau pengendara bila terjadi kondisi yang berkaitan dengan nyala api. Hal ini telah diujicoba dan dilakukan di PT. INKA Madiun yang telah memproduksi berbagai panel-panel interior kereta api dari komposit berbahan geomaterial. Pengujian ini membuktikan bahwa bahan komposit geomaterial mempunyai sifat yang ringan, kekuatan memadai, mampu bentuk yang baik dan memiliki ketahanan api yang baik Diharjo, dkk., 2010. Bahan komposit serat gelas merupakan salah satu bahan komposit serat yang banyak digunakan sebagai pengganti bahan kayu. Komposit dengan komposisi 30 serat gelas dan 70 resin epoxy matrix bisa memberikan kenaikan kekuatan tarik sebesar 29,2 dibandingkan dengan kayu mahoni. Aplikasi penggunaan komposit juga meluas, selain digunakan sebagai interior rumah bagian dalam, komposit serat gelas juga mampu digunakan untuk bermacam eksterior rumah yang langsung terkena air hujan, debu, dan sinar matahari Harsi, 2013. Spesimen pengujian tarik dibuat sesuai ASTM D638 memiliki ketebalan 3 mm, jumlah laminat serat gelas yang digunakan pada komposit minimal 9 laminat dan maksimal sebanyak 15 laminat. Penambahan serat gelas pada komposit ini terkait juga dengan orientasi atau posisi sudut serat gelas. Pengujian tarik dan pengujian ketahanan bakar komposit ini menggunakan orientasi serat 0-90° dan 45-45°. Pengujian massa jenis sesuai standar ASTM D792 juga dilakukan untuk mengetahui bilamana ada rongga void pada spesimen dan meyakinkan bahwa proses pembuatan spesimen baik serta memenuhi ketentuan metode hand lay-up .

1.2 Batasan Masalah

Batasan masalah terkait dengan persiapan, proses pembuatan, pengujian, dan pengukuran hasil yang diperoleh, meliputi: 1. Serbuk genteng sokka dianggap homogen, meliputi: ukuran butiran, kelembaban, berat jenis, kandungan kimia. 2. Bahan serat gelas dianggap homogen, yaitu: diameter serat, kelembaban, berat jenis, kandungan kimia, dan anyaman serat sesuai data mekanis dari produsenpabrikan. commit to user 3. Distribusi serbuk geomaterial genting sokka dan serat gelas pada material komposit dianggap seragam dan merata. 4. Distribusi matrix phenolic pada material komposit dianggap merata, dengan proses pembuatan yang dilakukan bertahap lapis demi lapis. 5. Prosentase serbuk genteng sokka ditentukan sebesar 40 mengacu pada optimalisasi penelitian dan pengujian sebelumnya. 6. Komposit dengan penambahan serat gelas 15 laminat tanpa serbuk genteng sokka dikarenakan ketebalan spesimen sudah tercapai. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian dan pengujian ini mempunyai tujuan untuk: 1. Mengetahui pengaruh penambahan serat gelas dan serbuk genteng sokka terhadap kekuatan tarik komposit. 2. Mengetahui pengaruh penambahan serat gelas dan serbuk genteng sokka terhadap ketahanan bakar komposit. 3. Mengetahui pengaruh orientasi serat 0-90º dan orientasi serat 45-45º terhadap kekuatan tarik dan ketahanan bakar komposit.

1.4 Manfaat Penelitian

Pengujian dan penelitian ini diharapkan bisa mendapatkan komposit geomaterial yang memiliki kekuatan tarik tinggi dan ketahanan bakar yang baik. Ada beberapa manfaat positif dan menguntungkan yang bisa diperoleh bagi perkembangan material komposit terutama dampak pada sektor perekonomian, lingkungan hidup, dan penghematan energi terkait dengan biaya pembuatan dan bahan baku. commit to user 4 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kajian Teori

Material komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Dari campuran tersebut akan dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Material komposit mempunyai sifat dari material konvensional pada umumnya dari proses pembuatannya melalui percampuran yang tidak homogen, sehingga dalam proses pembuatannya dapat diatur komposisi material pembentuknya sesuai fungsi dan kekuatan material komposit yang diinginkan. Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat dengan gabungan, yaitu gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan penguat Gibson, 1994. Hasil dari pengamatan XRF X-ray flourescense yaitu teknik analisis unsur yang membentuk suatu material dengan dasar interaksi sinar X pada material analit. Hasil XRF pada penelitian Tarigan, 2013 dapat digunakan untuk melengkapi hasil pengujian bakar komposit. Semua senyawa material yang terkandung dalam serbuk genteng sokka memiliki titik lebur 600°C. Tabel 2.1 Kandungan unsur utama serbuk genteng sokka Tarigan, 2013 Formula Konsentrasi SiO 2 54,59 Al 2 O 3 19,62 Fe 2 O 3 13,30 CaO 3,55 MgO 3,03 K 2 O 2,25 TiO 2 1,40 P 2 O 5 0,69 SO 3 0,37 Cl 0,35 Hasil XRF pada Tabel 2.1 memperlihatkan beberapa kandungan utama dari serbuk genteng sokka. Kandungan yang dominan pada serbuk genteng sokka perpustakaan.uns.ac.id commit to user adalah SiO 2 dan Al 2 O 3 dengan konsentrasi kandungan 54,59 dan 19,62. Kedua kandungan tersebut dapat menghambat adanya perambatan api flame retardant FR Wibisono, 1998. Flame retardant merupakan komponen atau kombinasi komponen yang dapat menghambat nyala bila ditambahkan pada suatu kandungan sehingga dihasilkan suatu material yang memiliki kemampuan hambat nyala Tesoro, 1978 . Gambar 2.1 Hasil SEM serbuk genteng sokka pada komposit Tarigan, 2013. Hasil SEM scanning electron microscope yang dilakukan pada penelitian serbuk genteng sokka dapat digunakan sebagai pendukung hasil pengujian tarik dan bakar komposit. Hasil karakterisasi bentuk partikel dengan SEM menunjukkan bahwa serbuk genteng sokka memiliki kombinasi partikel yang tidak beraturanpartikel tidak teratur dan bulat berdiameter sekitar 5 µm. Gambar 2.1 menunjukkan kombinasi bentuk partikel ini cenderung ber-aglomerasi menjadi satu. Hal ini menunjukkan bahwa serbuk genteng sokka memiliki sifat mampu menahan temperatur tinggi, mampu meredam getaran yang diterima dan bersifat absorb yaitu mudah menyerap air Wibisono, 1998. Banyak penelitian yang dilakukan bertujuan untuk menaikkan kekuatan tarik dan ketahanan bakar. Sutrisno, 2013 menambahkan serat karbon dan serbuk genteng sokka pada komposit geomaterial dengan resin bhisphenolic . Hung, dkk., 2010 meneliti terkait ketahanan bakar komposit geopolimer serbuk genteng soka commit to user generasi terbaru. Fernandez-Jimenez, 2005 mengadakan penelitian bahwa geomaterial merupakan suatu bahan anorganik yang mempunyai sifat-sifat mekanik yang bagus yaitu tahan terhadap panas, tahan terhadap asam, dan memiliki kuat tekan yang tinggi mencapai 100 MPa. Ling, dkk., 2009 mel akukan peneli ti an t ent ang geopolimer komposit matriks diperkuat serat gelas jenis pendek crude fiber geopolimer komposit dengan fraksi volume yang berbeda, struktur mikro komposit dipelajari dan berkorelasi dengan kadar serat. Hasil menunjukkan bahwa serat gelas pendek memiliki penguatan yang besar dan efek ketangguhan pada prosentase volume rendah serat 3 –5 volume. Prosentase serat yang meningkat membuat efek penguatan dan ketangguhan dari komposit semakin baik. Hal ini disebabkan karena bertambahnya tegangan geser yang terjadi diantara serat dan matrik pada tekanan tinggi. Peningkatan propertis terutama didasarkan pada struktur jaringan serat gelas pendek dan penguatan dominan dan mekanisme ketangguhan menghasilkan komposit yang kuat. Bahan geomaterial pertama kali digunakan untuk pengikat alumino silikat alkali yang dibentuk oleh aktivasi alkali mineral aluminosilikat. Pembentukan bahan geomaterial adalah hasil dari reaksi kimia heterogen antara Al-Si bahan padat dan silika basa. Reaksi geopolymerization adalah eksotermis dan berlangsung dibawah tekanan atmosfer pada temperatur di bawah 100° C. Penelitian Giannopoulou, dkk., 2009 menjelaskan secara terperinci struktur bahan geopolymeric . Sifat mekanik komposit bisa ditingkatkan khususnya kekuatan tarik dengan menambahkan bahan yaitu serat. Bahan serat ada dua macam yaitu serat alam dan serat sintetis. Serat gelas termasuk dalam golongan serat sintetis. Karakteristik dari serat gelas antara lain: diameter = 12 µm, tegangan tarik = 350 MPa, modulus elastisitas = 7,3 GPa, massa jenis = 2,56 gcm 3 , Poisson’s ratio = 0,22 dan ketebalan anyaman 0,24 mm data dari PT. JUSTUS Kimia Raya. Husaini, 2011 meneliti pengaruh penambahan clay terhadap kekuatan tarik, modulus elastisitas, kekuatan impak dan ketangguhan retak dari komposit unsaturated polyester dan serat gelas. Hasilnya menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan modulus elastisitas tertinggi dari komposit hibrid unsaturated polyester , perpustakaan.uns.ac.id commit to user clay dan serat gelas dicapai pada prosentase cla y 2 dengan kenaikan kekuatan tarik 12,83 dan modulus elastisitas 11,15. Penambahan clay diatas 2 akan mengakibatkan hal yang sebaliknya menurun. Kekuatan impak dan ketangguhan retak maksimal terjadi pada penambahan clay sebesar 4. Kekuatan impak akan naik sebesar 26,19 dan ketangguhan retak naik 14,43, tetapi penambahan clay diatas 4 akan berlaku sebaliknya.

2.1.1 Kajian teori kekuatan tarik

Sifat mekanik bahan adalah hubungan antara respon atau deformasi bahan terhadap beban yang bekerja. Sifat mekanik berkaitan dengan kekuatan, kekerasan, keuletan, dan kekakuan. Bahan dapat dibebani dengan tiga cara yaitu dengan pengujian tarik, pengujian tekan, dan pengujian geser Nash, 1998. Dalam penelitian ini, bahan akan diuji dengan pengujian tarik. Uji tarik adalah salah satu uji stress – strain mekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik, dimana bahan uji akan ditarik sampai putus. Pengujian tarik dilakukan untuk mencari tegangan dan regangan stress – strain test . Dari pengujian tarik dapat diketahui beberapa sifat mekanik material yang sangat dibutuhkan dalam desain rekayasa. Hasil dari pengujian ini adalah grafik beban dengan perpanjangan elongasi Nash,1998. a. Tegangan Tarik σ . Ilmu kekuatan bahan adalah kumpulan pengetahuan yang membahas hubungan antara gaya intern , deformasi, dan beban luar. Persamaan keseimbangan statis diterapkan terhadap gaya yang bekerja pada suatu bagian benda, agar diperoleh hubungan antara gaya luar yang bekerja pada bagian konstruksi dengan gaya intern yang melawan bekerjanya beban luar. Gaya tahan intern ini yang disebut tegangan Dieter, 1986, yang dirumuskan: 1 dimana: F = beban yang diberikan dalam arah tegak lurus terhadap penampang spesimen N. A = luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan commit to user pembebanan mm 2 . σ = e ngineering stress Pa . b. Regangan Tarik ε . Besarnya regangan adalah jumlah pertambahan panjang karena pembebanan dibandingkan dengan panjang daerah ukur mula-mula gage length . Nilai regangan ini adalah regangan proporsional yang didapat dari garis proporsional pada grafik tegangan –tegangan hasil uji tarik komposit Surdia dan Saito, 1985. Regangan dapat dihitung dengan rumus : 2 dimana: ε = engineering strain. l = panjang awal spesimen sebelum diberikan pembebanan mm. l 1 = panjang akhir spesimen setelah diberikan pembebanan mm. Δ L = pertambahan panjang mm. c. Modulus Elastisitas. Besarnya bahan mengalami deformasi atau regangan bergantung kepada besarnya tegangan. Pada sebagian besar material, tegangan dan regangan adalah proporsional dengan hubungan Surdia dan Saito,1986: 3 dimana: E = modulus elastisitas atau modulus Young MPa. commit to user Gambar 2.2 Grafik regangan-tegangan Nash,1998 Dari grafik diatas dapat diketahui deformasi elastis hanya terjadi pada daerah elastis artinya jika beban dilepaskan maka bahan akan kembali ke bentuk semula.

2.1.2 Kajian teori ketahanan bakar

Pengujian ketahanan bakar terkait dengan teori pembakaran segitiga api. Teori pembakaran segitiga api adalah proses pembentukan nyala api atau pembakaran yang membutuhkan 3 unsur di dalamnya, yaitu: bahan bakar, oksidator, dan panas. Pembakaran terjadi ketika bahan bakar, oksidator, dan sumber pengapianpanas berada pada tingkat yang diperlukan. Hal ini berarti api tidak akan terjadi jika 1 bahan bakar tidak ada atau tidak ada dalam jumlah yang cukup, 2 oksidator tidak ada atau jumlah tidak mencukupi, dan 3 sumber pengapian tidak cukup mampu untuk menyalakan api. Suharty, et all., 2012. Gambar 2.3 Teori Segitiga Api Proses pembakaran akan terganggu apabila salah satu unsur dari segitiga api mengalami gangguan, jumlahnya berkurang, proses reaksi terhambat oleh sesuatu, atau bahkan dihilangkan. Hubungan ketiga unsur dalam segitiga api dan keterangannya ditunjukkan pada Gambar 2.3. Dalam proses pembakaran terjadi rantai reaksi kimia, proses pertama adalah difusi antara oksigen dengan uap bahan bakar, dilanjutkan dengan terjadinya penyalaan dan terus dipertahankan sehingga membentuk reaksi kimia yang berantai berakibat kebakaran yang berkelanjutan. perpustakaan.uns.ac.id commit to user Pengujian ketahanan bakar bisa dibagi menjadi 3 kelompok sesuai dengan tujuan dalam pelaksanaannya. Kelompok pengujian tersebut adalah official tests, lab tests, dan full scale tests . Official test adalah pengujian bakar dengan prosedur yang teliti sehingga semua langkah pengujian dilakukan dengan tepat. Pengujian yang tergolong official test adalah cone calorimeter test ISO 5660ASTM E1354, radiant panel test ASTM E162, smoke chamber test ASTM E662, dan steiner tunnel test ASTM E84. Lab tes t adalah pengujian bakar yang dilakukan dengan studi eksperimental. Proses uji coba yang dilakukan dengan tipe lab test lebih cepat dan hemat biaya dibandingkan official test . Pengujian yang tergolong lab test adalah limiting oxygen index ASTM D2863, vertical burn test ASTM D568 dan D3801, dan horizontal burn test ASTM D635. Jenis pengujian yang ketiga adalah full scale test . Pengujian full scale test dilakukan dengan prosedur penggabungan antara official test dan lab test. Pengujian ini memiliki tujuan untuk mengetahui kondisi pembakaran yang sebenarnya dengan prosedur yang lengkap dan disertai pengujian di laboratorium. Pengujian bakar komposit ini menggunakan metode lab test , pengujian bakar dilakukan dalam ruangan sesuai ASTM D635. Data yang bisa diperoleh dari pengujian bakar sesuai ASTM D635 adalah data TTI Time to Ignition dan BR Burning Rate . Ketahanan bakar yang baik diperoleh dari hasil data waktu penyalaan api yang lama dan laju pembakaran rendah pada komposit. Nilai TTI diperoleh saat waktu pertama penyalaan api merambat pada sampel uji selama kurang dari 30 detik pada interval 0 –25 mm, sedangkan nilai BR diperoleh data waktu awal api merambat pada jarak 25 mm sampai menuju jarak L=100 mm. Nilai BR diperoleh dari jarak perambatan nyala api sejauh 75 mm. Ukuran spesimen sesuai ASTM D635 adalah sebagai berikut: L dinyatakan sebagai panjang spesimen dengan ukuran 125 mm, sedangkan W dinyatakan sebagai lebar spesimen dengan ukuran 13 mm, dan T dinyatakan sebagai tebal spesimen dengan ukuran 3 mm Gambar 3.1. perpustakaan.uns.ac.id commit to user

2.2 Kerangka Berpikir

Penelitian dan pengujian ini membahas karakteristik komposit geomaterial, menentukan batas kekuatan tarik komposit tensile strength dan ketahanan bakar komposit flame retardant . Komposit menggunakan bahan geomaterial serbuk genteng sokka, serat gelas, dan phenolic LP1QEX. Bahan geomaterial serbuk genteng sokka sudah terbukti pada kandungan 40 dan ukuran butiran 76 µm mampu menjadi penguat dan memiliki keunggulan utama yaitu ketahanan panas yang tinggi Saputro, 2013. Serat gelas digunakan untuk dapat mendukung kekuatan dan sifat mekanik yang baik. Serat gelas ini diharapkan mampu menghasilkan material komposit baru yang memenuhi tuntutan kekuatan sebagai material pengganti di bidang manufaktur dan transportasi. Bahan resin yang akan menyatukan semua materi menjadi bahan komposit digunakan phenolic LP1QEX, dilihat dari spesifikasi tekniknya memenuhi dan mampu menahan temperatur yang tinggi.

2.3 Hipotesis