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