rendah dari komposit dengan serat karbon, namun unggul dalam peregangan karena material menjadi
lebih ulet
ductile
[9]. Dibalik keunggulan tersebut,
serat gelas
dapat mengakibatkan
terjadinya kanker pada manusia karena serat gelas bersifat racun dan tidak ramah lingkungan.
Dengan semakin
gencarnya upaya
untuk mengembangkan material yang ramah lingkungan,
sejak dua dekade terakhir telah diperkenalkan material baru yaitu serat basalt [10, 11]. Dimana
serat basalt ditinjau dari sifat mekanis dan kimianya adalah sangat signifikan digunakan
sebagai pengganti serat glass hibridisasi dengan serat karbon [11, 12]. Serat basalt adalah serat
yang dihasilkan dari proses pecairan batu gunung berapi larva pada temperatur diatas 1300
o
C [13], sehingga serat basalt memiliki sifat yang tahan
panas [14, 15], disamping itu murah [16]. Beberapa penelitian telah dilakukan berkaitan
dengan serat basalt sebagai penguat pada material komposit seperti; Lapresto et.al [17] telah
mempelajari
karakteristik komposit
dengan penguat serat basalt. sedangkan untuk sifat
mekanis serat basalt ditinjau dari ketahanan adhesi untuk matrik prloyproppylene dipelajari oleh
Antonio Greco et.al [10]. Selanjutnya, beberapa penelitian tentang karakteristik serat basalt terkait
dengan penyerapan energi dari material porous dan microstruktur dari chopped serat basalt sebagai
penguat beton masing masing diteliti oleh Luo Xin et.al [18] dan Chaohua Jiang et.al [19].
Penelitian ini, dilakukan dengan menggabungkan serat karbon dan serat basal secara laminasi pada
matrik tunggal yaitu epoxy. Material dibuat dengan menggunakan metode injeksi yang dikenal dengan
sebutan metode
vaccum resin transfer molding
. Tujuan dari penelitian adalah untuk menganalisa
effek laminasi serat karbon dan serat basalt terhadap perlakuan bending dengan variasi jumlah
fraksi berat serat basalt, yang masing - masing diuji sebanyak 5 lima spesimen untuk setiap
variasi. Analisa
scanning electro microscope
SEM adalah menguji karakteristik patahan akiabt beben bending.
II. METODE DAN PROSES FABRIKASI Material
Hibridisasi serat karbon dan serat basalt telah dilakukan dalam penelitian ini. Kedua serat serat
karbon dan basalt adalah berbentuk anyaman kain
plin woven
fabrics
yang masing-masing
diproduksi oleh perusahaan Hyundai Fiber Co. Ltd. Korea, dan Seco-Tech. Korea. Kemudian epoxy
diproduksi oleh Jet Korea Industrial Corporation.
Serat basalt sebagai material pendatang baru adalah terbentuk dari pengendapan lahar gunung
berapi yang tersusun dari unsur-unsur seperti ditunjukkan pada tabel 1. Dari Tabel 1 terlihat
bahwa
Silikon oksida
SiO
2
merupakan unsur tertinggi jumlahnya pada basalt yaitu sekitar 52.8
dibanding usur-unsur pembentuk lainnya. Sifat mekanis untuk masing masing serat adalah
ditunjukkan seperti Tabel.2.
Table 1 Unsur kimia material Basalt
Chemical composition of
Basalt rocks
SiO
2
52.8 Al2O
3
17.5 Fe
2
O3 10.3
MgO 4.63
CaO 8.59
Na
2
O 3.34
K
2
O 1.46
TiO
2
1.38 P
2
O
5
0.28 MnO
0.16 Cr
2
O
3
0.06
Table 2 Sifat mekanis serat karbon dan serat basalt
Karakteristik Serat
Basalt Serat
Karbon
Tegangan putus Mpa 3000-4840
3500-6000 Modulus elastisitas GPa
79.3-93.1 230-600
Breaking Extension 3.1
1.5-2.0 Diameter serat µm
6-21 5-15
Temperatur withstand
o
C -260-+700
-50..+700
Table 3 Konfigurasi laminasi hibrid komposit epoxy serat karbonbasalt
Variasi laminasi
Fiber Fraksi
berat wt
Ketebalan Σ..mm
Serat karbon
Serat basalt
CFRP BFRP
C
3
B
4
C
3
C
6
B
4
C
3
B
2
C
3
B
2
C
2
B
2
C
2
B
2
C
2
B
4
C
6
B
2
C
3
B
2
C
3
B
2
C
6
B
2
10 6
6 6
6 6
6 6
10 4
4 4
4 4
4 4
62 62
62 62
62 62
62 62
62 2.1
1.95 2
2 2
2 2
2 2
Proses Fabrikasi
Pencetakan material komposit dengan metode injeksi telah banyak dilakukan karena hasil cetakan
yang presisi, ketebalan merata, dan mudah dalam proses pengerjaan [20]. Proses pencetakan dengan
metode VRTM adalah melalui 5 tahapan yaitu; tahap laminasi serat, tahap penyusunan laminasi
pada plat cetakan yang ditutup dengan plastik bag, tahap persiapan matrik pengikat dan preparasi
cetakan, tahap injeksi pengikat kedalam cetakan dan tahap curing. Untuk masing masing tahapan
ditunjukkan seperti pada Gambar 1. Selanjutnya, variasi
laminasi material
hibrid komposit
ditunjukkan seperti pada Tabel 3.
Gambar 1 Tahapan VRTM pada pembuatan hibrid komposit epoxy laminasi karbonbasalt
Gambar 2 Skematik Laminasi komposit epoxy dengan serat karbonbasalt
Gometri specimen uji bending untuk setiap variasi laminasi
menurut standar
ASTM D790
ditunjukkan seperti Gambar 3. Pembebanan bending untuk masing
–masing variasi material hibrid komposit yang diuji dengan
metode three point bending dihitung untuk kecepatan penekanan bending ditentukan dengan
persamaan:
2
6 ZL
R d
1
dimana; R adalah Rate of crosshead motion, mm in.min,
L
adalah panjang titik tumpu, mm in,
d
menyatakan ketebalan spesimen uji mm dan
Z
adalah kecepatan dari peregangan serat terluar mmmmmin dengan z = 0.01
Gambar 3 Geometri spesimen dan Three point bending test
Tegangan dan modulus elastisitas bending masing- masing ditentukan menurut standar ASTM D 790
adalah sebagai berikut:
2
3 2
f
PL bd
2
3 3
4
L m E
bd
3
dimana; σ
f
adalah tegangan bending MPa,
L
adalah jarak tunpuan mm,
b
mengidentifikasi lebar specimen uji mm dan
d
adalah ketebalan sepecimen uji mm serta
P
adalah beban yang dikerjakan
pada specimen
uji N.
E
mengidentifikasi bending modulus elasticity GPa dan
m
menunjukkan slope dari tangen defleksi beban pada curva Nmm
Hibridisasi dilakukan adalah untuk memperbaiki kekurangan material baik dari sisi sifat mekanis
maupun fisik. Hibridisasi pada penelitian ini dilakukan
adalah untuk
memperbaiki atau
meningkatkan sifat perpanjangan
strain
dari komposit dengan penguat karbon. Karakteristik
hibridisasi untuk kandungan karbon yang tinggi ditentukan
dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut:
H h
c cf
cf cf
Bf Bf
V E V
4
Kemudian tegangan hibridisasi ditentukan dengan persamaan :
H c
Bf Bf
V
5
dimana:
H c
adalah tegangan tarik hibrid komposit,
f
c
adalah tegangan tarik serat karbon MPa,
f
c
adalah regangan dari serat carbon dan
cf
V
fraksi volume serat karbon gr serta
Bf
V
menunjukkan fraksi volume untuk serat basalt gr. Pengujian bending telah dilakukan untuk setiap
variasi specimen uji dengan nilai rata rata masing- masing ditunjukkan seperti pada tabel 4.
Table 4 Rata-rata hasil pengujian bending
Variasi laminasi
Tegangan bending
[MPa] Modulus Elastisitas
bending E [GPa]
CF C
4
B
1
C
5
C
4
B
2
C
4
C
3
B
3
C
4
C
3
B
4
C
3
C
3
B
5
C
2
BF 860.93
816.28 791.70
759.66 740.20
725.57 428.06
54.17 50.11
49.79 48.05
45.44 44.68
25.37
Table 5 Rata - rata uji bending untuk variasi laminasi berdasarkan metode susunan.
Variasi susunan laminasi
Tegangan bending
σMPa Modulus of
Elastisitas E GPa
CFRP 860.929
54.172 C
3
B
4
C
3
740.197 45.438
C
6
B
4
738.265 41.104
C
3
B
2
C
3
B
2
736.155 40.331
C
2
B
2
C
2
B
2
C
2
716.033 46.408
B
4
C
6
712.120 39.026
B
2
C
3
B
2
C
3
679.267 34.512
B
2
C
6
B
2
655.720 35.006
B10 428.058
25.374
III. ANALISA DAN DISKUSI Sifat Mekanis Akibat Beban Bending
