PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK EPOXY

PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK

EPOXY

Efri Mahmuda

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknk Universitas Lampung E-mail : efrimahmuda@gmail.com

ABSTRAK

Serat ijuk merupakan serat alami yang diperoleh dari pohon aren (Arenga Pinnata Merr), dan dapat terdegradasi secara alami serta harganya lebih murah dibanding serat sintetis. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh panjang serat terhadap kekuatan tarik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy. Pada penelitian ini, pengekstrakan serat ijuk menggunakan sisir kawat yang berfungsi memisahkan serat ijuk dari pelepahnya. Lalu dilakukan pemilihan serat berdiameter 3 mm menggunakan micrometer sekrup. kemudian serat ijuk direndam dalam larutan NaOH 5% selama 2 jam dan dikeringkan selama 15 menit. Selanjutnya dipotong dengan panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm. Lebih lanjut, pembuatan komposit menggunakan metode hand lay up dengan pencampuran resin epoxy dan hardener dengan perbandingan campuran 1 : 1 mengacu pada ASTM D638. Selanjutnya dilakukan pencampuran matrik dan serat dengan fraksi massa 80% : 20% menggunakan variasi panjang serat. Selanjutnya spesimen uji dipanaskan dalam oven dengan suhu 70oC selama 10 menit. Kemudian dilakukan pengujian tarik untuk resin epoxy murni dan untuk komposit dengan variasi panjang serat 30 mm, 60 mm, dan 90 mm. Fhoto daerah patahan dengan Scanning Electron Microscope (SEM) digunakan untuk melihat mekanisme perpatahan komposit.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan regangan tertinggi dicapai pada komposit dengan panjang serat 90 mm. Kekuatan tarik yang didapat sebesar 36,37 MPa dan regangan sebesar 9,34 %. Faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit ialah daya ikat serat dengan matrik, pendistribusian serat yang merata, dan panjang kritis serat. Hasil foto SEM pada patahan komposit serat ijuk menunjukkan terjadinya fiber breaking. Hal ini menunjukan bahwa daya ikat antara matrik dan serat yang cukup baik, tetapi sebaran serat pada matrik tidak merata yang mengakibatkan kekuatan tarik komposit yang optimal tidak bisa dicapai.

ABSTRACT

EFFECT OF FIBER LENGTH OF MECHANICAL AND PHYSICAL PROPERTIES OF COMPOSITE FIBERS WITH EPOXY MATRIX

By

EFRI MAHMUDA

Palm fiber is a natural fiber derived from sugar palm (Arenga Pinnata Merr), and can be degraded naturally and cheaper than synthetic fibers. The purpose of this study to determine the effect of fiber length on the tensile strength of the composite of Fibers with epoxy matrix.

In this study, fiber extraction using a wire comb serves to separate the fibers from the fiber sheath. Then the selection of fiber diameter of 3 mm using a micrometer screw. Fibers soaked in 5% NaOH solution for 2 hours and dried for 15 minutes. Further cut to a length of 30 mm, 60 mm, and 90 mm. Furthermore, composite manufacturing using hand lay-up by mixing epoxy resin and hardener mixture with a ratio of 1: 1 refers to ASTM D638. Mixing matrix and fibers with a mass fraction of 80%: 20% used a variation of the fiber length. The test specimen is heated in an oven with a temperature of 70°C for 10 minutes. Tensile testing for pure epoxy resins for composites and a variety of fiber length of 30 mm, 60 mm, and 90 mm. Photo fracture area with Scanning Electron Microscope (SEM) was used to view the composite fracture mechanisms.

The test results showed that the tensile strength and ultimate strain achieved in composites with fiber length of 90 mm. Tensile strength obtained at 36.37 MPa and strain of 9.34%. Factors that affect the strength of the composite was holding capacity of fiber to matrix, a uniform fiber distribution and fiber critical length. SEM image results in the fracture of fiber composite showed the fiber breaking. This shows that the holding capacity between the matrix and the fibers are quite good but the uneven distribution of fibers in the matrix, resulting optimal composite tensile strength can not be achieved.

PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK EPOXY

SKRIPSI

Oleh

EFRI MAHMUDA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG 2013

PENGARUH PANJANG SERAT TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK

EPOXY

Oleh

EFRI MAHMUDA

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

JurusanTeknikMesin

FakultasTeknikUniversitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2013

Judul Skripsi : PENGARUH PANJANG SERAT

TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN MATRIK EPOXY

Nama Mahasiswa : Efri Mahmuda

Nomor Pokok Mahasiswa : 0715021043 Jurusan : Teknik Mesin Fakultas : Teknik

MENYETUJUI 1. Komisi Pembimbing Pembimbing I

Dr. Eng Shirley Savetlana.T.,M.Met NIP. 197402021999102001

Pimbimbing II

Drs. Sugiyanto, M.T. NIP. 195704111986101001

2. Ketua Jurusan Teknik Mesin

Harmen Burhanuddin, S.T., M.T NIP.196906202000031001

MENGESAHKAN

1. Tim Penguji

Ketua Penguji : Dr. Eng Shirley Savetlana S.T.,M.Met ...

Penguji Utama : Nafrizal, S.T., M.T. ...

Anggota Penguji : Harnowo Supriadi, S.T., M.T. ...

2. Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung

Dr.Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A. NIP. 196505101993032008

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Sungai Dareh pada tanggal 17 Januari 1990, sebagai anak kedua dari tiga bersaudara, dari pasangan Supriyatno S.P dan Sri Heri Sukiyati S.Pd.

Pendidikan Sekolah Dasar Negeri 3 Pulung Kencana Tulang Bawang Barat diselesaikan pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 1 Tumijajar Tulang Bawang Barat diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Tumijajar diselesaikan pada tahun 2007. Pada tahun 2007 penulis terdaftar sebagai Mahasiswa Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).

Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Mesin (HIMATEM) sebagai Sekretaris Bidang Minat dan Bakat (2009/2010). Penulis juga pernah melakukan kerja praktek di PT. Gunung Madu Plantation (GMP) Lampung Tengah pada tahun 2011. Pada tahun 2012 penulis melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat Mekanik dan Fisik Komposit Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matrik Epoxy” di bawah bimbingan Ibu Dr. Eng. Shirley Savetlana, S.T.,M.Met.

MOTTO

“Dan Allah mengeluarkan kamu dari perut ibumu dalam

keadaan tidak mengetahui sesuatupun, dan Dia memberi kamu

pendengaran, penglihatan dan hati, agar kamu bersyukur”

(QS. An Nahl : 78)

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka

apabila kamu telah selesai dari suatu urusan, kerjakanlah

urusan yang lain dan hanya kepada allah hendaknya kamu

berharap”

(QS. Al insyirah : 6-8)

“Hai orang

-orang yang beriman bersabarlah kamu dan

kuatkanlah kesabaranmu dan tetaplah bersiap siaga

(diperbatasan negerimu) dan bertawakalah kepada Allah

supaya kamu beruntung.” (QS Al Imran 200)

“Ibunya telah mengandungnya dalam keadaan lemah ya

ng

bertambah-tambah, dan menyapihnya dalam dua tahun.

Bersyukurlah kepada-Ku dan kepada dua orang ibu bapakmu,

hanya kepada-

Ku lah kembalimu.” (QS. Luqman 31:14)

“

Apa yang kita alami demi teman kadang-kadang melelahkan

dan menjengkelkan, tetapi itulah yang membuat persahabatan

mempunyai nilai yang indah

”

(Penulis)

ix

Apa yang tidak pernah MATI hanyalah HARAPAN

(Penulis)

Hargai dan peliharalah selalu persahabatan kamu dengan

mereka. Karena seorang sahabat bisa lebih dekat dari pada

saudara kamu sendiri.

(Penulis)

PERSEMBAHAN

ِميِحهرلا ِنَم ْحهرلا ِ هَ ِمْسِب

Dengan mengucap syukur Alhamdulillah, kupersembahkan karya

kecilku ini untuk orang-orang yang kusayangi :

Ayah bunda tercinta

motivator terbesar dalam hidupku yang tak pernah jemu mendo’akan

dan menyayangiku, atas semua pengorbanan dan kesabaran

mengantarku sampai kini. Tak pernah cukup ku membalas cinta ayah

bunda padaku.

Kakandaku dan adikku

Sumber inspirasi, Kebersamaan, dukungan, doa, kasih sayang, dan

perhatianmu padaku dalam hidupku

My Heart

Terima kasih atas kasih sayang, perhatian, dan kesabarannya yang

telah diberikan semoga engkau pilihan yang terbaik buatku dan masa

depanku

Sahabat Mesin 07’

satu senyum mengawali persahabatan satu canda mengawali

keakrapan, satu tawa menghapus kesedihan satu sapaan menghapus

kerinduan..Yang turut memberikan dukungan moril untuk terus ada

disampingku ketika harapan mulai redup

salam ku tuk sahabatku semua...

SANWACANA

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Dengan mengucapkan lafas hamdalah penulis panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya. Shalawat serta salam tidak lupa penulis panjatkan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW yang telah membimbing dan mengantarkan kita menuju zaman yang lebih baik seperti sekarang, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat Mekanik Dan Fisik Komposit Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matrik Epoxy”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan sumbangan pikiran dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Bapak Harmen Burhanuddin, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Univeristas Lampung.

xii

3. Ibu Dr. Eng Shirley Savetlana, S.T.,M.Met selaku Pembimbing Utama Tugas Akhir atas kesediaan dan keikhlasannya untuk memberikan dukungan, bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Drs. Sugiyanto, M.T. selaku Pembimbing Pendamping atas kesediaan dan keikhlasannya untuk memberikan bimbingan, motivasi dan saran untuk penyelesaian skripsi ini.

5. Bapak Nafrizal, S.T., M.T. selaku dosen Pembahas yang telah memberikan masukan dalam penulisan laporan ini.

6. Bapak Harnowo Supriadi, S.T.,M.T. selaku anggota penguji yang telah memberikan masukan dalam menulis laporan ini.

7. Bapak Drs. Sugiyanto, M.T. selaku dosen Pembimbing Akademik.

8. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Teknik Mesin yang banyak memberikan ilmu selama penulis melaksanakan studi, baik berupa materi perkuliahan maupun tauladan dan motivasi sehingga dapat kami jadikan bekal untuk terjun ke tengah-tengah masyarakat.

9. Kepada Papa, Mama, dan Kakakku serta adikku yang imut, yang selalu memberikan semangat, rasa percaya diri, dan juga doa-doanya buat saya. Terima kasih telah menguatkan saya untuk tetap berdiri tegak menghadapi semua permasalahan yang ada.

10. Tiara Luthfi Misfafu Soleha Calon S.Sc terima kasih untuk semangatnya yang tanpa henti selalu memberikan dukungan dan semangat. Nasihat dan saran yang ia berikan adalah hal yang menolong dan membuat saya untuk berusaha lebih baik dan bekerja lebih keras dari sebelumnya.

xiii

11.Teman seperjuangan Imam Munandar (Kance) yang telah bersama-sama jatuh bangun dalam menyelesaikan skripsi ini.

12.Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2007 : Ragil Kurniawan, Bakung Kuntowijayandanu, Akhmad Isnain Pulungan, Rahmat Ramadhan, Reza Adhan, Jeffry A Hutauruk, Kak Chend, Meylia Rodiawati, Yahya Premana, Asep Komti, Lamsihar, Desi Yanto Utomo, Acep (Ipul), Agus Kurniawan, Joni Yanto, Indra Irawan, I Gede M, Kristopher, Bagus Rachmad Akbar, Zanuardi, Ganjar dan Apridona, serta angkatan 2007 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih atas persahabatannya dan juga bantuannya salam “SOLIDARITY FOREVER”.

13.Semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan namanya satu persatu, yang telah ikut serta membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

Penulis telah berusaha semaksimal mungkin dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini untuk mencapai suatu kelengkapan dan kesempurnaan. Penulis juga mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua pihak. Akhirnya dengan segala kerendahan hati penulis berharap laporan ini memberi manfaat, baik kepada penulis khususnya maupun kepada pembaca pada umumnya.

Bandar Lampung, Februari 2013 Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xvii

DAFTAR TABEL ... xx

I.

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ... 1

B. Tujuan ... 2

C. Manfaat Penelitian ... 3

D. Batasan Masalah ... 3

E. Sistematika Penulisan ... 4

II.KAJIAN PUSTAKA A. Serat Ijuk Aren ... 5

B. Komposit ... 7

C. Klasifikasi Komposit ... 15

a. Komposit serat (Fibrous Composites Material) ... 15

b. Komposit lapis (Laminated Composite Materials_{) ... 16}

xv

d. Komposit partikel (Particulate Composites Materials) ... 17

D. Polimer Sebagai Matrik ... 21

E. Resin Epoxy ... 22

F. Katalis MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida) ... 23

G. Resin Polyester ... 24

H. Antarmuka/interface Matrik dan Penguat ... 26

I. Mekanisme Adhesi Pada Komposit ... 27

a. Adsorpsi dan Pembasahan ... 27

b. Mechanical Bonding ... 28

c. Ikatan Kimia ... 28

d. Interdifusi ... 29

J. Karakteristik Material Komposit ... 29

K. Pengujian Tarik ... 30

L. Kurva Tegangan – Regangan ... 31

M. Keuletan ... 33

N. Tegangan dan Regangan Sebenarnya ... 34

O. Pengamatan Dengan Scanning Electron Microscope (SEM) ... 35

III. METODOLOGI PENELITIAN A. Tempat Penelitian ... 36

B. Bahan Yang Digunakan ... 36

C. Alat Yang Digunakan ... 37

D. Prosedur Percobaan ... 37

a. Survey Lapangan dan Study Literature ... 37

xvi

c. Proses Pencetakan Komposit ... 38

d. Proses Pembuatan Spesimen SEM ... 40

e. Pengujian Komposit ... 40

E. Alur Proses Pengujian ... 43

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A.Karakteristik Serat Ijuk ... 44

B.Hasil Uji Tarik ... 45

C.Hasil Uji SEM ... 60

V. SIMPULAN DAN SARAN A.Simpulan ... 63

B.Saran ... 64

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat resin polyester ... 26

Tabel 2. Jumlah spesimen yang akan di uji ... 42

Tabel 3. Komposisi kimia serat ijuk ... 44

Tabel 4. Kekuatan tarik serat ijuk ... 44

Tabel 5. Data hasil uji tarik untuk resin epoxy murni ... 46

Tabel 6. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 30 mm ... 47

Tabel 7. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 60 mm ... 48

Tabel 8. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 90 mm ... 49

Tabel 9. Pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanis komposit berpenguat serat ijuk dengan matriks epoxy ... 49

Tabel 10. Perbandingan sifat mekanik epoxy dan poletilena densitas rendah (LDPE) ... 58

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Serat ijuk ... 5

Gambar 2. Pohon Aren ... 6

Gambar 3. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda ... 15

Gambar 4. Komposit serat ... 15

Gambar 5. Komposit lapis ... 16

Gambar 6. Komposit partikel ... 17

Gambar 7. Resin jenis YUKALAC 157 BQTN-EX ... 26

Gambar 8. Skematik Interface matrik – penguat ... 27

Gambar 9. Mekanisme mechanical bonding ... 28

Gambar 10. Mekanisme Ikatan kimia ... 28

Gambar 11. Mekanisme interdifusi ... 29

Gambar 12. Kurva tegangan-regangan tarik ... 32

Gambar 13. Spesimen untuk pengamatan dengan SEM ... 35

Gambar 14. Cetakan spesimen uji tarik ... 38

Gambar 15. Geometri dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik ASTM D 638 ... 39

Gambar 16. Skema alat pengujian tarik dengan UTM ... 40

Gambar 17. Kurva tegangan dan regangan untuk epoxy murni ... 45

Gambar 18. Kurva tegangan dan regangan komposit dengan panjang serat 30 mm ... 46

xviii

Gambar 20. Kurva tegangan dan regangan komposit dengan panjang serat 90 mm ... 48

Gambar 21. Tegangan tarik terhadap komposit panjang serat ... 50

Gambar 22. Nilai tegangan tarik bahan komposit ... 51

Gambar 23. Regangan tarik terhadap komposit panjang serat ... 52

Gambar 24. Nilai regangan tarik bahan komposit ... 52

Gambar 25. Modulus elastisitas terhadap komposit panjang serat ... 53

Gambar 26. Nilai modulus elastisitas bahan komposit ... 54

Gambar 27. Aspect Ratio pada serat ijuk ... 56

Gambar 28. Mekanisme chemical bonding ... 58

Gambar 29. Permukaan patahan komposit panjang serat ijuk 30 mm ... 60

Gambar 30. Permukaan patahan komposit panjang serat ijuk 60 mm ... 60

Gambar 31. Permukaan patahan komposit panjang serat ijuk 90 mm ... 61 Gambar 32. Serat ijuk dengan panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm ... Lamp. B Gambar 33. Serat ijuk dengan panjang 30 mm ... Lamp. B Gambar 34. Serat ijuk dengan panjang 60 mm ... Lamp. B Gambar 35. Serat ijuk dengan panjang 90 mm ... Lamp. B Gambar 36. Jangka sorong untuk mengukur komposit ... Lamp. B Gambar 37. Cetakan untuk pembuatan komposit ... Lamp. B Gambar 38. Resin epoxy dan hardener ... Lamp. B Gambar 39. Gelas ukur ... Lamp. B Gambar 39. Pengaduk untuk mengaduk resin epoxy dan hardener

hingga menyatu ... Lamp. B Gambar 40. Timbangan digital ... Lamp. B Gambar 41. Oven untuk melakukan proses curing pada komposit ... Lamp. B

xix

Gambar 42. Stopwacth untuk menghitung lamanya proses curing

selama pengovenan ... Lamp. B Gambar 43. Universal Testing Machine (UTM) untuk pengujian tarik ... Lamp. B Gambar 44. Hasil uji tarik untuk epoxy murni ... Lamp. B Gambar 45. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 30 mm ... Lamp. B Gambar 46. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 60 mm ... Lamp. B Gambar 47. Hasil uji tarik untuk komposit dengan panjang serat ijuk 90 mm ... Lamp. B

I.

PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Perkembangan teknologi beberapa dekade ini membuat berbagai industri konstruksi pada suatu negara semakin maju pesat. Seiring dengan itu maka kebutuhan akan material atau bahan semakin meningkat pula. Dengan semakin mahalnya harga material logam dikarenakan tingginya biaya proses pembuatan logam, maka para konsumen mulai beralih kepada material non-logam seperti komposit. Jika ditinjau dari harga bahan baku dan biaya proses produksinya, maka material komposit relatif lebih murah dibanding material logam.

Dalam industri manufaktur dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat baik yang sulit didapat seperti logam. Komposit merupakan material alternative yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Material komposit adalah gabungan dari penguat (reinforment) dan matriks. Kelebihan material komposit jika dibandingkan dengan logam adalah memiliki sifat mekanik yang baik, tidak mudah korosi, bahan baku yang mudah diperoleh dengan harga yang lebih murah, dan memilik massa jenis yang lebih rendah dibanding dengan serat mineral.

2

Komposit serat alam memiliki keunggulan lain bila dibandingkan dengan serat gelas, komposit serat alam lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harganya pun lebih murah dibandingkan serat gelas. Sedangkan serat kaca sukar terdegradasi secara alami. Selain itu kaca juga menghasilkan gas dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika gelas didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti serat gelas tersebut.

Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serat alam lainnya. Serat ijuk diperoleh dari pohon aren (Arenga pinmata Merr), serat ini banyak digunakan dalam industri-industri mebel dan kerajinan rumah tangga karena mudah didapat dan murah.

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan diatas maka peneltian ini dilakukan untuk mendapatkan data tentang sifat mekanis dan mekanisme kegagalan komposit berpenguat serat ijuk dengan melakukan uji tarik.

B.Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah

1. Mengetahui kekuatan tarik komposit serat ijuk dengan panjang serat 30 mm, 60 mm, dan 90 mm.

2. Mengetahui struktur ikatan komposit yang berpenguat serat ijuk dan analisa kerusakan komposit.

3

C.Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Bagi peneliti ini berguna untuk menambah pengetahuan dan wawasan tentang material komposit.

2. Dengan adanya penelitian ini, diharapkan dapat mengembangkan aspek ilmu pengetahuan tentang material teknik.

3. Bagi akademik, penelitian ini berguna sebagai referensi tentang komposit serat alam.

4. Dengan hasil yang dicapai maka akan bisa digunakan untuk memberikan sumbangsih khususnya komposit dengan penguat serat ijuk.

D.Batasan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini dibatasi dalam beberapa hal sebagai berikut :

a. Spesimen berasal dari bahan alami yang berupa serat ijuk dari pohon aren b. Pembuatan komposit menggunakan serat ijuk dengan panjang 30 mm, 60

mm, dan 90 mm secara acak.

c. Pengujian sifat mekanik berupa uji tarik (tension test) dan pengamatan struktur ikatan dengan scanning electron microscope (SEM).

d. Penggunaan serat ijuk dengan berdiameter 3 mm.

4

E.Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : I Pendahuluan, pada bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan dan manfaat, batasan masalah serta sistematika. II Teori Dasar, berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanik dan fisik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy. III Metodologi, pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam pelaksanaan penelitian. IV Hasil Dan Analisis, pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan tentang studi kasus yang diteliti. V Simpulan Dan Saran, pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran untuk hasil yang lebih baik pada penelitian selanjutnya. Daftar Pustaka, berisikan literatur-literatur atau referensi-referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan laporan penelitian. Lampiran, berisikan beberapa hal yang mendukung penelitian.

II. KAJIAN PUSTAKA

A.Serat Ijuk Aren

Serat ijuk adalah serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui kalau serat ini sangatlah istimewa dibandingkan serat alam lainnya. Serat berwarna hitam yang dihasilkan dari pohon aren memilki banyak keistimewaan diantaranya : (a). Tahan lama, Bahwa serat ijuk aren mampu tahan lama dan tidak mudah terurai. (b). Tahan terhadap asam dan garam air laut, Serat ijuk merupakan salah satu serat yang tahan terhadap asam dan garam air laut, salah satu bentuk pengolahan dari serat ijuk adalah tali ijuk yang telah digunakan oleh nenek moyang kita untuk mengikat berbagai peralatan nelayan laut. (c). Mencegah penembusan rayap tanah. Serat ijuk aren sering digunakan sebagai bahan pembungkus pangkal kayu-kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk memperlambat pelapukan kayu dan mencegah serangan rayap.[1]

6

Keunggulan komposit serat ijuk dibandingkan dengan serat gelas adalah komposit serat ijuk lebih ramah lingkungan karena mampu terdegradasi secara alami dan harganya pun lebih murah bila dibandingkan serat lain seperti serat gelas. Sedangkan serat gelas sukar terdegradasi secara alami. Selain itu serat gelas juga menghasilkan gas CO dan debu yang berbahaya bagi kesehatan jika serat gelas didaur ulang, sehingga perlu adanya bahan alternatif pengganti serat gelas tersebut. Dalam industri manufaktur dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat yang khusus dan khas yang sulit didapat dari material lain seperti logam.

Gambar 2. Pohon Aren

Serat ijuk adalah serat alam yang berasal dari pohon aren. Dilihat dari bentuk, pada umumnya bentuk serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan dan pembentukan serat tersebut tergantung pada lingkungan alam

7

dan musim tempat serat tersebut tumbuh. Aplikasi serat ijuk masih dilakukan secara tradisional, diantaranya digunakan sebagai bahan tali menali, pembungkus pangkal kayu bangunan yang ditanam dalam tanah untuk mencegah serangan rayap, penahan getaran pada rumah adat karo, dan saringan air. Kegunaan tersebut didukung oleh sifat ijuk yang elastis, keras, tahan air, dan sulit dicerna oleh organisme perusak.[5]

B.Komposit

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[1].

Bahan penguat komposit menggunakan serat, maka serat inilah yang akan menentukan karakteristik material komposit, seperti : kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya. Seratlah yang menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks bertugas melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Salah satu keuntungan material komposit adalah kemampuan material yang dapat diatur kekuatannya sesuai dengan kehendak kita. Hal ini dinamakan tailoring properties dan ini adalah salah sifat istimewa komposit dibandingkan dengan material konvensional

8

lainnya. Selain itu komposit tahan terhadap korosi yang tinggi serta memiliki ketahanan yang tinggi pula terhadap beban. Oleh karena itu, untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matriks dipilih bahan-bahan yang liat dan lunak.[22]

Material komposit adalah kombinasi antara dua atau lebih material atau serat pembentuknya dan mempunyai sejumlah sifat yang tidak dimiliki oleh masing-masing komponen. Serat yang diberikan dapat berupa serat sintesis atau serat alam sebagai bahan penguat, hal ini untuk meningkatkan kekuatan mekanik pada komposit. Penguat yang digunakan pada polimer, baik yang termoplastik maupun termoseting pada umumnya dalam bentuk serat (fibre), benang (filament) dan butiran/serbuk. Sifat mekanik dari komposit banyak ditentukan oleh penguatan serta posisi. Dilain pihak, resin memiliki ketahanan terhadap bahan kimia dan cuaca dan untuk menambah kekuatannya maka perlu diberi bahan penguat. Perbandingan antara resin dan penguat merupakan faktor yang sangat penting untuk menentukan sifat struktur komposit.[2]

Dalam penelitan yang dilakukan oleh Kuncoro Diharjo, Komposit alam adalah material yang memiliki potensi yang baik untuk dikembangkan di Indonesia.

Mechanical bonding komposit yang diperkuat serat alam dapat ditingkatkan dengan perlakuan kimia serat atau mengunakan coupling agent. Perlakuan kimia, seperti perlakuan alkali, sering digunakan karena lebih ekonomis. Tujuan penelitian ini adalah menyelidiki pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat tarik komposit berpenguat serat rami kontinyu dengan matrik polyester. Pengamatan

9

visual dilakukan untuk menyelidiki mekanisme perpatahan. Serat rami direndam di dalam larutan alkali (5% NaOH) selama 0, 2, 4, dan 6 jam. Selanjutnya, serat tersebut dicuci menggunakan air bersih dan dikeringkan secara alami.

Matrik yang digunakan dalam penelitian ini adalah resin unsaturated polyester

157 BQTN dengan hardner MEKPO 1%. Komposit dibuat dengan metode cetak tekan pada Vf = 35%. Semua spesimen dilakukan post cure pada suhu 62oC selama 4 jam. Spesimen uji tarik dibuat mengacu pada standar ASTM D-638. Pengujian tarik dilakukan dengan mesin uji tarik dan perpanjangan diukur dengan menggunakan extensometer. Penampang patahan diselidiki untuk mengidentifikasi mekanisme perpatahannya. Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa kekuatan dan regangan tarik komposit memiliki harga optimum untuk perlakuan serat 2 jam, yaitu 190.27 Mpa dan 0.44%. Komposit yang diperkuat serat yang dikenai perlakuan 6 jam memiliki kekuatan terendah. Penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan selama 0 jam, 2 jam, dan 4 jam diklasifikasikan sebagai jenis patah slitting in multiple area. Sebaliknya, penampang patahan komposit yang diperkuat serat perlakuan 6 jam memiliki jenis patah tunggal.

Kuncoro Diharjo menyimpulkan bahwa komposit yang diperkuat serat rami dengan perlakuan 5% NaOH selama 2 jam memiliki kekuatan tarik dan regangan terbesar, yaitu σ = 190.27 MPa dan ε = 0.44%. Semakin lama perlakuan serat rami, maka modulus elastisitas kompositnya pun meningkat. Patahan komposit yang diperkuat serat rami tanpa perlakuan dan dengan perlakuan 5% NaOH

10

selama 2 jam dapat dikalsifikasikan sebagai jenis patah banyak (splitting in multiple area). Penampang patahan komposit yang diperkuat serat rami tanpa perlakuan didominasi perilaku kegagalan fiber pull out. Namun pada komposit yang diperkuat serat dengan perlakuan 5% NaOH, penampang patahannya mengindikasikan tanpa adanya fiber pull out.[23]

Penelitian yang berjudul Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami

Epoxy Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik mekanik komposit serat alam khususnya serat rami dengan matriks

epoxy yang akan diaplikasikan sebagai bahan alternatif pada desain soket prostesis. Pengujian komposit lamina serat rami epoxy mengacu standar

American Society for Testing Material (ASTM) D 3039/D 3039M untuk pengujian tarik dan ASTM D 4255/D 4255M-83 untuk pengujian geser.

Serat rami yang digunakan adalah serat kontinyu dengan kode produksi 100% Ne

14’S, menggunakan matriks berupa Epoxy Resin Bakelite EPR 174 dan Epoxy

Hardener V-140. Metode pembuatan sampel uji komposit lamina dengan cara

hand lay up terhadap serat rami kontinyu pada suhu kamar. Hasil pengujian karakteristik mekanik komposit serat rami epoxy akan dibandingkan dengan standard ISO untuk bahan plastik/polymer yang diaplikasikan pada bidang kesehatan, khususnya untuk Prosthetics dan Orthotics. Analisis dilengkapi dengan hasil pengamatan berbantuan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui modus kegagalan dan kriteria kegagalan.

11

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa komposit lamina serat rami epoxy berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai material alternatif dalam pembuatan soket prostesis atas lutut pada fraksi volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik komposit lamina serat rami epoxy

longitudinal pada fraksi volume serat 40% yaitu tegangan tarik 232 MPa dan modulus elastisitas 9,7 GPa, sedangkan pada fraksi volume serat 50% tegangan tarik 260 MPa dan modulus elastisitas 11,23 GPa. Harga ini masih lebih besar dibandingkan dengan harga referensi pada penelitian ini, yaitu bahan polimer yang diaplikasikan di bidang kesehatan dengan harga minimal kekuatan tarik 80 MPa dan modulus elastisitas 3 GPa. Modus kegagalan yang terjadi pada komposit lamina rami epoxy meliputi brittle failure (getas) untuk fraksi volume serat 10-30%, bonding dan deleminasi fraksi volume serat 40-50%. Karakteristik mekanik komposit lamina rami epoxy memenuhi persyaratan sebagai bahan soket prostesis, mengacu pada Standard ISO: plastic/polymer for health application.[24]

Penelitian yang dilakukan oleh mahasiswa jurusan Teknik Material dan Metalurgi ITS berjudul Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Aren (Arenga Pinata)

Dengan Matrik Polyester Terhadap Kekuatan Bending Dan Tarik. Pada tanaman Aren tumbuh hampir disetiap daerah pesisir di Indonesia. Jumlahnya yang melimpah dan tidak mengenal musim adalah beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan tanaman lain. Akan tetapi sangat disayangkan selama ini tanama aren memiliki nilai ekonomis yang sangat rendah hanya niranya saja yang memiliki nilai ekonomis, sedangkan bagaian tanaman yang lainnya terbuang percuma atau bernilai sangat rendah. Oleh karena itu tujuan utama penelitian ini

12

adalah memanfaatkan ijuk tanaman aren dan mencari kekuatan tarik dan bending yang maksimal.

Ijuk tersebut akan dijadikan material komposit dengan menggunakan matriks

polyester, dimana ijuk akan berfungsi sebagai reinforcement. Ijuk tersebut dipotong dengan ukuran panjang 1 cm dan kemudian dicampur dengan polyester, kemudian dicetak menjadi lembaran komposit. Setelah itu , lembaran akan dibentuk specimen uji tarik dan bending. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah variasi volume serat aren. Fraksi volume yang akan digunakan adalah 10%, 20%, 30%, 40%.

Dari hasil penelitian terlihat bahwa kekuatan tarik maksimal dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume 40% yang besarnya 13,72 GPa. Sedangkan flexural modulus dan flexural strength tertinggi terjadi pada komposit dengan fraksi volume 40 %, yang besarnya adalah 1268,98 GPa dan 62,76 GPa. Semakin kecil fraksi volume serat aren, maka kekuatan tarik dan bending akan semakin kecil.[25]

Kekuatan komposit serat rami dengan epoxy dengan variasi fraksi volume serat (10%, 20%, 30%, 40%, 50%), menunjukkan perbandingan kekuatan pada fraksi volume serat 40% dan 50%. Kekuatan tarik untuk komposit lamina serat rami

epoxy longitudinal pada fraksi volume serat 40% yaitu tegangan tarik 232 MPa dan modulus elastisitas 9,7 GPa, sedangkan pada fraksi volume serat 50% tegangan tarik 260 MPa dan modulus elastisitas 11,23 GPa.[24] Sedangkan

13

penelitian terhadap kekuatan tarik komposit dengan matriks polyester dengan fraksi volume serat aren (10%, 20%, 30%, 40%), mempunyai kekuatan tarik maksimal pada fraksi volume 40% yang besarnya 13,72 GPa. Semakin kecil/sedikit fraksi volume serat aren, maka kekuatan tarik akan semakin kecil.[25] Perbedaan hasil kedua penelitian ini tidak begitu jauh, dikarenakan jenis serat yang digunakan berbeda dan matriks yang digunakan berbeda pula.

Ratni Kartini melakukan penelitan yang berjudul Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Polimer Berpenguat serat Alam. Polimer merupakan bahan yang sangat bermanfaat dalam dunia teknik, khususnya dalam industri kontruksi. Polimer sebgai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik berdiri sendiri, misalnya sebagai perekat, pelapis, cat, dan segai glazur; maupun merupakan gabungan dengna bahan lain membentuk komposit. Untuk aplikasi struktur yang memerlukan kekuatan dan ketegaran, mengharuskan perbaikan sifat mekanik polimer. Untuk kebutuhan tersebut, berkembanglah komposit polimer yang disertai penguat oleh berbagai filler diantaranya serat alam. Penggunaan serat alam antara lain serat ijuk dan serat pisang sebagai pengganti serat buatan dapat menurunkan biaya produksi. Hal tersebut dapat dicapai karena serat alam murah dan sumber dayanya dapat terus diperbaharui.

Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis komposit antara matriks polmer yaitu

epoxy dan polyester dengan bahan penguat (filler) serat alam yaitu serat ijuk dan serat pisang, serta mempelajari sifat mekanik, struktur mikro dan sifat ternal komposit yang telah dbuat. Hipotesis penelitian ini adalah dengan penambahan

14

serat alam sebagai bajan penguat (filler) pada matriks polimer diharapkan dapat meningkatkan sifat mekanik terutama kekuatan tarik (tensile strength) komposit bila dibandingkan dengan matriks polimer.

Dari hasil penelitian diperoleh bahwa secara umum penambahan serat pada matriks polimer menurunkan nilai kekuatan tarik bahan komposit, kecuali untuk komposit bermatriks epoxy dengan penguat serat ijuk. Penambahan serat ijuk pada komposit matriks epoxy dapat meningkatkan kekuatan tarik bahan yaitu dengan pengisian serat ijuk tiga lapis menghasilkan kekuatan tarik tertinggi 45,44 MPa, lebih besar daripada komposit matriks epoxy yaitu 37,28 MPa. Sedangkan penambahan serat pada matriks epoxy dengan penguat serat pisang tiga lapis kekuatan tariknya terendah yaitu 30,47 MPa. Kekuatan tarik komposit matriks

polyester 56,74 MPa, sedangkan jika ditambahkan serat pisang dan serat ijuk kekuatannya menjadi jauh lebih kecil. Kekuatan tarik yang terkecil jika ditambah serat pisang tiga lapis yaitu 15,26 MPa, sedangkan jika ditambah serat ijuk tiga lapis yaitu 22,18 MPa. Secara umum penambahan serat pada matriks polimer menurunkan nilai kekerasan bahan komposit. Dari pengamatan strukturmikro ternyata kurangnya ikatan antara serat dengan matriks polimer dan distribusi serat pada matriks polimer mempengaruhi nilai kekuatan tarik dan nilai kekerasan bahan komposit. Adanya pengisian serat pada matriks polimer mempengaruhi sifat termal bahan, hal ini ditunjukkan dengan perbedaan pola termogram DTA.[26]

15

C.Klasifikasi Komposit

Sesuai dengan definisinya, maka bahan material komposit terdiri dari unsur-unsur penyusun. Komponen ini dapat berupa unsur organik, anorganik ataupun metalik dalam bentuk serat, serpihan, partikel dan lapisan.

Gambar 3. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda

Jika ditinjau dari unsur pokok penyusun suatu bahan komposit, maka komposit dapat dibedakan atas beberapa bagian antara lain :

a. Komposit serat (Fibrous Composites Material)

Komposit serat, yaitu komposit yang terdiri dari serat dan matriks (bahan dasar) yang diproduksi secara fabrikasi, misalnya serat ditambahkan resin sabagai bahan perekat.

16

Komposit serat Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Fiber

yang digunakan bisa berupa glass fiber, carbon fibers, armid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak (chopped strand mat) maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.

b. Komposit lapis (Laminated Composite Materials₎

Komposit laminat, merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakterstik sifat sendiri.

Gambar 5. Komposit lapis[8]

Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sebagai contoh plywood, laminated glass yang sering digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya

17

manipulasi makroskopis yang dilakukan yang tahan terhadap korosi, kuat dan tahan terhadap temperatur.

c. Komposit serpihan

Pengertian dari serpihan adalah partikel kecil yang telah ditentukan sebelumnya yang dihasilkan dalam peralatan yang khusus dengan orientasi serat sejajar permukaannya. Suatu komposit serpihan terdiri atas serpihan-serpihan yang saling menahan dengan mengikat permukaan atau dimasukkan kedalam matriks. Sifat-sifat khusus yang dapat diperoleh dari serpihan adalah bentuknya besar dan data sehingga dapat disusun dengan rapat untuk menghasilkan suatu bahan penguat yang tinggi untuk luas penampang lintang tertentu. Pada umumnya serpih-serpih saling tumpang tindih pada suatu komposit sehingga dapat membentuk lintasan fluida ataupun uap yang dapat mengurangi kerusakan mekanis karena penetrasi atau perembesan.

d. Komposit partikel (Particulate Composites Materials)

Komposit partikel, komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat semen yang kita jumpai sebagai beton, senyawa komplek ke dalam senyawa komplek.

18

Komposit partikel merupakan produk yang dihasilkan dengan menempatkan partikel-partikel dan sekaligus mengikatnya dengan suatu matriks bersama-sama dengan satu atau lebih unsur-unsur perlakuan seperti panas, tekanan, kelembaban, dan katalisator. Komposit partikel ini berbeda dengan jenis serat acak sehingga bersifat isotropis. Kekuatan komposit serat dipengaruhi oleh tegangan koheren diantara fase partikel dan matriks yang menunjukkan sambungan yang baik.[18]

Pada umumnya komposit dibagi dalam tiga kelompok adalah : (a). Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrix composite – PMC) bahan ini merupakan bahan komposit yang sering digunakan yang biasa disebut dengan Polimer Berpenguat Serat (FRP – Fiber Reinforced Polymers or Plastis), bahan ini menggunakan suatu polimer berdasar resin sebagai matriknya, seperti kaca, karbon dan aramid (Kevlar) yang digunakan sebgai penguatnya. (b). Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composite – MMC) ditemukan berkembang pada industri otomotif, bahan ini menggunakan suatu logam seperti alumnium sebagai matrik dan penguatnya dengan serat seperti silikon karbida. (c). Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composite – CMC) digunakan pada lingkungan bertemperatur sangat tinggi, bahan ini menggunakan keramik sebagai matrik dan diperkuat dengan serat pendek, atau serabut-serabut (Whiskers) dimana terbuat dari silikon karbida.

Pada umumnya komposit mengandung serat, baik serat pendek maupun serat panjang yang dibungkus dengan matriks. Fungsi dari pada serat adalah menahan bahan yang diberikan sedang fungsi matriks adalah membungkus serat sekaligus

19

melindunginya dari kerusakan baik mekanis maupun kimia. Selain daripada itu matriks mendistribusikan beban kepada serat.[22]

Jenis-jenis serat dan contoh bahannya yang dapat digunakan sebagai penguat pada material komposit secara umum yaitu : (a). Serat organik yaitu serat yang berasal dari mahluk hidup dan tumbuh-tumbuhan, serta dapat didaur ulang secara alami, contoh : sabut kelapa, ijuk, dan sabut kelapa sawit. (b). Serat anorganik yaitu serat yang sukar untuk terdegradasi (didaur ulang) secara alami, contoh : asbes, gelas, metal, dan keramik.

Serat-serat organik dan anorganik umumnya digunakan untuk memperoleh bahan komposit serat. Serat organik seperti selulosa, propylene, dan serat grafit pada umumnya dikarakteristik sebagai bahan yang ringan, lentur, elastik dan peka terhadap panas, sedangkan serat anorganik seperti gelas dan keramik merupakan serat yang paling tinggi kekuatannya serta tahan terhadap panas.

Aplikasi dan pemakaian bahwa komposit yang diperkuat dengan serat secara luas dipakai industri otomotif, industri kapal terbang, industri kapal laut, peralatan militer, dan industri perabotan rumah tangga. Hal ini menunjukkan perkembangan pesat dari material komposit, karena mempunyai sifat unggul, yaitu sebagai isolator yang baik. Ketahanannya baik terhadap air dan zat kimia. Dengan demikian bahan komposit tidak dapat berkarat, anti rayap dan tahan lembab. Bahan komposit alam umumnya berharga murah. Bahan komposit termasuk bahan yang ringan dan kuat.[5]

20

Serat merupakan salah satu material rancang-bangun paling tua. Jute, flax dan

hemp telah digunakan untuk menghasilkan produk seperti tali tambang, cordage, jaring, water hose dan container sejak dahulu kala. Serat tumbuhan dan binatang masih digunakan untuk felts, kertas, sikat atau kain tebal. Industri serat dibagi menjadi dua yaitu serat alam (dari tanaman, hewan dan sumber mineral) dan serat sintetis. Banyak serat sintetis telah dikembangkan secara khusus untuk menggantikan serat alam, karena serat sintetis sangat mudah diprediksi dan ukurannya yang lebih seragam. Untuk tujuan di bidang teknik, serat gelas, serat logam dan serat sintetis turunan bahan organik adalah yang paling banyak digunakan. Nilon digunakan untuk belting, nets, pipa karet, tali, parasut, webbing, kain balistik dan penguat dalam ban.

Serat sebagai penguat dalam struktur komposit mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: (a). Kekuatan (Strength), merupakan kemampuan material untuk menahan beban tanpa mengalami kepatahan. (b). Kekakuan (Stiffness) yaitu sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu materi. Banyak material yang kaku memiliki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi dari pemasangan, gravitasi, dan vibrasi pada saat pengoperasiannya. (c). Ketahanan korosi (Corrosion Resistance) yaitu tidak cepat berkarat sehingga mempunyai massa umur pakai yang panjang. (d). Ketahanan gesek/ aus (Wear Resistance). (e). Berat (Weight) yaitu berat material yang berat dapat diubah menjadi ringan tanpa mengurangi unsur-unsurnya. (f). Ketahanan lelah (Fatigue Life) merupakan fenomena terjadinya kerusakan material karena pembebanan yang berulang-ulang. Apabila suatu logam dikenakan tegangan berulang, maka akan patah pada

21

tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan tegangan yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan pada beban statik. (g). Meningkatkan konduktivitas panas yaitu menambah laju perambatan panas pada padatan dengan aliran panas yang mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.[5]

D.Polimer Sebagai Matrik

Matriks adalah bahan/material yang dipergunakan sebagai bahan pengikat bahan pengisi namun tidak mengalami reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara umum, matriks berfungsi sebagai : (a). Pelindung komposit dari kerusakan-kerusakan, baik kerusakan secara mekanis maupun kimia. (b). Untuk mentransfer beban dari luar ke bahan pengisi. (c). Untuk mengikat bahan pengisi

Secara umum, matriks dapat diklasifikasikan atas 4 jenis yaitu : (a). Termoplastik yaitu suatu matriks dikatakan termoplastik apabila matriks tersebut dapat menjadi lunak kembali apabila dipanaskan dan mengeras apabila didinginkan. Hal ini disebabkan karena molekul matriks tidak mengalami ikat silang sehingga bahan tersebut dapat didaur ulang kembali. (b). Termoset, Suatu matriks dikatakan termoset apabila matriks tersebut tidak dapat didaur ulang kembali bila dipanaskan. Hal ini disebabakan molekul matrks mengalami ikat silang, sehingga bila matriks telah mengeras tidak dapat lagi dilunakan. (c). Elastomer merupakan jenis polimer dengan elastisitas tinggi (d). Polimer Natural seperti selulosa dan protein dimana bahan dasar yang terbuat dari tumbuhan dan hewan.

22

Resin adalah polimer dalam komposit sebagai matrik, yang mempunyai fungsi sebagai pengikat, sebagai pelindung struktur komposit, memberi kekuatan pada komposit dan bertindak sebagai media transfer tegangan yang diterima oleh komposit serta melindungi serat dari abrasi dan korosi. Resin thermoset adalah tipe system matrik yang paling umum dipakai sebagai material komposit. Mereka menjadi popular penggunaanya dalam komposit dengan sejumlah alasan, mempunyai kekuatan leleh yang cukup rendah, kemampuan interaksi dengan serat yang bagus dan membutuhkan suhu kerja yang relatif rendah. Selain itu juga mempunyai harga yang lebih rendah daripada resin thermoplastis.[27]

E.Resin Epoxy

Resin epoxy termasuk ke dalam golongan thermosetting, sehingga dalam pencetakan perlu diperhatikan hal sebagai berikut : (a). Mempunyai penyusutan yang kecil pada pengawetan. (b). Dapat diukur dalam temperatur kamar dalam waktu yang optimal. (c). Memiliki viskositas yang rendah disesuaikan dengan material penyangga. (d). Memiliki kelengketan yang baik dengan material penyangga. Karakter dari produksi rantai epoxy adalah kemampuan proses dan derajat garis melintang. Pembuatan dari jaringan epoxy yang sangat bagus dengan cara menambahkan katalis yang akan bereaksi dengan baik dengan struktur jaringan, maka kemampuan mekanik dari epoxy tergantung dari tipe katalis yang digunakan. Resin epoxy mengandung struktur epoxy atau oxirene. Resin ini berbentuk cairan kental atau hampir padat, yang digunakan untuk material ketika hendak dikeraskan. resin epoxy jika direaksikan dengan hardner yang akan membentuk polimer crosslink. Hardener untuk sistem curing pada temperatur

23

ruan dengan resin epoxy pada umumnya adalah senyawa poliamid yang terdiri dari dua atau lebih rup amina. Curing time sistem epoxy bergantung pada kereaktian atom hidrogen dalam senyawa amina.

Reaksi curing pada sistem resin epoxy secara eksotermis, berarti dilepaskan sejumlah kalor pada proses curing berlangsung. Laju kecepatan proses curing

bergantung pada temperatur ruang. Untuk kenaikan temperatur 10oC, maka laju kecepatan curing akan menjadi dua kali lebih cepat, sedangkan untuk penurunan temperaturnya dengan besar yang sama, maka laju kecepatan curing akan turun menjadi setengah dari laju kecepatan curing sebelumnya. Epoxy memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dari pada polyester pada keadaan basah, namun tidak tahan terhadap asam. Epoxy mempunyai sifat ulet, elastis, tidak bereaksi dengan sebagian besar bahan kimia dan mempunyai dimensi yang lebih stabil.

Epoxy bila diberi bahan penguat komposit epoxy mempunyai kekuatan lebih baik dari dibandng resin lain.[27]

F. Katalis MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida)

Katalis adalah bahan yang digunakan untuk memulai dan mempersingkat reaksi

curing pada temperatur ruang. Katalis dapat menimbulkan panas saat curing dalam hal ini dapat merusak produk yang dibuat. Katalis yang digunakan sebagai proses curing dalam pembuatan papan yang berasal dari organic proxide seperti

methyl ethyl, ketone proxide dan acetyl acetone proxide. Dalam pembuatan bahan komposit, campuran katalis sedikit maka papan serat yang dihasilkan akan lebih kuat bila dibandingkan pada campuran katalisnya banyak.

24

Pada proses pencampuran resin polyester tersebut harus ditambahkan dengan suatu katalis, pada penelitian ini katalis digunakan adalah katalis komersial atau pesaran berupa MEKPO (mehtyl ehtyl keton peroksida) yang fungsinya sebagai zat curing yakni untuk mempersingkat waktu pengerasan dari resin polyester

tersebut. Jumlah katalis MEKPO juga berpengaruh terhadap sifat mekanik komposit yang dihasilkan.[28]

G.Resin Polyester

Jenis perekat sintetis yang digunakan dalam industri papan serat maupun papan partikel ada dua macam yaitu: Urea formaldehida dan Phenol formaldehida.

Perekat resin urea formaldehida biasanya digunakan untuk membuat jenis papan yang pada aplikasinya digunakan didalam ruangan (interior) dan tidak memerlukan ketahanan yang kuat terhadap cuaca. Keuntungan dari urea formaldehida adalah harganya yang relatif murah, mudah dalam penuangan dan proses pemotongan cepat dan tidak meninggalkan bekas warna pada papan yang dihasilkan. Untuk papan yang memerlukan ketahanan terhadap cuaca atau digunakan pada luar ruangan biasanya perekat yang digunakan adalah resin

phenol formaldehyde.[28]

Resin polyester tak jenuh merupakan salah satu jenis polimer termoset. Resin

polyester merupakan pilihan yang banyak digunakan dalam komposit modern. Bahan ini memiliki ketahanan sifat mekanik yang baik ketika beroperasi pada kondisi lingkungan yang panas maupun basah, ketahanan kimia yang baik, kestabilan bentuk, harga yang relatif rendah (dibandingkan dengan harga epoxy)

25

dan memiliki pelekatan yang baik pada berbagai penguat. Keunggulan resin

polyester bila dibandingkan dengan resin lainnya adalah : (a). Matriks resin

polyester lebih keras. (b). Harganya yang lebih murah. (c). Mempunyai daya tahan terhadap air, cuaca, dan pengaruh zat-zat kimia. Sifat-sifat fisik dari bahan resin polyester yaitu : (a). Retakan baik. (b). Tahan terhadap bahan kimia. (c). Pengerutan sedikit (saat curing)

Sifat-sifat mekanik resin polyester adalah sebagai berikut : (a). Temperatur optimal 110oC-140oC. (b). Ketahanan dingin adalah baik secara relatif. (c). Bila dimasukkan air mendidih untuk waktu yang lama, bahan akan retak atau pecah. (d). Kemampuan terhadap cuaca baik. (e). Tahan terhadap kelembaban dan sinar ultra violet.

Resin polyester merupakan resin yang sangat banyak dipergunakan pada pembuatan komposit karena keunggulan resin tersebut jika dibandingkan dengan resin yang lain. Keunggulan resin polyester dengan resin yang lain bla dibandingkan adalah : (a). Matriks resin polyester lebih keras. (b). Menghasilkan bahan yang transparan. (c). Bersifat kuat. (d). Mempunyai daya tahan yang bak terhadap air, cuaca dan pengaruh zat-zat kimia. (e). Dapat dilombinasi dengan semua tipe serat gelas. (f). Harganya yang lebih murah.

Resin jenis YUKALAC 157 BQTN-EX secara khusus cocok untuk proses manufaktur FRP dengan hand lay dan spray up molding. Secara luas, resin ini

26

digunakan dalam pembuatan kapal nelayan, bak mandi, material bangunan, dan produk FRP lainnya.

Gambar 7. Resin jenis YUKALAC 157 BQTN-EX[14]

Tabel 1. Sifat resin polyester

Item Satuan Nilai tipikal Catatan Massa jenis gr/cm 1,23 0 – 90oC

Kekerasan Hv 40 Barcol/GYZJ 934-1

Suhu distorsi panas oC 70

Penyerapan air % 0,1888 24 jam

Suhu ruang % 0,466 7 hari

Kekuatan flexural Kgf/mm 9,4 Modulus flexural Kgf/mm 300 Daya rentang Kgf/mm 5,5 Modulus rentang Kgf/mm 300

Elongasi % 1,6

Kekuatan tarik maksimum (yield strengh)

Mpa 65

H. Antarmuka/interface Matrik dan Penguat

Interface merupakan batas pencampuran antara serat dan matrik. Interface matrik dan penguat ditunjukkan pada gambar 8. Pengertian klasik dari antarmuka yaitu

27

permukaan yang terbentuk diantara matriks dan penguat dan mengalami kontak dengan keduanya dengan membuat ikatan antara keduanya untuk perpindahan beban.

Gambar 8. Skematik Interface matrik - penguat

Interface dari komposit sangat mempengaruhi karakteristik komposit, karena

Interface berpengaruh terhadap proses transfer beban antara matrik dan penguat.

Interface yang kuat memberikan kekuatan yang tinggi begitu juga sebaliknya.

I. Mekanisme Adhesi Pada Komposit

Interface atau antarmuka mempunya sifat fisik dan mekanik yang unik dan tidak merupakan sifat masing-masing matriks maupun penguatnya, antarmuka mempunyai ikatan yang bagus. Interface dapat dikontrol untuk mendapatkan sifat mekanis yang bagus. secara umum terdapat beberapa teori tentang mekanisme adhesi yaitu adsorpsi dan pembasahan, interdifusi, ikatan kima dan ikatan mekanik, yang akan dijelaskan sebagai berikut :

a. Adsorpsi dan Pembasahan

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu cairan berkumpul diatas permukaan suatu benda padat atau suatu caiaran. Adsorpsi terjadi

Bonding Agent Matrik

28

apabila matrik membasahi permukaan serat sehingga terjadi suatu ikatan. terjadinya pembasahan akibat adsorpsi apabila matrik memiliki energi permukaan lebih rendah dibanding penguat serat.

b. Mechanical Bonding

Mekanisme penguncian (interlocking) terjadi antara 2 (dua) permukaan, yaitu penguat dan matrik. Kondisi permukaan yang kasar dapat menyebabkan interlocking yang terjadi semakin banyak dan mechanical bonding menjadi semakin efektif. Ikatan menjadi efektif jika beban yang diberikan paralel terhadap interface. Mekanisme mechanical bonding

dapat diilustrasikan seperti pada gambar 9

Gambar 9. Mekanisme mechanical bonding

c. Ikatan Kimia

Ikatan kimia dibentuk oleh grup-grup yang bersifat kimia pada permukaan penguat dan matrik. Kekuatan ikatan ditentukan oleh jumlah kimiawi menurut luas dan tipe ikatan kimia itu sendiri. Ikatan kimia ini terbentuk karena ada wetting agent.

29

d. Interdifusi

Ikatan ini terbentuk antara dua permukaan polimer karena molekul polimer dari satu permukaan berdifusi ke jaringan molekul pada permukaan lain, seperti pada gambar 11. Kekuatan ikatan tergantung pada jumlah molekul yang terlibat dan kekuatan ikatan antara molekul-molekul tersebut.

Gambar 11. Mekanisme interdifusi

Interdifusi dapat terjadi apabila penguat dilapisi dengan polimer yang bertindak sebagai bahan perangakai, karena danya interdifusi melalui bahan perangkai tersebut, terbentuk daerah antara muka dengan ketebalan tertentu yang memiliki sifat fisik, kimiawi dan sifat mekanis yang berbeda dari sifat-sifat serat maupun resin.

J. Karakteristik Material Komposit

Salah satu faktor yang sangat penting dalam menentukan karakteristik material komposit adalah perbandingan antara matriks dan serat. Sebelum melakukan proses pencetakan komposit, terlebih dahulu dilakukan perhitungan perbandingan keduanya.

30

Fraksi volume dapat dihitung dengan persamaan berikut [9]: a. Massa komposit

Massa komposit dihitung dengan persamaan

Mc = mf + mm ... (1)

b. Massa jenis komposit

Massa jenis dihitung dengan persamaan

... (2)

c. Fraksi serat

... (3)

... (4)

Dimana mc = massa komposit (gr), mf = massa serat (gr), mm = massa matriks (gr), = massa jenis komposit (gr/cm3), vc = volume komposit (cm3), Wf = fraksi massa serat (%), Vf = fraksi volume serat (%), = massa jenis matriks (gr/cm3).

K.Pengujian Tarik

Kekuatan tarik (ultimate tensile strength) merupakan salah satu sifat penting suatu material. Tujuan uji tarik dilakukan adalah mengetahui material tersebut liat atau tidak dengan cara mengukur perpanjangnya. Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu material untuk menahan beban tarik. Hal ni diukur dari beban/gaya maksmum berbanding terbalik dengan luas penampang bahan uji, dan memiliki satuan Mega Pascal (MPa) atau N/mm2 atau Kgf/mm2 atau Psi.[19]

31

Uji tarik dilakukan dengan jalan memberikan beban pada kedua ujung spesimen uji secara perlahan-lahan ditingkatkan hingga spesimen uji tersebut putus. Dengan pengujian ini dapat diketahui : kekuatan tarik, beban luluh dan modulus elastisitas (modulus young) tegangan, pengurangn luas penampang dan pertambahan panjang.

Pengujian bertujuan untuk mengetahui regangan dan tegangan dari papan partikel yang telah dibuat. Hasil dari pengujian ini adalah grafik beban terhadap perpanjangan (elongasi).

Tegangan

... (5) Regangan

... (6) Modulus elastisitas

... (7)

Dimana : F = beban yang diberikan (N), A0 = luas penampang mula-mula (m2), L0 = panjang mula-mula, ΔL = pertambahan panjang (mm), σ = tegangan (Mpa), ε = regangan (%), E = modulus elastisitas (Gpa).[16]

L.Kurva Tegangan – Regangan

Sebuah perubahan bentuk pada spesimen uji tarik ditunjukkan pada gambar 7. Ketika beban diterapkan yang pertama, spesimen meregang sebanding dengan

32

beban. Efek ini disebut elastis linier. Jika beban ditiadakan, spesimen kembali ke bentuk dan panjangnya semula.

Ketika beban mulai meningkat pada level tegangan tertentu, spesimen mengalami perubahan bentuk permanen (plastis). Pada tingkatan itu, tegangan dan regangan tidak lagi sebanding seperti pada daerah elastis. Tegangan di mana peristiwa ini terjadi dikenal sebagai tegangan yield. Istilah tegangan yield juga digunakan untuk menetapkan tititk di mana tegangan dan regangan tidak lagi sebanding.

Gambar 12. Kurva tegangan-regangan tarik[18]

Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) adalah tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya pepatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum ditentukan dari beban maksimum dibagi luas penampang lintang awal.[20]

33

Keterangan rumus :

σmax : Tegangan tarik maksimum (N/mm2) Pmax : Beban tarik maksimum (N) Ao : Luas penampang awal (mm2)

Jika spesimen dibebani di luar kekuatan tarik maksimumnya, maka necking akan terjadi. Sepanjang daerah necking luas penampang spesimen tidak lagi seragam panjangnya dan lebih kecil di daerah necking itu. Ketika pengujian diteruskan, tegangan teknik turun lebih lanjut dan spesimen akhirnya patah di daerah necking

itu. Tegangan teknik saat patah disebut sebagai tegangan patah atau putus.[18]

M. Keuletan

Keuletan adalah perilaku yang penting diamati selama uji tarik, ini adalah tingkat deformasi plastis yang terjadi pada material sebelum patah. Ada dua ukuran keuletan yang umum dipakai. Yang pertama total perpanjangan dari spesimen.[18]

... (9)

Keterangan rumus :

ε : Total perpanjangan spesimen (%) L : Panjang setelah patah (mm) Lo : Panjang mula-mula (mm)

Sedangkan ukuran keuletan/keliatan yang kedua adalah pengurangan luas penampang lintang spesimen :

34

... (10)

Keterangan rumus :

q : Pengurangan luas penampang (%) A : Luas penampang terkecil patahan (mm2) Ao : Luas penampang mula-mula (mm2)

N.Tegangan dan Regangan Sebenarnya

Setelah titik tegangan maksimum, deformasi plastis menjadi terlokalisir (necking) dan tegangan teknik (enginering stress) turun akibat reduks yang terlokalisir pada luas penampang. Namun tegangan sesungguhnya (true stress) membesar karena luas penampang mengecil. Kurva tegangan-regangan sesungguhnya didapat dari konversi tegangan dan regangaan tarik dalam nilai yang sesungguhnya, dapat diketahui dengan menggunakan persamaan berikut :

σt = (1 + ε)σ ... (11)

εt= ln(1 + ε) ... (12) Keterangan rumus :

σt : Tegangan sesungguhnya (N/mm2)

εt : Regangan sesungguhnya

σ : Tegangan teknik (N/mm2)

35

O.Pengamatan Dengan Scanning Electron Microscope (SEM)

Pengamatan dengan scanning electron microscope (SEM) digunakan untuk mengamati serat didalam matriks bersama dengan beberapa sifat ikatan antara matriks dengan serat penguatnya. Cara untuk mendapatkan struktur mikro dengan membaca berkas elektron, didalam SEM berkas elektron berupa noda kecil yang umumnya 1µm pada permukaan spesimen diteliti berulang kali. Permukaan spesimen diambil gambarnya dan dari gambar ini dianalisa keadaan atau kerusakan spesimen. Pentingnya SEM adalah memberikan gambaran nyata dari bagian kecil spesimen, yang artinya kita bisa menganalisa besar serat, kekasaran serat dan arah serat serta ikatan terhadap komponen matriksnya.[21]

Gambar 13. Spesimen untuk pengamatan dengan SEM Keterangan gambar :

P : Panjang spesimen uji (mm) t : Tinggi spesimen uji (mm) l : Lebar Spesimen uji (mm)

p

III. METODOLOGI PENELITIAN

A.Tempat Penelitian

Penelitian ini akan dilaksanakan di dua tempat, yaitu sebagai berikut :

a. Analisa struktur mikroskofis komposit (scanning electron microscope) di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut Teknologi Bandung (ITB), Bandung.

b. Pengujian kekuatan tarik di Sentra Teknologi Polimer (STP), PUSPITEK, Serpong, Tangerang, Banten.

B.Bahan Yang Digunakan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. Air biasa.

b. Air aquades

c. Resin epoxy, yang berfungsi sebagai matrik dalam komposit.

d. Hardener, yang berfungsi sebagai untuk mempercepat proses pengerasan pada komposit.

e. Serat ijuk sebagai bahan penguat komposit.

f. Mirror glaze digunakan untuk melapisi antara cetakan dengan komposit, sehingga komposit mudah untuk dilepaskan dari cetakan.

37

C.Alat Yang Digunakan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :

a. Cetakan dari pelat besi, dibuat sesuai dengan spesimen uji

b. Timbangan digital untuk mengukur massa pada resin dan serat ijuk

c. Alat bantu lain yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah jangka sorong, gunting, gelas ukur, oven, gerinda, gergaji besi, mika tahan panas, stopwatch, pengaduk dan amplas.

D.Prosedur Percobaan

Prosedur pengambilan data dalam penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu :

a. Survey Lapangan dan Study Literature

Pada penelitian ini, proses yang dilakukan adalah dengan mengumpulkan data awal sebagai study literature. Study literature bertujuan untuk mengenal masalah yang dihadapi, serta untuk menyusun rencana kerja yang akan dilakukan. Pada study awal dilakukan langkah-langkah seperti survey lapangan yang berhubungan dengan penelitian yang ingin dilakukan serta mengambil data-data penelitian yang sudah ada sebagai pembanding terhadap hasil pengujian yang akan dianalisa.

b. Melakukan Persiapan Serat Ijuk

Serat yang digunakan pada penelitian ini yaitu serat ijuk dari pohon aren. Langkah-langkah dalam persiapan serat ijuk ini adalah :

38

1. Pilih serat ijuk berdiameter 3 mm yang akan digunakan, dengan menggunakan mikrometer sekrup.

2. Bersihkan serat dengan menggunakan air untuk menghilangkan kotoran / debu yang menempel pada ijuk.

3. Setelah Serat yang sudah bersih, rendam didalam larutan alkali (5% NaOH) selama 2 jam.

4. Cuci kembali dengan aquades.

5. Pengovenan serat ijuk selama 15 menit.

6. Potong serat dengan ukuran panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm

c. Proses Pencetakan Komposit

Proses pembuatan komposit dilakukan dengan matrik epoxy. Langkah-langkah yang dilakukan sebagai berikut :

1. Penyiapan serat ijuk yang telah dikeringkan kemudian dilakukan proses pembuatan serat secara acak sesuai bentuk cetakan

2. Dalam pembuatan cetakan, menggunakan pelat besi dengan ketebalan 7 mm.

3. Pemotongan cetakan pelat sesuai standar ASTM D 638 type IV.

39

Gambar 15. Geometri dan Dimensi Spesimen Uji Tarik Statik ASTM D 638

4. Pengolesan mirror glaze pada cetakan untuk memudahkan pengambilan spesimen uji dari cetakan setelah mengalami proses pengeringan.

5. Rekatkan mika tahan panas pada cetakan pelat.

6. Resin Epoxy dicampur dengan hardener untuk membantu proses pengeringan. Perbandingan hardener dan resin epoxy yang digunakan 1 : 1.

7. Penuangan campuran resin sebagian dari takaran ke dalam cetakan, kemudian penempatan serat ijuk yang telah disusun secara acak, dilanjutkan kembali penuangan sisa campuran resin ke dalam cetakan. 8. Tekan dengan menggunakan pemberat selama proses pengeringan. 9. Proses pengeringan dilakukan sampai benar-benar kering.

10.Bentuk sampel uji setelah dikeluarakn dari cetakan, ditunjukkan pada gambar 15.

11.Masukkan ke dalam oven untuk dilakukan proses curing, waktu yang diperlukan untuk proses ini selama 10 menit dengan suhu 70 oC. 12.Spesimen uji tarik komposit siap untuk di ambil sampel.

40

d. Proses Pembuatan Spesimen SEM

Pembuatan spesimen ini dilakukan setelah spesimen di uji tarik, cara pembuatan spesimen sebagai berikut :

1. Spesimen diukur dengan jangka sorong, dengan ukuran 5 x 5 mm. 2. Gerinda spesimen tersebut.

3. Ukuran yang dibuat sesuai dengan bentuk kubus dengan panjang tiap sisi nya sebesar 5 mm.

4. Potong spesimen tersebut dengan menggunakan gergaji besi. 5. Spesimen untuk pengamatan SEM siap untuk di ambil sampel.

e. Pengujian Komposit

Setelah spesimen uji selesai dibuat, dilakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini yaitu :

1. Uji Tarik

Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui besarnya kekuatan tarik dari bahan komposit. Pengujian ini dilakukan dengan mesin uji

“Universal Testing Machine (UTM)”, seperti pada gambar dibawah ini

41

Langkah-langkah pengujian tarik dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a) Pengukuran spesimen uji meliputi panjang daerah cekam, panjang daerah uji, lebar daerah uj dan tebal daerah uji.

b) Menghidupkan mesin uji tarik yang digunakan

c) Memastikan tekanan udara (pneumatic) untuk beban maksimum yang diperlukan terpenuhi.

d) Pemasangan pencekam (gripp holder)

e) Memastikan data spesimen uji yang telah diukur pada komputer dan menetapkan kecepatan pengujian.

f) Memastikan jarak pencekam sesuai dengan panjang minimal daerah cekaman (gripped length).

g) Pemasangan spesimen uji, dan memastikan tercekam dengan sempurna (kuat).

h) Jalankan mesin uji tarik

i) Setalah patah, hentikan proses penarikan secepatnya. j) Ambil hasil rekaman mesin plotter dari proses penarikan. k) Pengolahan data-data hasil uji kekuatan tarik.

2. Pengamatan Dengan SEM Awal

Prosedur pengujian scanning electrone microscope (SEM) awal untuk melihat kerusakan setelah uji tarik. Langkah untuk pengamatan SEM yang dilakukan adalah :

a) Pemasangan spesimen pada cawan SEM dengan menggunakan pita karbon (carbon tape).

42

b) Pelapisan sisi-sisi spesimen uji dengan carbon ink untuk membantu konduktifitas spesimen uji.

c) Proses pelapisan permukaan spesimen uji dengan platina (coathing/sputtering) dengan mesin auto coather.

d) Menghidupkan perangkat pengamatan SEM.

e) Penempatan spesimen pada tabung SEM dan dilanjutkan dengan pengambilan gambar SEM.

f) Pencetakan hasil atau gambar SEM yang telah diambil.

c. Pengamatan Dengan SEM Patahan

Prosedur pengamatan dengan SEM untuk patahan uji kekuatan tarik sama seperti pada pengamatan dengan SEM awal, perbedaanya hanya spesimen untuk pengamatan ini dibuatkan dari daerah patahan uji kekuatan tarik

d. Jumlah Spesimen Uji

Spesimen uji untuk serat ijuk ini sebanyak 21 sampel, tiap jenis kompositnya ada 7 sampel dengan uji tarik untuk tiap perbandingan panjang serat dengan serat ijuk.

Tabel 2. Jumlah spesimen yang akan di uji .Nama

Pengujian

Fraksi Panjang

30 mm 60 mm 90 mm

Tarik 5 5 5

SEM 2 2 2

43

E.Alur Proses Pengujian

Mulai

Pengecekan Standar

N

Y

Pengamatan Spesimen sesudah Uji

Tarik Dengan SEM Pengamatan Spesimen

Sebelum Uji Tarik Dengan SEM

Resin epoxy

1. Fraksi volume 80 % 2. Fraksi berat Tahap Persiapan

Serat Ijuk :

1. Fraksi volume 20 % 2. Fraksi berat

3. Panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm

Pembuatan Cetakan

Pembuatan Spesimen Untuk Pengamatan SEM dan Uji

Tarik

Persiapan Spesimen Uji Sesuai Standar ASTM D 638

Pengujian Uji Tarik Sesuai Standar

ASTM D 638

Pengambilan Data dan Analisa

Kesimpulan

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Dari hasil penelitian pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanis dan fisik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy dapat diambil kesimpulan :

1. Komposit epoxy yang diperkuat dengan serat ijuk dengan panjang serat 90 mm memiliki harga tegangan tarik dan regangan maksimal yaitu 36,37 MPa dan 9,34 %.

2. Panjang serat 90 mm lebih kuat tegangan tarik dan regangannya dari pada panjang serat 30 mm dan 60 mm hal ini disebabkan semakin panjang serat di dalam matriks, maka permukaan serat yang menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi besar, dan sebaliknya semakin pendek serat didalam matriks, maka serat menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi kecil.

3. Daya ikat komposit (bonding strength) yang rendah, pendistribusian serat yang tidak merata, dan critical length menyebabkan kekuatan komposit serat acak lebih rendah daripada epoxy murni.

4. Hasil foto SEM terlihat patahan komposit panjang serat ijuk 30 mm, 60 mm, dan 90 mm menunjukkan adanya fiber pull out disebabkan rendahnya daya ikat antara matrik dan serat sehingga serat mudah tercabut.

64

B. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diberikan saran untuk penelitian berikutnya yaitu :

1. Dalam penyebaran serat pada komposit, sebaiknya dilakukan dengan merata sehingga serat mampu menanggung beban yang diteruskan dalam matrik.

2. Digunakan penyusunan serat ijuk secara vertikal dan horizontal, dengan susunan anyaman, berlapis dan bersudut antar 0o, 45o, dan 90o bertujuan untuk mendapatkan kekuatan tarik yang maksimal.

3. Digunakan variasi fraksi volume dan fraksi massa yang bertujuan mendapatkan kekuatan tarik yang maksimal untuk komposit berpenguat serat ijuk

DAFTAR PUSTAKA

1. Widodo, B., 2007. Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi Dengan Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random). Institut Teknologi Nasional. Malang.

2. Schwardz M.M . 1984. Composite Material Handbook, Mc Graw hill.

Singapore.

3. Diharjo K.Soekrisno, Triyono dan Abdullah G (2002-2003). “Rancang Bangun Dinding Kereta Api Dengan Komposit Sandwich Serat Gelass. Penelitian Hibah Bersaing X, DIKTI. Jakarta.

4. Jones, M.R.,1975. Mechanics Of Composite Material, Mc Graww Hill Kogakusha, Ltd

5. Christiani, Evi. 2008. Tesis, Karakteristik Ijuk Pada Papan Komposit Ijuk Serat Pendek Sebagai Perisai Radiasi Neutron. Sumatera Utara.

6. Abdullah dan Handiko.G.W.2000.” Aplikasi Komposit GFRP Untuk

Komponen Gerbong Kereta Api,INKA.Madiun

7. S.Y.Oh,J.A. Corne,and K.C Rossell, Wetting Of Ceramic Part Culater With Liquid Alumunium Alloys, Part II.Study of Wettability Met,Trans. A 20 A (1983).53

8. http://km.itb.ac.id/site/?p=6066 Keluarga mahasiswa ITB Komposit Berpenguat Serat Ijuk dan Nanas sebagai Alternatif Papan Meja Berbasis Kayu dipostkan tanggal 18 August 2011 dakses tanggal 15 Januari 2012

9. Gibson, 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New York: Mc Graw Hill,Inc.

43

E.Alur Proses Pengujian

Mulai

Pengecekan Standar

N

Y

Pengamatan Spesimen sesudah Uji

Tarik Dengan SEM Pengamatan Spesimen

Sebelum Uji Tarik Dengan SEM

Resin epoxy

1. Fraksi volume 80 % 2. Fraksi berat Tahap Persiapan

Serat Ijuk :

1. Fraksi volume 20 % 2. Fraksi berat

3. Panjang 30 mm, 60 mm, dan 90 mm

Pembuatan Cetakan

Pembuatan Spesimen Untuk Pengamatan SEM dan Uji

Tarik

Persiapan Spesimen Uji Sesuai Standar ASTM D 638

Pengujian Uji Tarik Sesuai Standar

ASTM D 638

Pengambilan Data dan Analisa

Kesimpulan

V. SIMPULAN DAN SARAN

A. Simpulan

Dari hasil penelitian pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanis dan fisik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy dapat diambil kesimpulan :

1. Komposit epoxy yang diperkuat dengan serat ijuk dengan panjang serat 90 mm memiliki harga tegangan tarik dan regangan maksimal yaitu 36,37 MPa dan 9,34 %.

2. Panjang serat 90 mm lebih kuat tegangan tarik dan regangannya dari pada panjang serat 30 mm dan 60 mm hal ini disebabkan semakin panjang serat di dalam matriks, maka permukaan serat yang menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi besar, dan sebaliknya semakin pendek serat didalam matriks, maka serat menanggung beban yang diberikan oleh matriks menjadi kecil.

3. Daya ikat komposit (bonding strength) yang rendah, pendistribusian serat yang tidak merata, dan critical length menyebabkan kekuatan komposit serat acak lebih rendah daripada epoxy murni.

4. Hasil foto SEM terlihat patahan komposit panjang serat ijuk 30 mm, 60 mm, dan 90 mm menunjukkan adanya fiber pull out disebabkan rendahnya daya ikat antara matrik dan serat sehingga serat mudah tercabut.

64

B. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan maka dapat diberikan saran untuk penelitian berikutnya yaitu :

1. Dalam penyebaran serat pada komposit, sebaiknya dilakukan dengan merata sehingga serat mampu menanggung beban yang diteruskan dalam matrik.

2. Digunakan penyusunan serat ijuk secara vertikal dan horizontal, dengan susunan anyaman, berlapis dan bersudut antar 0o, 45o, dan 90o bertujuan untuk mendapatkan kekuatan tarik yang maksimal.

3. Digunakan variasi fraksi volume dan fraksi massa yang bertujuan mendapatkan kekuatan tarik yang maksimal untuk komposit berpenguat serat ijuk

DAFTAR PUSTAKA

1. Widodo, B., 2007. Analisis Sifat Mekanik Komposit Epoksi Dengan Penguat Serat Pohon Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak

(Random). Institut Teknologi Nasional. Malang.

2. Schwardz M.M . 1984. Composite Material Handbook, Mc Graw hill.

Singapore.

3. Diharjo K.Soekrisno, Triyono dan Abdullah G (2002-2003). “Rancang

Bangun Dinding Kereta Api Dengan Komposit Sandwich Serat Gelass.

Penelitian Hibah Bersaing X, DIKTI. Jakarta.

4. Jones, M.R.,1975. Mechanics Of Composite Material, Mc Graww Hill Kogakusha, Ltd

5. Christiani, Evi. 2008. Tesis, Karakteristik Ijuk Pada Papan Komposit Ijuk

Serat Pendek Sebagai Perisai Radiasi Neutron. Sumatera Utara.

6. Abdullah dan Handiko.G.W.2000.” Aplikasi Komposit GFRP Untuk

Komponen Gerbong Kereta Api,INKA.Madiun

7. S.Y.Oh,J.A. Corne,and K.C Rossell, Wetting Of Ceramic Part Culater With

Liquid Alumunium Alloys, Part II.Study of Wettability Met,Trans. A 20

A (1983).53

8. http://km.itb.ac.id/site/?p=6066 Keluarga mahasiswa ITB Komposit Berpenguat Serat Ijuk dan Nanas sebagai Alternatif Papan Meja

Berbasis Kayu dipostkan tanggal 18 August 2011 dakses tanggal 15

Januari 2012

9. Gibson, 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New York: Mc Graw Hill,Inc.

10. Surdia,Tata dkk, S.1992. Pengetahuan Bahan Teknik Cet.2. Pradnya Paramitha. Jakarta .

11. Diharjo, K., dan Triyono, t.,2003. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik.

Universitas Sebelas Maret. Surakarta

12. Maestro. 2009. “Perbedaan Serat Alami dan Buatan” Dari : http://137maestro.blogspot.com/2009/05/perbedaan-serat-alami-dan-buatan.htmldiakses tanggal 12 januari 2012

13. Timing SL.R. Engineering Material Adisson Wesley Iongman Limited.1998 14. Joseriki. 2011.” Perlakuan Serat Komposit “. Dari :

http://joseriki.blogspot.com/2011/03/.html diakses tanggal 12 januai 2012

15. Arbintarso, S. Ellyawan.2009. Tinjauan Kekuatan Lengkung Papan Serat

Sabut Kelapa Sebagai Bahan Teknik. Yogyakarta

16. Permatasari, Dian. 2010. “Pemilihan Bahan dan Proses” http://waturejeng.blogspot.com/ diakses tanggal 26 januari 2012 17.Adenholics.2008.“Komposit“http://adenholics.blogspot.com/2008/03/komposit.

html adenholics diakses tanggal 26 januari 2012

18. Kalpakijan, Serope. Schmid, Steven R. 2001. Manufacturing Engineering and

Technology 4th Edition. Prentice Hall. Inc. New Jersey

19. Supardi, Edih. 1994. Pengujian Logam. PT. Angkasa. Bandung.

20. Yuwono, Akhmad Herman. 2009. Buku Panduan Praktikum Karakteristik

Material 1 Pengujian Merusak (Destructive testing). Departemen

Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Jakarta. 21. Mokhtar, Munirah. Rahmad, Abdul Razak dan Hassan, Azman. 2007.

Characterization And Treatments Of Pineapple Leaf Fibre

Thermoplastic Composite For Construction Aplication. Universitas

Teknologi Malaysia. Johor Bahru. Malaysia.

22. Hadi, B.K. 2001. Mekanika Struktur Komposit. Departemen Pendidikan Nasional. Bandung.

23. Diharjo, Kuncoro. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik

Bahan Komposit Serat Rami-Polyester. Universitas Negeri Sebelas

Maret. Surakarta

24. Soemardi, Tresna P. Kusumaningsih, Widjajalaksmi. Irawan, Agustinus Purna. 2009. Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami

Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis. Universitas Indonesia.

Depok.

25. Prasetyo, Ary Agung. 2007. Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Aren (Arenga Pinata) Dengan Matrik Polyester Terhadap Kekuatan Bending

Dan Tarik. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.

26. Kartini, Ratni. 2002. Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Polimer

Berpenguat Serat Alam. Institut Pertanian Bogor. Bogor.

27. Michael, H.W., 1998, Stress and Analysis of Fiber Rein Forced Composite

Material, Mc Graw Hill International Edition.

28. Maloney, T.M., 1997, “ Modern Particle Board And Dry Process Fiber

Board Manufacturing”, Miller Freeman, Inc San Fransisco

29. Porwanto, Daniel Andri. Johar, Lizda. 2006. Karakteristik Komposit Berpenguat Serat Bambu dan Serat Gelas Sebagai alternatif Bahan

Baku Industri. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya.

30. Bhagwan D, Agarwal. 1980. Analysis and Performance of Fiber Compiste. John Wiley & Sons. New York.

31. Mathew, F. L, and R. D. Rawlings. 1994. Composite Materials :

Engineering and Science. Chapman & Hall. London.

32. Hamid, Tengku Faisal Zulkifli. 2008. Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah (LDPE) Terisi

Tempurung Kelapa. Universitas Sumatera Utara. Medan.

33. Munandar, Imam. 2012. Sifat Mekanik Dan Sifat Fisis Pada Serat Ijuk