Pengaruh Fraksi Volume Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Unidirectional Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matriks Epoxy

By

Agus Kurniawan Mangare

ABSTRACT

In the industrial world the terms of said composite material means a merger or mixing between two or more different materials which later merged into one. Composite high corrosion resistant and has a higher resistance to the load. The purpose of this study was to determine the effect of the volume fraction of unidirectional composite tensile strength of fibers with epoxy matrix.

In this study, used a long sugar palm fibers and fiber treated with alkali NaOH 5% until 2 hours and then dried at room temperature for 15 minutes. Further variation used is the volume fraction of 10%, 15%, and 20%. Composite manufacturing process using a vacuum with a mixture ratio of epoxy resin and hardener is 1: 1 with reference to the standard ASTM D 638-03.

From the test results and analysis indicate that the highest tensile strength and strain achieved in the test sample 20% composite fibers / epoxy. The value of the average tensile strength of 26.38 MPa obtained and the average strain value of 8.68%. That is happens because the larger of volume fraction of sugar palm fiber, then the larger ability of the composite to resist the tensile loads.

The results of the tensile strength of unidirectional composite fibers / epoxy is not high enough because of the uneven distribution of fibers in composite fabrication process, as well as a mixture of resin and hardener that is less than perfect. The SEM images showed that the structure of the composite bonding that occurs in C3 is better when compared to samples A4.

Keywords: Unidirectional composites, Sugar palm fibers, Tensile test, Epoxy resin, NaOH, SEM, Vacuum method.

Oleh

Agus Kurniawan Mangare ABSTRAK

Didalam dunia industri kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti penggabungan atau pencampuran antara dua atau lebih bahan yang berbeda kemudian digabung menjadi satu. Komposit tahan terhadap korosi yang tinggi serta memiliki ketahanan yang tinggi pula terhadap beban. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik komposit unidirectional berpenguat serat ijuk dengan matriks epoxy.

Pada penelitian ini, serat ijuk yang digunakan adalah serat ijuk serat panjang dan diberi perlakuan alkali NaOH 5% selama 2 jam lalu dikeringkan pada suhu ruangan selama 15 menit. Selanjutnya variasi yang digunakan adalah fraksi volume sebesar 10%, 15%, dan 20%. Proses pembuatan komposit menggunakan metode vacuum dengan perbandingan campuran antara resin epoxy dengan hardener sebesar 1:1 dengan mengacu pada standar ASTM D 638-03.

Dari hasil pengujian dan analisa menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan regangan tertinggi dicapai pada sampel uji komposit ijuk 20% / epoxy. Nilai kekuatan tarik rata-rata yang didapat sebesar 26,38 MPa dan nilai regangan rata-rata sebesar 8,68 %. Hal ini terjadi karena semakin besar fraksi volume serat ijuk maka semakin besar pula kemampuan komposit dalam menahan beban tarik.

Hasil kekuatan tarik komposit unidirectional ijuk / epoxy belum cukup tinggi karena pendistribusian serat yang kurang merata pada proses fabrikasi komposit, serta campuran antara resin dengan hardener yang kurang sempurna. Hasil foto SEM menunjukkan bahwa stuktur ikatan yang terjadi pada komposit C3 lebih baik jika dibandingkan dengan sampel A4.

Kata kunci : Komposit unidirectional, Serat ijuk, Uji tarik, Resin epoxy,NaOH, SEM, Metode vacuum.

PENGARUH FRAKSI VOLUME TERHADAP KEKUATAN TARIK KOMPOSIT UNIDIRECTIONAL BERPENGUAT SERAT IJUK DENGAN

MATRIKS EPOXY

Oleh

AGUS KURNIAWAN MANGARE

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2015

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung pada tanggal 18 Agustus 1989, sebagai anak tunggal dari pasangan Hodari H.S dan Conny Cori Jane Mangare.

Penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah Dasar (SD) Negeri 3 Keteguhan pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Taman Siswa Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2004, Sekolah Menengah Kejuruan Negeri 2 Bandar Lampung diselesaikan pada tahun 2007, dan 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 anggota bidang kesekretariatan, penulis juga pernah melakukan kerja praktik di PT. Great Giant Pineapple pada tahun 2011. Selain itu penulis juga pernah menjadi asisten praktikum di Laboratorium Material Teknik Universitas Lampung pada tahun 2012 s/d 2014. Dan pada tahun 2013 penulis

melakukan penelitian dengan judul “Pengaruh Fraksi Volume Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Unidirectional Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matriks Epoxy” di bawah bimbingan Ibu Dr.Eng. Shirley Savetlana, S.T., M.Met. selaku pembimbing utama dan Bapak Nafrizal, S.T., M.T. sebagai pembimbing pendamping.

Yakinlah Bahwa Disetiap Kesukaran Pasti

Ada Kemudahan

Jangan Pernah Sesali Apa Yang Sudah Kita

Mulai Dari Awal,Yakin Dan Percaya Di

Akhir Pasti Bahagia

Jaga Dan Peliharalahan Sebuah

Persahabatan Karena Seorang Sahabat

Slalu Ada Disaat Senang Maupun Susah

Life Is Process, Life Is Studied, Falling

Down And Stand Up Again, Lose And Try

ِي ِ ِلا ِ َ ْ ِلا ِ ِ ِيْ ِ

Dengan mengucap syukur Alhamdulillah, kupersembahkan karya kecilku

ini untuk orang-orang yang kusayangi :

Papa mama tercinta

Motivator terbesar dalam hidupku yang tak pernah lelah memberikan

do’a, semanga

t, dan selalu sabar dan menyayangiku,terima kasih atas

semua pengorbanan serta kesabaran yang mengantarkanku sampai

kini. Tak pernah cukup ku membalas kasih dan cinta kalian berdua

kepadaku.

My heart

Terimakasih atas kasih sayang, perhatian, dan semangat yang engkau

berikan padaku. Semoga engkau pilihan terbaik untukku dan masa

depanku

Sahabat Mesin 07’

satu senyum mengawali persahabatan satu canda mengawali

keakraban, 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...

Almamater Tercinta Teknik Mesin Universitas

Lampung Dan Universitas Lampung

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 Fraksi Volume Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Unidirectional 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. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Lampung.

2. Ibu Dr.Eng. Shirley Savetlana, S.T., M.Met. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Univeristas Lampung.

bimbingan, saran, dan kritik dalam proses penyelesaian skripsi ini.

4. Bapak Nafrizal, S.T., M.T. selaku Pembimbing Kedua atas kesediaan dan keikhlasannya untuk memberikan bimbingan, motivasi dan saran untuk penyelesaian skripsi ini.

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

6. Bapak Ir. Herry Wardono, S.T.,M.Sc selaku dosen Pembimbing Akademik.

7. 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.

8. Papa dan mama yang tak henti-hentinya memberikan do’a, motivasi, dan semangat, terimakasih telah menguatkan aku dalam menghadapi semua masalah yang ada.

9. Dinna Afriyana, S.TP terimakasih untuk semangat,kasih sayang,dan dengan sabarnya menantiku sampai pada saat ini.kamu adalah salah satu orang yang bisa membuat saya bertahan dalam menghadapi masalah yang saya hadapi.

S.T, Baharuddin T.P Marpaung, S.T yang telah bersama-sama dalam menyelesaikan S.T.

11. Rekan-rekan Teknik Mesin angkatan 2007 : Ragil Kurniawan S.T, Bakung Kuntowijayandanu S.T, Akhmad Isnain Pulungan S.T, Rahmat Ramadhan S.T, Reza Adhan S.T, Jeffry A Hutauruk, Kak Chend S.T, Meylia Rodiawati S.T, Yahya Premana S.T, Asep R.H.P S.T, Lamsihar S.T, Joni Yanto S.T, Indra Irawan S.T, I Gede Mahayatra S.T, Bagus Rachmad Akbar S.T, M. Zanuardi S.T, Ganjar Widyatmoko S.T dan Apridona, serta angkatan 2007 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih atas persahabatannya dan juga bantuannya salam “SOLIDARITY FOREVER”. terimakasih atas persahabatan yang kalian berikan untuk penulis, kalian lebih dari sekedar sahabat…kalian adalah keluarga.

12. Mas Marta, Mas Dadang, Mas Nanang terimakasih banyak atas bantuannya kepada penulis.

13. Teman-teman dan adik-adik TM 2008, 2009, dst. Terimakasih atas supportnya kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

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

mengharapkan adanya 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.

Wassalamu’alaikum Wr.Wb..

Bandar Lampung, 5 Maret 2015 Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

DAFTAR ISI ... xiv

DAFTAR GAMBAR ... xvii

DAFTAR TABEL ... xx

I. PENDAHULUAN A.Latar Belakang ... 1

B.Tujuan ... 4

C.Batasan Masalah ... 4

D.Hipotesa ... 5

E. Sistematika Penulisan ... 5

II.KAJIAN PUSTAKA A.Komposit ... 7

c. Komposit partikel (particulate composites materials) ... 16

C.Tipe komposit serat ... 18

a. Continous fibre composite ... 18

b. Woven fibre composite (Bi-Rectional) ... 18

c. Discountinous fibre composite ... 19

D. Faktor yang mempengaruhi sifat-sifat mekanik komposit ... 20

a. Faktor serat ... 21

b. Faktor matriks ... 21

c. Katalis ... 22

E. Kelebihan dan kekurangan material komposir ... 22

a. Sifat mekanik dan fisik ... 22

b. Biaya ... 22

F. Serat alam dan serat sintetis ... 23

a. Serat asbestos, ... 25

b. Serat kaca ... 25

c. Serat baja (Steel fiber) ... 26

d. Serat karbon ... 26

e. Serat polypropylene ... 27

f. Serat polyethylene ... 27

I. Perlakuan alkali ... 31

J. Polimer sebagaai matriks ... 32

K. Resin epoxy ... 33

L. Karakteristik material komposit ... 36

a. Metode fraksi massa ... 37

b. Metode fraksi volume ... 38

M.Pengujian tarik ... 39

N. Kurva tegangan-regangan komposit ... 40

O. Tegangan-regangan yang sebenarnya ... 43

P. Keuletan ... 44

Q. Scanning Electrone Microscope (SEM) ... 45

III. METODOLOGI PENELITIAN A.Tempat penelitian ... 47

B.Bahan yang digunakan ... 47

C.Alat yang digunakan ... 48

D.Prosedur penelitian ... 55

a. Survey lapangan dan studi literatur ... 55

b. Persiapan serat ijuk ... 55

c. Proses pencetakan spesimen uji ... 58

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A.Hasil pengujian tarik ... 69

A.1. Sampel uji komposit ijuk 10% / epoxy 90 % ... 70

A.2. Sampel uji komposit ijuk 15% / epoxy 85 % ... 73

A.3 Sampel uji komposit ijuk 20% / epoxy 80 % ... 74

B.Hasil uji Scanning Electron Microscope (SEM) ... 79

C. Pembahasan ... 81

V. SIMPULAN DAN SARAN A.Simpulan ... 85

B.Saran ... 86 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda ... 14

Gambar 2. Komposit serat ... 15

Gambar 3. Komposit lapis ... 15

Gambar 4. Komposit partikel ... 17

Gambar 5. Continous fiber composite ... 18

Gambar 6. Woven fibre composite ... 19

Gambar 7. Discountinous fibre composite ... 20

Gambar 8. Hybrid fibre continuous ... 28

Gambar 9. Klasifikasi jenis serat alam ... 24

Gambar 10. Serat ijuk . ... 29

Gambar 11. Reaksi antara bisfenol A dan epiklorohidrin ... 35

Gambar 12. Kurva tegangan-regangan komposit diperkirakan dari aturan fraksi volume ... 42

Gambar 13. Contoh foto Scanning Electrone Microscope (SEM) ... 45

Gambar 14. Skema mikroskop elektron ... 46

Gambar 15. Timbangan digital dengan ketelitian 1/100 ... 48

Gambar 16. Pompa vakum untuk pembuatan spesimen komposit ... 49

Gambar 18. Alat uji tarik di FTMD ITB ... 50

Gambar 19. Mesin uji SEM untuk mengetahui morphologi serat ijuk ... 50

Gambar 20. Oven untuk menghilangkan kadar air pada serat ijuk ... 51

Gambar 21. Mesin grinder polisher untuk meratakan permukaan cetakan ... 51

Gambar 22. Lilin malam ... 52

Gambar 23. Lem untuk menyambung sudut-sudut cetakan ... 52

Gambar 24. Gergaji, untuk memotong spesimen uji ... 53

Gambar 25. Mesin bor tangan ... 53

Gambar 26. Selang waterpass ... 53

Gambar 27. Gelas ukur ... 54

Gambar 28. Wax agar spesimen mudah dilepas dari cetakan ... 54

Gambar 29. Gelas pengaduk ... 54

Gambar 30. Perlakuan alkali NaOH 5% ... 56

Gambar 31. Pencucian serat ijuk dengan aquades ... 56

Gambar 32. Pengovenan serat ijuk... 57

Gambar 33. Resin epoxy dan hardner dengan perbandingan 1:1 ... 57

Gambar 34. Pembuatan cetakan komposit ... 58

Gambar 35. Skema cetakan komposit ... 59

Gambar 36. Hardener sebanyak 100 ml pada gelas ukur ... 60

Gambar 37. Campuran resin dengan hardener pada gelas ukur ... 60

Gambar 38. Serat ijuk yang ditimbang untuk presentasi massa... 61

Gambar 39. Penyusunan serat ijuk pada cetakan ... 61

Gambar 40. Proses pemotongan spesimen uji... 63

Gambar 42. Polish spesimen dengan mesin polisher... 64

Gambar 43. Pelabelan spesimen ... 64

Gambar 44. Skema alat pengujian tarik dengan UTM ... 65

Gambar 45. Alur proses pengujian... 68

Gambar 46. Sampel uji komposit ijuk 10 % / epoxy 90 % ... 46

Gambar 47. Sampel uji komposit ijuk 15% / epoxy 85 % . ... 70

Gambar 48. Sampel uji komposit 20% / epoxy 80 % ... 70

Gambar 49. Grafik tegangan-regangan sampel komposit ijuk 10% / epoxy 90% ... 71

Gambar 50. Grafik tegangan-regangan sampel uji komposit ijuk 15% / epoxy 85 %... 73

Gambar 51. Grafik tegangan-regangan sampel uji komposit ijuk 20% / epoxy 80 % ... 75

Gambar 52. Grafik hubungan perbandingan antara nilai tegangan dengan fraksi volume ... 77

Gambar 53. Grafik hubungan perbandingan antara nilai regangan dengan fraksi volume ... 78

Gambar 54. Hasil pengamatan SEM pada komposit ijuk 10 % / epoxy 90 % sampel A4 ... 79

Gambar 55. Hasil pengamatan SEM pada komposit ijuk 20% / epoxy 80 % sampel C3 ... 80

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Klasifikasi serat/ serat tekstil ... 23

Tabel 2. Kekuatan tarik rata-rata serat ijuk ... 28

Tabel 3. Spesifikasi matriks epoksi ... 36

Tabel 4. Jumlah spesimen yang akan di uji ... 67

Tabel 5. Jumlah spesimen uji SEM ... 67

Tabel 6. Hasil uji tarik komposit ijuk 10% / epoxy 90 % ... 72

Tabel 7. Hasil uji tarik komposit ijuk 15% / epoxy 85 % ... 74

Tabel 8. Hasil uji tarik komposit ijuk 20% / epoxy 80 % ... 76

I. PENDAHULUAN

A.Latar Belakang

Komposit merupakan hasil penggabungan antara dua atau lebih material yang berbeda secara fisis dengan tujuan untuk menemukan material baru yang mempunyai sifat lebih baik dari material penyusunnya.

Komposit terdiri dari penguat (reinforcement) dan pengikat (matriks). Penguat dapat berupa material sintetis maupun alami. Material serat anorganik (sintetis) yaitu serat yang sukar untuk terdegradasi (didaur ulang) secara alami, contohnya asbes, gelas, metal, dan keramik. Material penguat alami dapat berupa sabut kelapa, sabut kelapa sawit, maupun ijuk.

Serat ijuk merupakan serat alam yang berasal dari pohon aren, dilihat dari bentuknya, serat alam tidaklah homogen. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan dan pembentukan serat tersebut bergantung pada lingkungan alam dan musim. Serat ijuk memiliki sifat elastik, keras, tahan air, dan sulit dicerna oleh organisme perusak. (Evi Christiani, 2008)

Dari hasil penelitian (Efri, 2013) tentang pengaruh panjang serat terhadap sifat tarik dan fisik komposit berpenguat serat ijuk dengan matrik epoxy diperoleh kekuatan tarik tertinggi dengan panjang serat 90 mm sebesar 36,37 MPa dan regangan 9,34%. 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.

Hariyanto. A, 2009. melakukan penelitian tentang pengaruh fraksi volume komposit serat kenaf dan rayon yang disusun secara lurus kontinyu dengan bermatrik polyester terhadap kekuatan tarik dan impak diperoleh kekuatan tarik terbesar serat kenaf /polyester Vf 20% sebesar 38,32 MPa dan kekuatan tarik yang terendah pada Vf10 % yaitu 22,04 MPa.

Untuk kekuatan tarik serat rayon/polyester nilai tertinggi terletak pada Vf 15% sebesar 51,23 MPa dan terendah padaVf 10% sebesar 22,81 MPa. Hal ini disebabkan bahan komposit dengan serat kontinyu / lurus yang diberi beban tarik searah serat (longitudinal) mempunyai tegangan tarik yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan serat yang dberi beban tarik melintang pada arah serat (transversal), kegagalan atau perpatahan bermula dari komposit yang terdapat void dari penampang yang terlemah. Bila beban semakin membesar akan semakin cepat perpatahan yang terjadi.

M. Budi Nur Rahman, dan Berli P. Kamiel, 2011. melakukan pengujian tentang pengaruh fraksi volume serat terhadap sifat-sifat tarik komposit diperkuat unidirectional serat tebu dengan matriks polyester. Didapat kekuatan tarik tertinggi pada Vf murni / tanpa serat sebesar 32,19 MPa dengan nilai regangan 9,11 % dan kekuatan tarik terendah pada Vf 40% sebesar 18,58 MPa dengan nilai regangan 4,31%. Sedangkan untuk modulus elastisitas nilai terendah pada Vf murni / tanpa serat yaitu 356,60 MPa, dan tertinggi pada Vf 40 % sebesar 485,60 %.

Penurunan regangan tarik disebabkan kuatnya ikatan antara matrik dengan serat penguat. Semakin kuat ikatannya, regangan yang terjadi akan semakin kecil mendekati regangan tarik resin yang lebih kecil dari regangan serat tebu.

Penurunan kekuatan tarik disebabkan oleh berbagai hal, diantaranya, proses pengambilan serat, perlakuan alkali untuk pembersihan serat. Proses pengambilan serat yang dilakukan dengan penggilingan yang berulang-ulang untuk pemerasan kandungan gula dan penghancuran pohon tebu. Perlakuan mekanik ini dapat merusak serat sehingga kekuatannya akan berkurang. Perlakuan alkali bertujuan untuk membersihkan serat dari lapisan lignin yang membungkus serat atau kotoran menempel pada serat sehingga ikatan antara matrik dan serat lebih kuat. Jika terlalu lama atau konsentrasi larutan terlalu tinggi akan merusak sel-sel serat utamanya sehingga serat menjadi rapuh dan kekuatannya akan berkurang.

Basuki widodo, 2008. melakukan penelitian tentang analisa sifat mekanik komposit epoksi dengan penguat serat pohon aren (ijuk) model lamina berorientasi sudut acak (random), diperoleh data perhitungan dari pengujian tarik komposit dengan fraksi berat serat didapat kekuatan tarik tertinggi pada fraksi berat 40 % sebesar 5,128 kgf/mm2. Dari hal ini dapat disimpulkan bahwa dari hasil pengujian tarik yang telah dilakukan kekuatan tarik komposit semakin menurun dan berfluktuasi seiring dengan bertambahnya fraksi berat serat.

Dari penelitian-penelitian yang sudah dilakukan diatas, maka peneliti melakukan penelitian komposit serat ijuk menggunakan resin epoxy yang diharapkan lebih baik, lebih murah, dan didapatkan hasil kekuatan tarik yang lebih baik jika dibandingkan dengan komposit berpenguat serat yang lain.

B.Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Untuk mengetahui kekuatan tarik dari komposit epoxy berpenguat serat ijuk dengan fraksi volume sebesar 10%, 15%,20%.

2. Untuk mengetahui struktur ikatan matriks epoxy dan serat melalui Photo Scanning Electron Microscope (SEM).

C.Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah :

2. Serat ijuk yang digunakan adalah serat yang diasumsikan berbentuk silinder dan berdiameter 0,25-0,35 mm.

3. Serat ijuk diberi perlakuan alkali NaOH 5% selama 2 jam kemudian di oven dengan suhu 800 C selama 15 menit.

4. Pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan pengamatan kegagalan komposit dengan Scanning Electron Microscope (SEM).

5. Resin yang digunakan adalah resin jenis thermoset, yaitu resin epoxy.

D.Hipotesa

Dari penelitian tentang kekuatan tarik komposit epoxy berpenguat serat ijuk ini diharapkan didapatkan fraksi volume fiber dan tegangan tarik ultimate tertinggi dari variasi volume sebesar 10 %, 15%, 20%.

E.Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang digunakan oleh penulis dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :

I : PENDAHULUAN

Pada bab ini menguraikan tentang latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah, serta sisstematika penulisan laporan.

II : KAJIAN PUSTAKA

Pada bab ini berisikan landasan teori dari beberapa literatur yang mendukung pembahasan tentang studi kasus yang diambil, yaitu pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik komposit unidirectional berpenguat

serat ijuk dengan matriks epoxy. Dasar teori ini dijadikan sebagai penuntun untuk memecahkan masalah yang berbentuk uraian kualitatif atau model matematis.

III : METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini menjelaskan metode yang digunakan penulis dalam pelaksanaan penelitian yaitu tentang diagram alur penelitian, persiapan benda uji, pembuatan benda uji, serta pengujian mekanis komposit.

IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini berisikan data-data yang diperlukan dan pembahasan tentang studi kasus yang diteliti yaitu uji tarik dan uji SEM kemudian dianalisa.

V : SIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisikan kesimpulan dan saran dari data yang diperoleh beserta pembahasan dari penulis tentang studi kasus yang diambil.

DAFTAR PUSTAKA

Berisikan literatur-literatur atau referensi-referensi yang diperoleh penulis untuk menunjang penyusunan laporan penelitian.

LAMPIRAN

II. KAJIAN PUSTAKA

A. Komposit

Didalam dunia industri kata komposit dalam pengertian bahan komposit berarti penggabungan atau pencampuran antara dua atau lebih bahan yang berbeda kemudian digabung menjadi satu. Bahan komposit terdiri dari dua fase yaitu matriks dan fasa terdispersi. Matriks berfungsi sebagai pengikat serat, sedangkan fasa terdispersi berupa serat. Serat inilah yang dapat menentukan karakteristik sifat mekanis dan fisis dari komposit yaitu kekuatan, kekakuan, keuletan, kelenturan, dan lain sebagainya. (Tata Surdia, 1992).

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 satu sifat istimewa komposit dibandingkan dengan material konvensional lainya. Selain itu komposit tahan terhadap korosi yang tinggi serta memiliki ketahanan yang tinggi pula terhadap beban. Oleh karena itu, untuk bahan serat yang digunakan bahan yang kuat, kaku, dan getas,sedangan bahan matriks dipilih bahan-bahan yang liat dan lunak. (Hadi, 2001).

Komposit dan alloy memilki perbedaan dari cara penggabungannya yaitu apabila komposit digabung secara makroskopis sehingga masih kelihatan serat maupun matriksnya (komposit serat) sedangkan alloy atau paduan digabung secara mikroskopis sehingga tidak kelihatan lagi unsur-unsur pendukungnya. (Jones, 1975).

Sifat material hasil penggabungan ini diharapkan dapat saling melengkapi kelemahan-kelemahan yang ada pada masing-masing material penyusunnya. Sifat-sifat yang dapat diperbaharui antara lain : (a) Kekuatan (Strength), merupakan kemampuan material untuk menahan beban tanpa mengalami perpatahan, (b) Kekakuan (Stiffness), yaitu sesuatu yang tidak dapat dipisahkan dari suatu materi. Banyak material yang kaku memiki kepadatan yang rendah untuk menahan deformasi dari pemasangan, grafitasi, dan vibrasi pada saat pengoperasiannya. (c) Ketahanan korosi (Corrosion Resistance) yaitu tidak cepat berkarat sehingga memliki masa umur pakai yang panjang, (d) Berat (Weight) yaitu berat material yang dapat berubah menjadi ringan tanpa mengurangi unsur-unsurnya. (e) Ketahanan lelah (Fatigue Life), merupakan fenomena terjadinya kerusakan material karena pembebanan yang berulang-ulang. Apabila suatu logam dikenakan tegangan berulang, maka akan patah pada tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan tegangan yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan pada beban statik. (f) Meningkatkan konduktivitas panas yaitu menambah laju perambatan panas pada padatan dengan aliran yang mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

Pada umumnya sifat-sifat komposit ditentukan oleh beberapa faktor antara lain : (a) jenis bahan-bahan penyusun, yaitu bahan serat yan akan digunakan seperti serat sabut kelapa, ijuk, serat nanas, serat pisang, dan lain-lain. (b) bentuk geometris dan struktur bahan penyusun, yaitu bentuk dari serat, setakan, dan struktur bahan-bahan penyusun dalam pembuatan material komposit. (c) rasio perbandingan bahan-bahan penyusun, yaitu perbandingan bahan yang akan digunakan untuk menghasilkan material komposit yang baru dan baik. (d) daya lekat antar bahan-bahan penyusun, merupakan kemampuan serat untuk saling mengikat antar bahan penyusunnya. (e) proses pembuatan, pada proses ini perlu diperhatikan langkah-langkah dalam membuat material baru sehingga diperoleh material yang baik dan sesuai dengan standar.

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 matriks polyester. Pengamatan 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 hardener 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 selama 2 jam dapat diklasifikasikan 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. (Diharjo, 2006).

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.

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. (Soemardi, 2009)

Totok suwanda melakukan penelitian yang berjudul Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Peningkatan Kekuatan Impak Komposit Berpenguat Serat Nanas-Nanasan (Bromeliaceae) Kontinyu Searah dengan Matrik Unsaturated Polyester. Dalam penelitian ini disimpulkan bahwa Peningkatan fraksi volume serat akan meningkatkan nilai energi patah dan kekuatan impak komposit serat nanas-nanasan kontinyu. Kekuatan impak komposit dengan kandungan serat 34,44% dan 39,85% sama, yaitu sebesar 0,0046 J/mm2.

Hasil ini menunjukkan bahwa kekuatan impak komposit optimum pada raksi volume sekitar 35%. Karakteristik patahan komposit adalah hinge break, dan

fiber pull out. Pada fraksi volume 39,85% penampang patah berbentuk patah banyak. (Totok Suwanda, 2010).

Penelitian yang dilakukan oleh mahasiswa jurusan Teknik Material dan Metalurgi ITS berjudul Analisa Pengaruh Fraksi Volume Serat Aren (Arenga Pinata) Dengan Matriks Polyester Terhadap Kekuatan Bending Dan Tarik. 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 spesimen 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 flextural 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. Sedangkan 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. (Prasetyo, 2007).

B. Klasifikasi komposit

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

Gambar 1. Komposit dengan unsur-unsur penyusun yang berbeda-beda (Gibson, 1994).

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

a. Komposit serat (fibrous compositesmaterial)

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

Gambar 2. Komposit serat (Gibson, 1994)

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 compossite materials)

Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat sendiri.

Gambar 3. Laminated composites (Gibson, 1994)

Komposit yang terdiri dari lapisan serat dan matriks, yaitu lapisan yang diperkuat oleh resin sabagai contoh plywood, laminate glass yang sering

digunakan bahan bangunan dan kelengkapannya. Pada umumnya manipulasi makroskopis yang dilakukan terhadap ketahanan korosi, kuat dan tahan terhadap temperatur. Komposit ini terdiri dari bermacam-macam lapisan material dalam satu matriks. Bentuk nyata dari komposit lamina adalah : 1. Bimetal

Adalah lapis dari dua buah logam yang mempunyai koefisien ekspansi termal yang berbeda. Bimetal akan melangkung dengan seiring berubahnya suhu sesuai dengan perancangan, sehingga jenis ini sangat cocok dengan alat ukur suhu.

2. Pelapisan logam

Adalah pelapisan yang dilakukan antara logam yang satu dengan yang lainnya dengan tujuan untuk mendapatkan sifat terbaik dari keduanya. 3. Kaca yang dilapisi

Konsep ini sama dengan pelapisan logam, kaca yang dilapisi akan lebih tahan terhadap cuaca.

4. Komposit lapis serat

Dalam hal ini lapisan dibentuk dari komposit serat dan disusun dalam berbagai orientasi serat. Komposit jemis ini biasa dipakai pada panel sayap pesawat dan badan pesawat.

c. Komposit partikel (particulate composites materials)

Merupakan jenis komposit yang menggunakan pertikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya. Komposit ini

biasanya mempunyai bahan penguat yang dimensinya kurang lebih sama, seperti bulat serpih, balok, serat bentuk-bentuk lainnya yang memiliki sumbu hampir sama yang disebut partikel, dan bisa terbuat dari satu atau lebih material yang dibenamkan dalam suatu matriks dengan material yang berbeda. Partikelnya bisa logam atau non logam seperti halnya matriks. Selain itu adapula polimer yang mengandung partikel yang hanya dimaksudkan untuk memperbesar volume material dan bukan untuk kepentingan sebagai bahan penguat.

Gambar 4. Komposit partikel (Gibson, 1994)

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.

C. Tipe komposit serat

Berdasarkan penempatannya terdapat bebarapa jenis serat pada komposit, yaitu : a. Continous fibre composite

Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya. Tipe ini mempunyai kelemahan pemisahan antar lapisan.

Gambar 5. Continous fiber composite (Gibson, 1994)

b. Woven fibre composite (Bi-Rectional)

Komposit jenis ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan. Susunan seratnya memanjang yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan melemah.

Gambar 6. Woven fibre composite (Bi-Rectional) (Gibson, 1994).

c. Discountinous fibre composite

Discontinous fibre composite adalah tipe serat pendek. Komposit yang diperkuat oleh serat pendek pada umunya menggunakan resin sebagai matriksnya. Dalam pembuatan komposit serat pendek ini dipotong-potong pendek 20-100 mm panjangnya. Tipe ini dibagi menjadi tiga macam yaitu :

1. Aligned discontinuous fibre, yaitu untuk mendapatkan komposit jenis ini digunakan teknik yang berbeda dengan terorientasi acak, yaitu lay up. Metode ini khusus digunakan cetak suntik (injection moulding) dan proses ektruksi.

2. Off-Axis aligned continous fibre,yaitu untuk mendapatkan komposit jenis ini digunakan teknik yang berbeda dengan terorientasi acak, yaitu lay up. Metode ini khusus digunakan cetak suntik (injection moulding) dan proses ektruksi. Perbedaannya dengan aligned discontinuous fibre adalah hanya penempatan posisi serat dalam cetakan.

3. Randomly oriented continous fibre, yaitu pembuatan komposit jenis ini dilakukan dengan teknik hand lay up. Ukuran serat dapat dipilih untuk mendapatkan perbedaan jumlah penyebaran serat selama pencetakan

(1) (2) (3)

Gambar 7. Tipe discountinous fibre composite (Gibson, 1994).

4. Hybrid fibre continuous

Hybrid fibre continous merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dan serat acak. Tipe ini digunakan untuk supaya dapat mengganti dari kekurangan sifat kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.

Gambar 8. Tipe hybrid fibre continuous (Gibson, 1994).

D. Faktor yang mempengaruhi sifat – sifat mekanik komposit

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi performa komposit, baik dari faktor serat penyusunnya, maupun faktor matriksnya, yaitu :

a. Faktor serat 1. Letak serat

a) One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan pada arah axis serat.

b) Two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing arah orientasi serat.

c) Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic, kekuatannya lebih tinggi disbanding dengan dua tipe sebelumnya. 2. Panjang serat

Serat panjang lebih kuat dibandingkan dengan serat pendek. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Serat panjang (continous fibre) lebih efisien dalam peletakannya daripada serat pendek.

3. Bentuk serat

Bentuk serat tidak mempengaruhi, yang mempengaruhi adalah diameter seratnya. Semakin kecil diameter serat, maka akan menghasilkan kekuatan komposit yang tinggi.

b. Faktor matriks

Matriks sangat berpengaruh dalam mempengaruhi performa komposit. Tergantung dari matriks jenis apa yang dipakainya, dan untuk tujuan apa dalam pemakaian matriks tersebut.

c. Katalis

Katalis digunakan untuk membantu proses pengeringan (curring) pada bahan matriks suatu komposit. Penggunaan katalis yang berlebihan akan semakin mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akan menyebabkan bahan komposit yang dihasilkan semakin getas.

E. Kelebihan dan kekurangan material komposit

Material komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanik, fisik dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini :

a. Sifat mekanik dan fisik

Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional.seperti besi baja.

b. Biaya

Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, proses pembuatan, upah tenaga kerja, dan sebagainya.

Selain kelebihan yang dimiliki, komposit juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain :

a. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) jika dibandingkan dengan metal

b. Kurang elastis

c. Lebih sulit dibentuk secara plastis

F. Serat alam dan serat sintetis

Serat alam dan sintesis banyak jenis klasifikasinya. Serat alam yang sering digunakan adalah serat pisang, kapas, wol, serat nanas, serat rami, dan serat sabut kelapa , sedangkan serat sintesis diantaranya nilon, akril, dan rayon. Serat alam adalah serat yang banyak diperoleh di alam sekitar, yang berasal dari tumbuh-tumbuhan seperti serat pelepah pisang, bambu, rosella, nanas, kelapa, ijuk, dan lain-lain.

Tabel 1. Klasifikasi serat/ serat tekstil (Surdia, dkk.1992).

NO Serat Jenis

1. Serat kimia atau serat buatan

Serat regenerasi Serat sintesis Serat anorganik

2. Serat alam

Serat tumbuhan Serat binatang Serat galian atau asbes

Saat ini, serat alam mulai mendapatkan perhatian serius dari para ahli material komposit karena, (a) Serat alam memiliki kekuatan spesifik yang tinggi karena serat alam memiliki masa jenis yang rendah. (b) Serat alam mudah diperoleh dan merupakan sumber daya alam yang dapat diolah kembali, harganya relatif murah, dan tidak beracun. Serat alam seperti ijuk, sabut kelapa, sisal, jerami, nanas dan lain-lain merupakan hasil alam yang banyak tumbuh di Indonesia. Berikut ini adalah skema klasifikasi jenis serat alam.

Gambar 9. Klasifikasi jenis serat alam (Thi Thu Loan, 2006). Bahan Penguat Serat

Serat Alam Non Wood _{Serat Alam Wood}

Serat Jerami Kulit Pohon Daun Serat Rumput Biji

Contoh : Jagung, Gandum, Contoh : Karung, Serat Daun Contoh : Kapas, Serabut

Contoh : Kenaf, Rami, Ijuk, Jute, Hemp Contoh : Bamboo, Rumput Contoh : Kayu Lunak, Dan Kayu Keras

Macam- macam jenis serat diantaranya adalah sebagai berikut: a. Serat asbestos,

serat ini dibagi menjadi 2, yaitu :(a). Crhysotile asbestos (serat asbestos putih) mempunyai rumus kimia 3MgO.2SiO2.H2O dan merupakan mineral yang

tersedia cukup banyak di alam. Serat ini mempunyai diameter minimum 0,001 m. Ditinjau dari segi kekuatannya cukup baik, tetapi serat ini jarang tersedia di pasaran umum sehingga menjadikan kurang banyak digunakan sebagai bahan tambahnya. Crhysotile asbestos mempunyai rumus kimia Na2O,

Fe2O3,3FeO.8SiO2.H2O.

Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi sekitar 3500. (b) Mpa dan cukup banyak di Kanada, Afrika Selatan dan Rusia. Hambatan jarang dipakainya serat ini adalah sulit didapatkan di setiap Negara sehingga harganya relatif mahal, disamping itu beberapa tahun belakangan ini banyak pendapat tentang bahaya serat ini terhadap kesehatan manusia, serat ini dianggap sebagai salah satu penyebab penyakit kanker (karsirorganik).

b. Serat kaca

Serat ini mempunyai kuat tarik yang cukup tinggi, sehingga penambahan serat kaca pada beton akan meningkatkan kuat lentur beton. Tetapi permukaan serat kaca yang licin mengakibatkan daya lekat terhadap bahan ikatnya menjadi lemah dan serat ini kurang tahan terhadap sifat alkali semen sehingga dalam jangka waktu lama serat akan rusak. Serat ini banyak digunakan sebagai bahan penguat dalam komposit. Fungsi utama dari serat ini adalah sebagai

penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat bergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada kompsit mulanya diterima oleh matriks yng diteruskan serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum. Oleh karena itu, serat haruslah mempunyai tegangan tarik dan modulus elastisitas yang tinggi daripada matriks penyusun komposit.

Aplikasi dari serat gelas yang terkenal misalnya otomotif dan bodi kapal, pipa plastik, kotak penyimpanan, dan industri dasar.

c. Serat baja (Steel fiber)

Serat baja mempunyai banyak kelebihan diantaranya : mempunyai kuat tarik dan modulus elastisitas yang cukup tinggi, tidak mengalami perubahan bentuk akibat pengaruh sifat alkali semen. Penambahan serat baja pada beton akan menaikkan kuat tarik, kuat lentur, dan kuat impak. Sedangkan kelemahan serat baja adalah apabila serat baja tidak terlindung dalam beton akan mudah terjadi karat (korosi), adanya kecenderungan serat baja tidak menyebar secara merata dalam adukan dan serat baja hasil produki pabrik harganya cukup mahal.

d. Serat karbon

Serat karbon mempunyai beberapa kelebihan yaitu tahan terhadap lingkungan agresif, stail pada suhu yang tinggi, tahan terhadap abrasi, relatif kaku dan

lebih tahan lama. Tetapi penyebaran serat karbon dalam adukan beton lebih sulit dibandingkan dengan serat jenis lain.

e. Serat polypropylene

Serat polypropylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali rafia. Serat polypropylene mempunyai sifat tahan terhadap serangan kimia, permukannya tidak basah sehingga mencegah terjadinya penggumpalan serat selama pengadukan. Serat polypropylene mempunyai titik leleh 1650 C dan mampu digunakan pada suhu lebih dari 1000C untuk jangka waktu yang pendek.

f. Serat polyethylene

Serat polyethylene dalam kehidupan sehari-hari dikenal sebagai tali tambang plastic. Serat polyethylene ini hampir sama dengan serat polypropylene hanya bentuknya berupa serat tunggal.

g. Serat alami

Ada bermacam-macam serat alami antara lain; abaca, sisal, jute, ramie, ijuk, serat sabut kelapa, pisang, dan lain-lain. Serat ijuk yaitu berwarna hitam dan liat yang terdapat pada bagian pangkal pelepah daun pohon aren. Pohon aren menghasilkan ijuk pada 4-5 tahun terakhir. Serat ijuk yang memuaskan diperoleh dari pohon yang sudah tua, tetapi sebelum tandan (bakal) buah muncul (sekitar umur 4 tahun), karena saat tandan bakal buah muncul ijuk menjadi kecil-kecil dan jelek. (Evi Cristiani, 2008).

G. Serat ijuk

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 hingga ratusan bahkan ribuan tahun lebih, Bahwa serat ijuk aren mampu bertahan hingga ribuan tahun lebih 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. (Widodo, 2007).

Tabel 2. Kekuatan tarik rata-rata serat ijuk (Munandar,2013)

No diameter

Sifat Mekanik Stress (MPa) Strain (%) Modulus elastisitas (GPa)

1 0,25-0,35 208,22 0,19 1,07

2 0,36-0,45 198,15 0,28 0,71

Serat merupakan salah satu material rancang bangun paling tua. Jute, flax, dan hemp telah digunakan untuk menghasilkan produk seperti tali tambang, jaring, cordage, water hose dan container sejak dahulu kala. Serat tumbuhan dan binatang masih banyak digunakan untuk felts, kertas, sikat tau kain tebal.

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.

H. Metode pengekstrakan serat ijuk

Pada umunya metode pengekstrakan serat ijuk dari pohon aren hanya dilakukan secara manual yaitu ijuk dihasilkan dari pohon aren yang telah berumur lebih dari 4-5 tahun sampai dengan tongkol-tongkol bunganya keluar. Pohon yang masih muda produksi ijuknya kecil. Demikian pula pohon yang mulai berbunga kualitas dan hasil ijuknya tidak baik.

Tahap awal pengekstrakannya yaitu dengan memotong pangkal pelepah-pelepah daun, kemudian ijuk yang bentuknya berupa lempengan anyaman ijuk itu lepas dengan menggunakan parang dari tempat ijuk itu menempel. Lempengan- lempengan anyaman ijuk yang baru dilepas dari pohon aren masih mengandung lidi-lidi ijuk. Lidi-lidi ijuk dapat dipisahkan dari serat-serat ijuk dengan menggunakan tangan. Untuk membersihkan serat ijuk dari berbagai kotoran dan ukuran serat ijuk yang besar, digunakan sisir kawat.

Dalam proses produksinya, serat ijuk dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu (a). Proses secara manual merupakan suatu proses produksi yang dalam seluruh rangkaiannya hanya menggunakan tenaga manusia dan peralatan yang digunakan adalah peralatan yang seadanya (konvesional). Dalam proses ini semua dilakukan dengan manual tanpa tersentuh oleh automasi sedikit pun, semua rangkaian proses mulai dari proses pertama sampai proses finishing semuanya dilakukan dengan tenaga manusia. (b) Proses secara automatic yaitu satu rangkaian proses produksi yang di dalam prosesnya sudah menggunakan peralatan yang canggih (automatic) bahkan ada yang sudah menggunakan robot dalam rangkaian

prosesnya, dan tenaga manusia hanya digunakan saat proses setting machine saja. (c) Proses secara semiautomatis yaitu proses yang paling banyak digunakan di dunia industri, cara ini adalah gabungan antara cara manual dan automatis.

I. Perlakuan alkali

Serat alami adalah hydrophilic, yaitu suka terhadap air berbeda dari polimer yang hydrophilic. Pengaruh perlakuan alkali terhadap sifat permukaan serat alam selulosa telah diteliti dimana kandungan optimum air mampu direduksi sehingga sifat alami hydropholic serat dapat memberikan ikatan interfacial dengan matrik secara optimal.

Perlakuan alkali (KOH, LiOH, NaOH) terhadap serat dilakukan untuk memisahkan lignin dan kontaminan yang terkandung di dalam serat, sehingga didapat serat yang lebih bersih. Reaksi dari perlakuan alkali terhadap serat adalah:

Fiber – OH + NaOH Fiber – O-NA+ + H2O

NaOH merupakan larutan basa yang tergolong mudah larut dalam air dan termasuk basa kuat yang dapat terionisasi dengan sempurna. Menurut teori Arrhenius basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion OH negative dan ion postif. Larutan basa memiliki rasa pahit, dan jika mengenai tangan terasa licin (seperti sabun). Sifat licin terhadap kulit itu disebut sifat kaustik basa.

Salah satu indikator yang dgunakan untuk menunjukkan kebasaan adalah lakmus merah. Bila lakmus merah dimasukan ke dalam larutan basa maka berubah menjadi biru. Penelitian mengenal efek modifikasi kimia terhadap serat menyebutkan bahwa perlakuan alkali meningkatkan kekuatan rekat antara serat dengan matrik. Kekuatan tarik disebutkan mengalami peningkatan sbesar 5%. Dibandingkan alkali lain seperti KOH dn LiOh, perlakuan alkali NaOH adalah yang paling baik. Penelitian menyatakan bahwa Na+ memiliki diameter partikel yang sangat kecil dimana dapat masuk ke pori terkecil serat dan masuk ke dalamnya sehingga dapat melepaskan minyak dan kontaminan lebih baik.

J. 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.

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.

( Michael, H.W., 1998)

K. Resin epoxy

Epoxy adalah suatu kopolimer, terbentuk dari dua bahan kimia yang berbeda. Ini disebut sebagai "resin" dan "pengeras". Resin ini terdiri dari monomer atau polimer rantai pendek dengan kelompok epoksida di kedua ujung. Epoxy resin Paling umum yang dihasilkan dari reaksi antara epiklorohidrin dan bisphenol-A, meskipun yang terakhir mungkin akan digantikan dengan bahan kimia yang serupa. Pengeras terdiri dari monomer polyamine, misalnya Triethylenetetramine (Teta). Ketika senyawa ini dicampur bersama, kelompok amina bereaksi dengan

kelompok epoksida untuk membentuk ikatan kovalen. Setiap kelompok NH dapat bereaksi dengan kelompok epoksida, sehingga polimer yang dihasilkan sangat silang, dan dengan demikian kaku dan kuat. Proses polimerisasi disebut "curing", dan dapat dikontrol melalui suhu, pilihan senyawa resin dan pengeras, dan rasio kata senyawanya; proses dapat mengambil menit untuk jam.

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 tiga sifat yang utama yaitu : (a) Sifat fisik, sebagaimana jenis plastic lain kebanyakan plastik adalah isolator listrik dan konduktor pansa yang baik. Kecuali jika ditambahakan campuran lain misalnya serbuk logam/karbon lain. (b) Sifat kimia, Sebagaimana umumnya plastik, secara kimia plastik termasuk inert. Dalam jangka lama, sinar ultraviolet mempengaruhi struktur kimia plastik. (c) Sifat mekanik, Dalam bentuk asli epoksi resin keras dan getas tetapi dalam penggunaan, plastik hampir selalu mengandung bahan campuran lain untuk menyesuaikan sifat mekaniknya. Sifat mekanik sangat banyak dimodifikasi sifatnya, baik dari sisi kekuatan, kekenyalan, keuletan, sampai kearah sobekan.

Selain sifat tersebut epoxy jg memiliki 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 dibanding resin lain. ( Michael, H.W., 1998).

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. Epoxy terbentuk dari reaksi antara epiklorohidrin dengan bisfenol propane (bisfenol A) dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

Gambar 11. Reaksi antara bisfenol A dan epiklorohidrin (Michael, H.W., 1998).

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.

Tabel 3 . Spesifikasi matriks epoksi. (Surdia, 1992).

Sifat – sifat Satuan Nilai Tipikal

Massa Jenis Gram/cm³ 1,17

Penyerapan air (suhu ruang) °C 0,2

Kekuatan tarik Kgf/mm² 5,95

Kekuatan tekan Kgf/mm² 14

Kekuatan lentur Kgf/mm² 12

Temperatur pencetakan °C 90

L. Karakteristik material komposit

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

Dalam menentukan perbandingan antara komponen matriks dengan serat (pengisi) material komposit ini biasanya dilakukan dengan menggunaka dua metode, yaitu :

a. Metode fraksi massa

Metode ini digunakan jika massa komponen matriks dan pengisi material komposit tidak jauh berbeda atau serat yang dipakai cukup berat. Untuk menghitung perbandingan massa digunakan persamaan sebagai berikut :

1. Massa komposit

Mc = mf + mm……….. (1)

2. massa serat komposit

Mfc = ... (2)

3. Massa matriks komposit

Mmc = ……….… (3)

Dimana Mc = massa komposit (gr), Mfc = massa serat komposit (gr), Mmc =

massa matriks komposit (gr), mf = massa serat (gr), fm = fraksi massa (%), mm

b. Metode fraksi volume

Metode ini digunakan apabila berat antara komponen matriks dan penguat (serat) material komposit jauh berbeda. Fraksi volume dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :

1. Massa komposit

Massa komposit dapat dihitung dengan persamaan berikut

Mc = mf + mm………..……….. (4)

2. Massa jenis komposit

ρc =

……….……. (5)

3. Massa serat

Wf = ………....….. (6)

Vf =

………...…. (7)

Dimana mc = massa komposit (gr), mf = massa serat (gr), mm = massa matriks

(gr), ρc = massa jenis komposit (gr/cm3), Vc = volume komposit (cm3), Wf =

fraksi massa serat (%), Vf = fraksi volume serat (%), ρm = massa jenis matriks

M. Pengujian tarik

Kekuatan tarik (ultimate tensile strength) merupakan salah satu sifat penting suatu material. Kekuatan tarik adalah kemampuan suatu material untuk menahan beban tarik. Hal ini dapat diukur dari beban atau gaya maksimum berbanding terbalik dengan luas penampang bahan uji dan memiliki satuan Mega Pascal (MPa), N/mm2, Kgf/mm2, atau Psi. (Supardi, 1994).

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

Tujuan dari dilakukan pengujian tarik adalah untuk mengetahui material tersebut liat atau tidak dengan mengukur perpanjanganya, untuk mengetahui tegangan dan regangan dari papan partikel yang telah dibuat. Hasil dari pengujian tersebut adalah grafik beban terhadap perpanjangan (elongasi).

Tegangan

σ= ……….... (8)

Regangan

Modulus elastisitas E =

………..…. (10)

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). (Dian permatasari, 2010).

N. Kurva tegangan-regangan komposit

Sebuah spesimen uji tarik dikatakan elastis apabila diberikan beban, spesimen meregang sesuai dengan beban. Efek ini disebut sifat elastis linier, jika beban ditiadakan spesimen kembali ke bentuk dan panjangnya semula. (Kalpakijan dkk, 2001).

Ketika beban mulai mengalami peningakatan pada level tegangan tertentu, spesimen mengalami perubahan bentuk permanen (plastis). Pada tingkatan itu, tegangan dan regangan tidak lagi sebanding seperti pada daerah elastis. Tegangan dimana peristiwa ini terjadi disebut dengan tegangan yield (yield strength). Istilah tegangan yield juga digunakan untuk menetapkan titik dimana tegangan dan regangan tidak lagi sebanding.

Kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength) adalah tegangan maksimum yang dapat ditanggung oleh material sebelum terjadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum ditentukan dari beban maksimum dibagi dengan luas penampang lintang awal. (Yuwono,2009)

Jika spesimen diberi beban diluar dari kekuatan tarik maksimumnya, maka akan terjadi necking. Sepanjang daerah necking luas daerah spesimen tidak lagi seragam panjangnya dan lebih kecil pada daerah necking. Ketika pengujian diteruskan maka tegangan teknik akan turun dan spesimen akan mengalami perpatahan di daerah necking. Tegangan teknik saat terjadi patah disebut sebagai tegangan patah atau tegangan putus. (Kalpakijan dkk, 2001)

Pada kurva tegangan-regangan komposit yang ditunjukkan oleh gambar 12 dibawah ini dapat dijelaskan bahwa pada titik O-A komposit (fiber dan matriks) mengalami deformasi elastis, yaitu perubahan bentuk dimana fiber dan matriks masih dapat kembali ke bentuk semula, pada titik A-B komposit mengalami deformasi plastis (perubahan bentuk secara permanen) dimana fiber masih mengalami fase elastis sedangkan matriksnya sudah tidak elastis.

Titik B merupakan titik regangan maksimum dari fiber, sehingga pada saat titik B menuju ke titik C fiber putus namun masih tertahan oleh matriks. Dari titik C-D matriks perlahan-lahan mulai putus, titik C-D merupakan titik maksimum kekuatan matriks menahan fiber sebelum akhirnya komposit mengalami patah/ putus total pada titik E.

Stage I

Vm (T.S)m

σc εc O B A C D E

Gambar 12. Kurva tegangan-regangan komposit diperkirakan dari aturan fraksi volume

Besarnya kekuatan matriks yang menahan fiber dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

(T.S.) = Vm . m ……….. (11)

Dimana : TS = Tensile Strength Vm = Volume Matriks

m = Matriks

Stage II

Pada stage I, kemiringan garis OA dapat diasumsikan sebagai sudut (α). Besarnya modulus elastisitas (Ec) dihitung dengan menggunakan rumus :

α =

……….. (12)

Dimana :

d = diameter fiber (mm), σc = tegangan komposit (MPa), εc = regangan komposit (%), Vf = fraksi volume fiber (%), Vm = fraksi volume matriks (%), Ef = modulus elastisitas fiber (GPa), Em = modulus elastisitas matriks (GPa)

Pada stage yang ke II, kemiringan garis AB dapat diasumsikan dengan sudut (β). Besarnya modulus elastisitas komposit (Ec) dapat dihitung dengan rumus :

β =

………. (13) Dimana σm = tegangan matriks dan ε = regangan.

O. Tegangan dan regangan yang sebenarnya

Setelah titik tegangan maksimum, deformasi plastis menjadi terlokalisir (necking) dan tegangan teknik (engineering stress) turun akibat reduksi yang terlokalisir pada luas penampang. Namun tegangan yang sesungguhnya (true stress) membesar karena luas penampang yang mengecil.

Kurva tegangan dan regangan tarik dalam nilai yang sesungguhnya didapat dari konversi dari tegangan dan regangan tarik, dan dapat diketahui dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

σt = (1 + ε)σ ………. (14)

εt = ln (1 + ε) ……… (15) Dimana :

σt : Tegangan sesungguhnya (N/mm2)

εt : Regangan sesungguhnya

σ : Tegangan teknik (N/mm2)

ε : Regangan teknik

P. Keuletan

Keuletan adalah perilaku yang penting dalam pengamatan uji tarik, keuletan juga dapat dikatakan sebagai tingkat deformasi plastis yang terjadi pada material sebelum mengalami perpatahan. Ada dua ukuran keuletan yang umum dipakai, yang pertama adalah total perpanjangan dari spesimen. (Kalpakijan dkk, 2001)

ε = ……… (16)

Dimana :

ε : Total perpanjangan spesimen (%) L : Panjang setelah patah (mm) L0 : Panjang mula-mula (mm)

Sedangakan ukuran keuletan yang kedua adalah pengurangan luas penampang lintang spesimen, persamaan yang dipakai dalah sebagai berikut :

Dimana :

q : Pengurangan luas penampang (%)

A : Luas penampang terkecil penampang (mm2)

A0 : Luas penampang mula-mula (mm2)

Q. Scanning Electrone Microscope (SEM)

Scanning Electron Microscope (SEM) merupakan sebuah alat yang 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. Berikut ini adalah contoh dari foto Scanning Electron Microscope (SEM).

Gambar 13. Contoh foto Scanning Electrone Microscope (SEM) (Adhan, 2013)

Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut :

a. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda.

b. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.

c. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai.

d. Ketika elektron mengenai sampel, maka sampel tersebut akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).

III. METODOLOGI PENELITIAN

A.Tempat penelitian

Tempat pelaksanaan penelitian sebagai berikut :

a. Persiapan dan perlakuan serat ijuk di Laboratorium Material Teknik Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung.

b. Pengujian kekuatan tarik di Laboratorium Material Teknik FTMD ITB (Institut Teknologi Bandung) Bandung, Jawa Barat.

c. Pengamatan melalui Scanning Electron Microscope di Pusat Penelitian Dan Pengembangan Geologi Kelautan (PPPGL) Bandung, Jawa Barat.

B.Bahan yang digunakan

Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

a. Air aquades, berfungsi untuk menghilangkan kotoran atau debu yang menempel pada ijuk.

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

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

e. Wax digunakan untuk melapisi antara cetakan dengan komposit, sehingga komposit mudah untuk dilepaskan dari cetakan.

f. Ethanol

g. Larutan alkali 5% NaOH, untuk menghilangkan lapisan yang menyerupai lilin dipermukaan serat seperti lignin, hemiselulosa, dan kotoran lainnya.

h. Papan acrylic, untuk membuat cetakan spesimen.

C.Alat yang digunakan

Adapun alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :

a. Timbangan digital AND tipe EK-610i untuk menimbang serat ijuk.

b. Pompa vakum. VALUE Tipe VE113N

Gambar 16. Pompa vakum untuk pembuatan spesimen komposit.

c. Inkubator.

d. Mesin uji tarik statis TARNO GROCKI untuk menguji sifat mekanik.

Gambar 18. Alat uji tarik di FTMD ITB.

e. Scanning Electron Microscope (SEM) JSM 6360 LA

f. Tungku pemanas/oven, Maspion MOT-600.

Gambar 20. Oven untuk menghilangkan kadar air pada serat ijuk.

g. Mesin grinder polisher Metkon DIGISET – 2V

h. Lilin malam

Gambar 22. Lilin malam sebagai pencegah udara masuk kedalam sistem vakum.

i. Lem korea

j. Gergaji besi

Gambar 24. Gergaji, untuk memotong spesimen uji

k. Mesin bor tangan

Gambar 25. Mesin bor, untuk membuat lubang pada tutup cetakan.

l. Selang waterpass

m.Gelas ukur

Gambar 27. Untuk mengetahui perbandingan epoxy dengan hardener. n. Wax

Gambar 28. Wax agar spesimen mudah dilepas dari cetakan.

o. Gelas pengaduk resin dan hardener

p. Alat bantu lain yang digunakan adalah Mikrometer Sekrup untuk mengukur serat ijuk, cutter, gunting, pisau, spidol, penggaris dan gelas ukur.

D.Prosedur penelitian

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

a. Survey lapangan dan studi literatur

Pada penelitian ini, proses yang dilakukan adalah dengan mengumpulkan data awal sebagai Studi literatur. Studi literatur 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 :

1. Memilih serat ijuk berdiameter 0,25-0,35 mm yang akan digunakan, dengan menggunakan mikrometer sekrup.

2. Membersihkan serat dengan menggunakan air untuk menghilangkan kotoran / debu yang menempel pada ijuk. Setelah serat sudah bersih, kemudian rendam didalam larutan alkali (5% NaOH) selama 2 jam.

Gambar 30. Perlakuan alkali NaOH 5%.

3. Mencuci kembali dengan aquades, agar serat terbebas dari kotoran yang masih menempel.

4. Memanaskan serat ijuk dengan menggunakan oven atau tungku pemanas selama 15 menit, dengan temperatur 80oC untuk menghilangkan kadar air yang masih terkandung pada serat ijuk, sebelum di jadikan spesimen.

Gambar 32. Pengovenan serat ijuk.

5. Mempersiapkan resin epoxy berikut dengan hardener (katalis).

6. pembuatan cetakan spesimen uji tarik menggunakan papan akrilik dengan ukuran 18cm x 13cm x 0.8cm.

Gambar 34. Pembuatan cetakan komposit.

7. Membersihkan cetakan menggunakan aseton atau ethanol. 8. Mengolesan wax pada cetakan.

c. Proses pencetakan spesimen uji (Komposit)

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

1. Alat pencetak dibersihkan dengan kuas yang telah dibasahi aseton.

2. Wax dioleskan pada permukaan alat pencetak agar papan komposit yang dicetak tidak melekat pada cetakan.

Gambar 35. Skema cetakan komposit.

3. Menyiapkan wadah tempat pencampuran resin dengan hardener dari gelas ukur yang diberi penutup dan dilapisi oleh lilin malam agar tidak ada udara (kondisi vakum).

4. Tutup wadah yang telah dilubangi sebanyak 5 buah disambungkan dengan dua buah selang, selang pertama dari resin atau hardener menuju ke wadah dan selang satunya dari wadah menuju vakum.

5. Resin Epoxy dicampurkan dengan katalis di dalam wadah yang telah ditutup dengan cara menyambungkan selang keluar ke tabung vakum untuk mencegah sisa resin atau hardener masuk ke dalam pompa vakum.

6. Lalu memasukkan selang masuk, pertama dari hardenernya terlebih dahulu sampai di indikator 100 ml.

68

E. Alur proses pengujian

Gambar 45. Alur proses pengujian Tahap Persiapan

Pembuatan Spesimen Sesuai Standar Uji Tarik ASTM D-638-03

Perlakuan alkali NaOH 5% pada

serat

Pengujian Tarik ASTM D 638-03

Pengambilan Data Dan Analisa

Kesimpulan

Selesai Mulai

Studi Literatur dan Survey Lapangan

Pemilahan Serat Ijuk

Pembersihan Serat Ijuk .

Uji Scanning Electron Microscope

85

V. SIMPULAN DAN SARAN

A.Simpulan

Adapun simpulan yang didapat dari hasil penelitian tentang pengaruh fraksi volume terhadap kekuatan tarik komposit unidirectional berpenguat serat ijuk dengan matriks epoxy adalah sebagai berikut :

1. Komposit serat ijuk 20% / epoxy memiliki nilai tegangan tarik rata-rata yang terbesar yaitu 26,38 MPa, sedangkan nilai tegangan terkecil didapat pada komposit serat ijuk 10% / epoxy yaitu sebesar 10,54 MPa. Hal ini terjadi karena semakin besar fraksi volume serat ijuk maka semakin besar pula kemampuan komposit dalam menahan beban tarik.

2. Semakin besar fraksi volume serat ijuk yang mengisi komposit, nilai regangannya juga semakin meningkat. Pada komposit 10 % ijuk / epoxy nilai regangan rata-rata yang di dapat sebesar 4,68 %, dan nilai regangan rata-rata yang tertinggi diperoleh pada komposit ijuk 20% / epoxy yaitu sebesar 8,68 %. Hal ini terjadi karena serat ijuk bersifat lebih ulet dibanding dengan matriks sehingga semakin banyak presentase serat di dalam matriks maka nilai regangannya semakin tinggi.

86

3. Hasil kekuatan tarik komposit unidirectional ijuk / epoxy belum cukup tinggi karena pendistribusian serat yang kurang merata pada proses fabrikasi komposit, serta campuran antara resin dengan hardener yang kurang sempurna. Hasil foto SEM menunjukkan bahwa stuktur ikatan yang terjadi pada komposit C3 lebih baik jika dibandingkan dengan sampel A4.

B.Saran

Dari hasil penelitian yang dilakukan terhadap komposit unidirectional ijuk / epoxy maka saran yang dapat diberikan yaitu pada proses fabrikasi komposit harus diperbaiki dan digunakan vacuum dalam proses pencetakan.

DAFTAR PUSTAKA

Adhan Reza, 2013. Kekuatan Impact Komposit Epoxy Berpenguat Serat Ijuk (Arenga Pinnata Merr). Fakultas Teknik, Universitas Lampung.

ASTM, 2004. Standard Test Method For Tensile Properties Of Plastics (D638-03). USA.

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

Diharjo, Kuncoro. 2006. Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap Sifat Tarik Bahan Komposit Serat Rami-Polyester. Universitas Negeri Sebelas Maret. Surakarta.

Doan, Thi Thu Loan. 2006. Investigation Of Jute Fibers And Their Composites Based On Polypropylene And Epoxy Matrices. Desertasi. Vietnam : Fakultat Maschinen Wesen Der Technichsen Universitat Dresden.

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

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

Hariyanto, A. 2009. Pengaruh fraksi volume Komposit Serat Kenaf dan Serat Rayon Bermatrik Ploiester terhadap Kekuatan Tarik dan Impak. Fakultas Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.

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

Kalpakijan, Serope. Schmid, Steven R.2001. Manufacturing Engineering And

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

Mahmuda, Efri. 2013. Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat Mekanik Dan Fisik Komposit Berpenguat Serat Ijuk Dengan Matrik Epoxy. Fakultas Teknik, Universitas Lampung.

Michael, H.W., 1998, Stress and Analysis of Fiber Rein Forced Composite Material, Mc Graw Hill International Edition.

Mueller, Dieter. H. 2003. New Discovery In The Properties Of Composites Reinforced With Natural Fibers. Journal Of Industrial Textiles, Vol 33. No 22 Sage Publication.

Munandar, Imam. 2012. Sifat Mekanik Dan Sifat Fisis Pada Serat Ijuk (Arenga Pinnata Merr). Universitas Lampung. Bandar Lampung.

NN, 2011. Skema Mikroskop Elektron. http://www.bacteria-world.com/what-is-SEM.html. Diakses Tanggal 15 April 2013 Pukul 1:53

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.

Rahman, M.B.N, dan Kamiel, Berli.P. 2011. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu

dengan Matrik Poliester. Fakultas Teknik, Universitas

Muhammadiyah Yogyakarta.

Soemardi, Tresna P. Kusumaningsih, Widjajalaksmi. Irawan, Agustinus Purna. 2009. Karakteristik Mekanik Komposit Lamina Serat Rami Epoksi Sebagai Bahan Alternatif Soket Prostesis. Universitas Indonesia. Depok.

Suwanda, Totok. 2010. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Peningkatan Kekuatan Impak Komposit Berpenguat Serat Nanas-Nanasan (Bromeliaceae) Kontinyu Searah dengan Matrik Unsaturated

Polyester. Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah

Yogyakarta.

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

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

Yuwono, Akhmad Herman. 2009. Buku Panduan Karakteristik Material I Pengujian Merusak (Destructive Testing). Departemen Metalurgi Dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Jakarta

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 diakses tanggal 16 April 2013