ANALISA KEKUATAN MEKANIS MATERIAL KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT TEBU DITINJAU DARI KEKUATAN IMPACK DAN KEKUATAN TARIK
ANALISA KEKUATAN MEKANIS MATERIAL KOMPOSIT
BERPENGUAT SERAT TEBU DITINJAU DARI KEKUATAN
IMPACK DAN KEKUATAN TARIK
TUGAS AKHIR
BIDANG REKAYASA MATERIAL
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
EKO MAULUDIYANTO
201010120311121
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
i
POSTER
ii
iii
iv
v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN
Yang bertandatangan dibawah ini :
Nama
: Eko Mauludiyanto
NIM
: 201010120311121
Tempat / Tanggal Lahir
: Pasuruan, 9 September 1992
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
Instansi
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material
Komposit Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan Tarik”
yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi
(“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau
instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka
sebagaimana mestinya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, 24 Januari 2015
Yang menyatakan,
Eko Mauludiyanto
vi
ABSTRAK
Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak dihasilkan di pabrik-pabrik
pengolahan gula tebu di Indonesia. Serat ini memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain
merupakan hasil limbah pabrik gula tebu, serat ini dapat terdegredasi secara alami (biodegradability)
sehingga nantinya dengan pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi
permasalahan lingkungan.
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan analisa teknis berupa kekuatan tarik dan impack
dari komposit berpenguat serat tebu dengan fraksi volume serat tebu 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%,
pembuatan spesimen menggunakan metode hand lay-up, adapun persiapan bahan dan alat yaitu: serat
tebu, resin poliester, katalis, timbangan digital, gelas ukur, dll. Cara pembuatan spesimen : menimbang
serat tebu, menambahkan katalis 1%, meratakan resin ke dalam cetakan sesuai standar ASTM D 638-84
M1 dan standar ASTM D265. Kemudian melakukan pengujian sifat mekanik tarik dan impack untuk
mengetahui sifat mekanik serat tebu.
Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan tarik tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar
10,046 N/mm2, sedangkan nilai kekuatan tarik terendah pada komposisi 5% sebesar 5,427 N/mm 2.
Kemudian untuk kekuatan impack tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar 0,14 joule/mm 2,
sedangkan nilai kekuatan impack terendah pada komposisi 0% sebesar 0,12 joule/mm 2.
Kata kunci : Serat, Fraksi, Komposit
ABSTRACT
Fibrous from sugarcane waste (baggase) is organic waste are produced in factories in
Indonesia cane sugar processing. These fibrous have a fairly high economic value not only the result of
sugarcane mill waste, this fibrous is can be naturally degradation (biodegradability) so that later with
the use of a composite reinforcing fibers capable of addressing environmental problems.
This study conducted to obtain technical analysis in the form of tensile strength and impact of
composite sugarcane fiber with sugarcane fibrous volume fraction of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, this
manufacture of specimens using hand lay-up method. The material and tools for this test is:sugarcane
fiber, polyster, catalyst, digital scales of weight, metering glass,etc. the way for testing: to weigh
sugarcan, add catalyst 1% ensure good distribute polyster to casting based standart ASTM D 638-84
M1 and standart ASTM D625. then testing the tensile mechanical properties and impact to determine
the mechanical properties of sugarcane fibrous.
The results showed the highest values of tensile strength at the fiber composition of 20%
amounting to 10.046 N / mm2, while the lowest values of tensile strength at 5% composition of 5.427 N /
mm2. Then for top impact force on the fiber composition of 20% of 0.14 joules / mm 2, while the lowest
value on the composition of the force impact 0% 0.12 joules / mm 2.
Keywords: Fibrous, Faction, Composite
vii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang
mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas
akhir dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material Komposit
Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan
Tarik” ini akhirnya dapat terselesaikan.
Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang
dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa
ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ucapkan banyak terima
kasih atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide,
saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan
skripsi ini. Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada :
1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non
materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan
terlupakan.
2. Bapak Drs. M. Jufri, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini
dilakukan.
3. Bapak Murjito, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah
memberikan masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga
terselesaikannya skripsi ini.
4. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UMM.
5. Bapak Budiono, SSi., MT. Selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin UMM.
viii
6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa
bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.
7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010
A, B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan
selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.
8. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas
bantuan kalian semuannya.
Dalam penyusunan skripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak
terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan
sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT
memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan
penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
Malang, 24 januari 2015
Eko Mauludiyanto
ix
DAFTAR ISI
COVER .........................................................................................................
i
POSTER ........................................................................................................
ii
LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI ...................................................
iii
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I...............
iv
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II .............
v
LEMBARAN PERYATAAN ......................................................................
vi
ABSTRAK ....................................................................................................
vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................
viii
DAFTAR ISI .................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL.........................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ........................................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah ...................................................................................
4
1.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................
5
1.4. Manfaat Penelitian ..................................................................................
5
1.5.Batasan Masalah.......................................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
6
2.1. Material komposit ...................................................................................
6
2.2. Klasifikasi Material Komposit ................................................................
8
2.2.1. Komposit serat (fiber komposite) ..................................................
8
x
2.2.2. Komposit Laminat (laminated composite)....................................
14
2.2.3. Komposit Partikel (particulated composite) .................................
14
2.2.4. Komposit serpihan (flake komposite)............................................
15
2.3. Polimer ....................................................................................................
16
2.3.1. Polimer thermoplast ......................................................................
18
2.3.2. Polimer thermoset .........................................................................
19
2.4. Matrik ......................................................................................................
20
2.4.1. Poliester.........................................................................................
20
2.4.2. Katalis ...........................................................................................
22
2.5. Serat Tebu Sebagai Filler ........................................................................
22
2.6. Sifat- Sifat Material Komposit Polimer ..................................................
24
2.6.1. Sifat Mekanik ................................................................................
24
2.6.1.1. Kekuatan tarik...................................................................
24
2.6.1.2. Kekuatan impack ..............................................................
27
2.7. Fraksi Volume Komposit ........................................................................
28
2.8. Metode Pembuatan Komposit dengan Hand Lay-Up .............................
29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................
31
3.1. Metode Penelitian....................................................................................
31
3.2. Tempat Penelitian....................................................................................
32
3.3. Persiapan Bahan dan Alat .......................................................................
32
3.4. Penentuan Komposisi Spesimen Komposit ............................................
36
3.5. Pembuatan Spesimen Komposit ..............................................................
38
xi
3.6. Pengujian Mekanik Spesimen .................................................................
39
3.7. Metode Analisa Data ...............................................................................
41
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................
42
4.1. Data Hasil Pengujian ...............................................................................
42
4.1.1. Pengujian Impack..........................................................................
42
4.1.2. Pengujian Tarik .............................................................................
43
4.2. Pembahasan .............................................................................................
44
4.2.1. Pembahasan Uji Impack................................................................
44
4.2.2. Pembahasan Uji Tarik ...................................................................
50
BAB V KESIMPULAN................................................................................
56
5.1 Kesimpulan ..............................................................................................
56
5.2 Saran.........................................................................................................
56
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Bahan klasifikasi komposit ......................................................
7
Gambar 2.2 : Komposit serat .........................................................................
9
Gambar 2.3 : Model pengarahan filament satu arah dalam komposit............
11
Gambar 2.4 : Kurva tegangan-regangan untuk filamen dan matrik ...............
13
Gambar 2.5 : Mikrostruktur lamina ...............................................................
14
Gambar 2.6 : Komposit Partikel.....................................................................
15
Gambar 2.7 : Komposit serpihan ...................................................................
16
Gambar 2.8 : Struktur ikatan silang polimer thermoset .................................
19
Gambar 2.9 : Tebu dan Serat Tebu ................................................................
24
Gambar 2.10 : Kurva Tegangan dan regangan...............................................
25
Gambar 2.11 : Uji Tarik ASTM D 638M ......................................................
26
Gambar 2.12 : Ilustrasi skematis pengujian impack .....................................
28
Gambar 2.13 : Proses Hand Lay Up...............................................................
30
Gambar 3.1 : Diagram alir proses penelitian .................................................
31
Gambar 3.2 : Timbangan digital ....................................................................
33
Gambar 3.3 : Gelas ukur ................................................................................
33
Gambar 3.4 : Gelas dan sendok pengaduk .....................................................
33
Gambar 3.5 : Alat bantu lain ..........................................................................
34
Gambar 3.6 : Spesimen uji tarik sesuai ASTM D 638 M1 ............................
35
Gambar 3.7 : Spesimen uji impact sesuai ASTM D265 ................................
35
Gambar 4.1 : Hubungan Antara Energi Serap ...............................................
45
xiii
Gambar 4.2 : Hubungan Antara Harga Impack .............................................
46
Gambar 4.3 : Bentuk patahan spesimen impack ............................................
48
Gambar 4.4 : Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Percobaan ............
50
Gambar 4.5 : Hubungan Antara Tegangan Tarik ...........................................
51
Gambar 4.6 : Hubungan Antara Regangan ....................................................
53
Gambar 4.7 : Hubungan Antara Modulus Elastisitas .....................................
54
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin ....................................
21
Tabel 3.1 : Dimensi Uji tarik ASTM D 638 M1 ............................................
35
Tabel 3.2 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Impack ........................
37
Tabel 3.3 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Tarik ...........................
38
Tabel 4.1 : Data Hasil Pengujian Impack.......................................................
42
Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian Tarik ..........................................................
43
Tabel 4.3 : Nilai Rata-rata Energi Serap dan Harga Impack..........................
44
Tabel 4.4 : Bentuk Patahan Spesimen Dilihat dari Luas Penampang ............
45
Tabel 4.5 : Nilai Rata-Rata Tegangan, Regangan dan Modulus Young ........
50
xv
DAFTAR PUSTAKA
Hartono Y, Sukanto J, 2008. Analisa Teknis Kekuatan Material Komposit
Berpenguat
Serat
Ampas
Tebu
(Baggase).Jurnal,
Universitas
Diponegoro, Semarang.
Budi N. R, 2010. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat
Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik
Poliester. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Shirley,
S,
2012.
Sifat-sifat
Mekanik
Komposit
Serat
TKKS-
Poliester.Jurnal, Universitas Lampung.
Sujito, 2013. Pengembangan Bahan Komposit Ramah Lingkungan
Berpenguat Serat Ampas Tebu dan Resin Biodegradable.Jurnal,
Universitas Jember.
Surdia, T. S, 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya
Paramita.
Djaprie, 1991. Teknologi Bahan. Jakarta: Erlangga.
M. Saefudin, 2014. Analisa Sifat Mekanik Material Komposit Dengan
Menggunakan Serat Bulu Domba. Skripsi, Universitas Muhammadiyah
Malang.
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri telah mendorong
peningkatan dalam permintaan terhadap material komposit. Perkembangan bidang
ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri mulai menyulitkan bahan
konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Industri
pembuatan pesawat terbang, perkapalan, mobil dan industri pengangkutan
merupakan contoh industri yang sekarang mengaplikasikan bahan-bahan yang
memiliki sifat berdensitas rendah, tahan karat, kuat, tahan terhadap keausan dan
fatigue serta ekonomis sebagai bahan baku industrinya.
Hal ini mendorong pengembangan teknologi pembuatan material komposit
berkembang lebih pesat untuk menjawab permintaan pasar, khususnya permintaan
industri fabrikasi. Pemikiran dan penelitian tentang kombinasi antara bahan kimia
atau elemen-elemen struktur dengan berbagai tujuan telah dilakukan. Di Indonesia
sendiri penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam
bidang pembuatan berbagai macam material komposit untuk memenuhi bermacammacam tujuan/kebutuhan telah banyak dilakukan baik dari kalangan pendidikan
maupun perindustrian. (Yudo, H. 2008)
Tebu (Saccharum officinarum) adalah tanaman yang ditanam untuk bahan
baku gula. Tanaman ini hanya dapat tumbuh di daerah beriklim tropis. Tanaman ini
termasuk jenis rumput-rumputan. Umur tanaman sejak ditanam sampai bisa
1
2
dipanen mencapai kurang lebih 1 tahun. Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan
di pulau Jawa dan Sumatra. (Anonim. 2007)
Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak
dihasilkan di pabrik-pabrik pengolahan gula tebu di Indonesia. Dari satu pabrik
dihasilkan ampas tebu sekitar 35 – 40% dari berat tebu yang digiling. Serat ini
memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain merupakan hasil limbah pabrik
gula tebu, serat ini juga mudah didapat, murah, tidak membahayakan kesehatan,
dapat terdegredasi secara alami (biodegradability) sehingga nantinya dengan
pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi permasalahan
lingkungan. (Indriani dan Sumiarsih. 1992)
Ampas tebu sebagian besar mengandung ligno-cellulose. Panjang seratnya
antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro, sehingga ampas tebu ini
dapat memenuhi persyaratan untuk diolah menjadi papan-papan buatan. Baggase
mengandung air 48 - 52%, gula rata-rata 3,3% dan serat rata-rata 47,7%. Serat
baggase tidak dapat larut dalam air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentosan
dan lignin. (Husin, A. 2007)
Penelitian ini cukup beralasan karena ketersediaan bahan baku serat penguat
yang melimpah baik dari serat penguat komposit organik (serat bambu, serat nanas,
serat tebu, serat pisang, dan ijuk) maupun serat penguat anorganik dan
kebutuhan/permintaan hasil olahan material komposit yang cukup tinggi di pasaran.
Salah satu serat alam yang banyak terdapat di Indonesia adalah serat ampas tebu
(baggase). Kegiatan pasca panen dan pengolahan hasil pertanian/perkebunan,
termasuk pemanfaatan produk samping dan sisa pengolahannya masih kurang
optimal. Dalam industri pengolah tebu menjadi gula, ampas tebu yang dihasilkan
3
jumlahnya dapat mencapai 90% dari setiap tebu yang diolah. Selama ini
pemanfaatan ampas tebu sebagai bahan baku pembuatan particle board, bahan
bakar boiler, pupuk organik dan pakan ternak bersifat terbatas dan bernilai ekonomi
rendah. Pemanfaatan serat ampas tebu sebagai serat penguat material komposit
akan mempunyai arti yang sangat penting yaitu dari segi pemanfaaatan limbah
industri khususnya industri pembuatan gula di Indonesia yang belum dioptimalkan
dari segi ekonomi dan pemanfaatan hasil olahannya.
Hasil penelitian ini sangat diharapkan adanya inovasi baru dalam
pengembangan teknologi material komposit berpenguat serat non-sintetis di
Indonesia. Selama ini industri masih menggunakan serat sintetis yang umumnya
berupa serat gelas (fiberglass) sebagai bahan baku yang berfungsi sebagai serat
penguat material komposit Fiberglass Reinforced Plastic. Kelemahan dari
penggunaan serat gelas adalah harganya yang mahal, tidak dapat terdegredasi
secara alami saat didaur ulang, pengolahannya membutuhkan proses kimiawi dan
hanya disediakan oleh perusahaan-perusahaan tertentu saja. Oleh karena itu serat
ampas tebu dapat dijadikan alternatif
bahan baku, karena bahan ini mudah
diperoleh karena hampir ada di seluruh pelosok Indonesia karena merupakan
tanaman perkebunan yang banyak dibudidayakan oleh banyak petani di Indonesia,
lebih ramah lingkungan karena merupakan serat natural dan pengolahannya yang
lebih mudah.
Pemanfaatan serat ampas tebu sebagai serat penguat material komposit
nantinya akan memberikan manfaat bagi pemerintah Indonesia. Karena dengan
ditemukannya bahan alternatif baru pengganti serat sintetis yang kebanyakan masih
mengimpor dari luar negeri, maka sedikit banyak dapat mengurangi permintaan
4
serat sintetis oleh kalangan perindustrian di Indonesia yang pada akhirnya dapat
mengurangi devisa negara yang melayang ke luar negeri.
Dari pertimbangan diatas maka penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan
analisa teknis berupa kekuatan impak dari komposit berpenguat serat ampas tebu
(baggase). Pengujian komposit berpenguat serat ampas tebu membandingkan arah
serat sudut 00 dan 450, perlakuan serat pola anyaman, fraksi volume 44% matrik
polyester dan 56% serat ampas tebu, dengan metode hand lay up, hasil pengujian
didapat harga kekuatan tarik tertinggi dimiliki oleh komposit dengan arah serat
sudut searah 00. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan modulus
elastisitas dari komposit berpenguat serat ampas tebu belum dapat memenuhi
standar kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang disyaratkan BKI yakni : untuk
arah serat sudut searah 00 kekuatan tariknya sebesar 1.69 kg/mm2 dan modulus
elastisitasnya sebesar 115.85 kg/mm2, untuk arah serat sudut bersilangan 450
kekuatan tariknya sebesar 1.34 kg/mm2 dan modulus elastisitasnya sebesar 108.40
kg/mm2. (Yudo, H. 2008).
1.2 Perumusan Masalah
1.
Bagaimana kekuatan dari material komposit berpenguat serat tebu
menerima kekuatan impak dan kekuatan tariknya?
2.
Bagaimana pengaruh variasi campuran resin polyster dan serat tebu
terhadap kekuatan impak dan tarik dari material komposit
berpenguat serat ampas tebu?
5
1.3 Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui kekuatan dari material komposit berpenguat
serat tebu menerima kekuatan impak dan kekuatan tariknya.
2.
Untuk mengetahui pengaruh variasi campuran resin polyster dan
serat tebu terhadap kekuatan impak dan kekuatan tarik dari material
komposit berpenguat serat ampas tebu.
1.4 Manfaat
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain :
1. Mengurangi limbah serat tebu.
2. Mengoptimalkan pemanfaatan serat tebu.
3. Sebagai rujukan untuk praktikum atau penulisan makalah bahan
komposit lainnya.
4. Memuat informasi tentang serat tebu.
1.5 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu meluas dalam tugas akhir ini
diperlukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Pengujian menggunakan alat uji impak dan uji tarik.
2. Proses pembuatan spesimen dengan metode hand lay up.
3. Pengujian menggunakan serat tebu kering.
4. Bahan campuran resin dan katalis
5. Batasan – batasan lainnya akan ditentukan pada saat perhitungan.
BERPENGUAT SERAT TEBU DITINJAU DARI KEKUATAN
IMPACK DAN KEKUATAN TARIK
TUGAS AKHIR
BIDANG REKAYASA MATERIAL
Diajukan kepada
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Oleh :
EKO MAULUDIYANTO
201010120311121
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
i
POSTER
ii
iii
iv
v
LEMBAR SURAT PERNYATAAN
Yang bertandatangan dibawah ini :
Nama
: Eko Mauludiyanto
NIM
: 201010120311121
Tempat / Tanggal Lahir
: Pasuruan, 9 September 1992
Jurusan
: Teknik Mesin
Fakultas
: Teknik
Instansi
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar - benarnya bahwa :
Sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material
Komposit Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan Tarik”
yang diajukan untuk memperoleh gelar sarjana S1 pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan duplikasi
(“PLAGIASI”) dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan / atau pernah dipakai untuk
mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Malang atau
instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya kutipan dan daftar pustaka
sebagaimana mestinya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk digunakan
sebagaimana mestinya.
Malang, 24 Januari 2015
Yang menyatakan,
Eko Mauludiyanto
vi
ABSTRAK
Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak dihasilkan di pabrik-pabrik
pengolahan gula tebu di Indonesia. Serat ini memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain
merupakan hasil limbah pabrik gula tebu, serat ini dapat terdegredasi secara alami (biodegradability)
sehingga nantinya dengan pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi
permasalahan lingkungan.
Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan analisa teknis berupa kekuatan tarik dan impack
dari komposit berpenguat serat tebu dengan fraksi volume serat tebu 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%,
pembuatan spesimen menggunakan metode hand lay-up, adapun persiapan bahan dan alat yaitu: serat
tebu, resin poliester, katalis, timbangan digital, gelas ukur, dll. Cara pembuatan spesimen : menimbang
serat tebu, menambahkan katalis 1%, meratakan resin ke dalam cetakan sesuai standar ASTM D 638-84
M1 dan standar ASTM D265. Kemudian melakukan pengujian sifat mekanik tarik dan impack untuk
mengetahui sifat mekanik serat tebu.
Hasil penelitian menunjukkan nilai kekuatan tarik tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar
10,046 N/mm2, sedangkan nilai kekuatan tarik terendah pada komposisi 5% sebesar 5,427 N/mm 2.
Kemudian untuk kekuatan impack tertinggi pada komposisi serat 20% sebesar 0,14 joule/mm 2,
sedangkan nilai kekuatan impack terendah pada komposisi 0% sebesar 0,12 joule/mm 2.
Kata kunci : Serat, Fraksi, Komposit
ABSTRACT
Fibrous from sugarcane waste (baggase) is organic waste are produced in factories in
Indonesia cane sugar processing. These fibrous have a fairly high economic value not only the result of
sugarcane mill waste, this fibrous is can be naturally degradation (biodegradability) so that later with
the use of a composite reinforcing fibers capable of addressing environmental problems.
This study conducted to obtain technical analysis in the form of tensile strength and impact of
composite sugarcane fiber with sugarcane fibrous volume fraction of 0%, 5%, 10%, 15% and 20%, this
manufacture of specimens using hand lay-up method. The material and tools for this test is:sugarcane
fiber, polyster, catalyst, digital scales of weight, metering glass,etc. the way for testing: to weigh
sugarcan, add catalyst 1% ensure good distribute polyster to casting based standart ASTM D 638-84
M1 and standart ASTM D625. then testing the tensile mechanical properties and impact to determine
the mechanical properties of sugarcane fibrous.
The results showed the highest values of tensile strength at the fiber composition of 20%
amounting to 10.046 N / mm2, while the lowest values of tensile strength at 5% composition of 5.427 N /
mm2. Then for top impact force on the fiber composition of 20% of 0.14 joules / mm 2, while the lowest
value on the composition of the force impact 0% 0.12 joules / mm 2.
Keywords: Fibrous, Faction, Composite
vii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada kehadirat Allah SWT yang
mana hanya atas limpahan rahmat, taufik, hidayah serta inayahNya laporan tugas
akhir dengan judul “Analisa Kekuatan Mekanis Material Komposit
Berpenguat Serat Tebu Ditinjau Dari Kekuatan Impack Dan Kekuatan
Tarik” ini akhirnya dapat terselesaikan.
Seiring penyusunan skripsi ini, terdapat hambatan dan rintangan yang
dihadapi, namun berkat bantuan dari semua pihak segala kesulitan tersebut terasa
ringan dan dapat teratasi. Oleh sebab itu sepatutnya saya ucapkan banyak terima
kasih atas jasa baik yang selama ini telah diterima, baik nasehat, petunjuk, ide,
saran, serta bimbingan berupa apapun sehingga penyusun dapat menyelesaikan
skripsi ini. Ungkapan terima kasih tersebut disampaikan kepada :
1. Kedua orang tua yang selalu memberikan bantuan materiil maupun non
materiil, mendo’akan, mengingatkan akan pesan - pesannya yang tak akan
terlupakan.
2. Bapak Drs. M. Jufri, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan serta arahan selama penyusunan skripsi ini
dilakukan.
3. Bapak Murjito, ST., MT Selaku Dosen Pembimbing II yang telah
memberikan masukan ide, serta saran dan cara-cara penulisan sehingga
terselesaikannya skripsi ini.
4. Bapak Ir. Daryono, MT. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UMM.
5. Bapak Budiono, SSi., MT. Selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin UMM.
viii
6. Bapak/Ibu Dosen yang telah bersedia memberikan bantuan berupa
bimbingan teoritis secara langsung mau pun tidak langsung.
7. Teman – teman sebimbingan, teman-teman seangkatan Teknik Mesin 2010
A, B, C dan D serta kepada seseorang yang selalu mendampingi saya dan
selalu memberi semangat dalam proses pengerjaan skripsi ini.
8. Serta semua pihak yang belum tersebutkan, terima kasih banyak atas
bantuan kalian semuannya.
Dalam penyusunan skripsi ini tentunya terdapat kekurangan yang tidak
terbahas. Oleh sebab itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun akan
sangat diharapkan untuk pengembangan teknologi terkait. Semoga ALLAH SWT
memberikan sifat Rahim – Nya kepada semua pihak yang tersebut diatas dan
penyusun berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi penyusun dan pembaca.
Malang, 24 januari 2015
Eko Mauludiyanto
ix
DAFTAR ISI
COVER .........................................................................................................
i
POSTER ........................................................................................................
ii
LEMBARAN PENGESAHAN SKRIPSI ...................................................
iii
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING I...............
iv
LEMBARAN ASISTENSI TUGAS AKHIR PEMBIMBING II .............
v
LEMBARAN PERYATAAN ......................................................................
vi
ABSTRAK ....................................................................................................
vii
KATA PENGANTAR ..................................................................................
viii
DAFTAR ISI .................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL.........................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Latar Belakang ........................................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah ...................................................................................
4
1.3. Tujuan Penelitian ....................................................................................
5
1.4. Manfaat Penelitian ..................................................................................
5
1.5.Batasan Masalah.......................................................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................
6
2.1. Material komposit ...................................................................................
6
2.2. Klasifikasi Material Komposit ................................................................
8
2.2.1. Komposit serat (fiber komposite) ..................................................
8
x
2.2.2. Komposit Laminat (laminated composite)....................................
14
2.2.3. Komposit Partikel (particulated composite) .................................
14
2.2.4. Komposit serpihan (flake komposite)............................................
15
2.3. Polimer ....................................................................................................
16
2.3.1. Polimer thermoplast ......................................................................
18
2.3.2. Polimer thermoset .........................................................................
19
2.4. Matrik ......................................................................................................
20
2.4.1. Poliester.........................................................................................
20
2.4.2. Katalis ...........................................................................................
22
2.5. Serat Tebu Sebagai Filler ........................................................................
22
2.6. Sifat- Sifat Material Komposit Polimer ..................................................
24
2.6.1. Sifat Mekanik ................................................................................
24
2.6.1.1. Kekuatan tarik...................................................................
24
2.6.1.2. Kekuatan impack ..............................................................
27
2.7. Fraksi Volume Komposit ........................................................................
28
2.8. Metode Pembuatan Komposit dengan Hand Lay-Up .............................
29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................
31
3.1. Metode Penelitian....................................................................................
31
3.2. Tempat Penelitian....................................................................................
32
3.3. Persiapan Bahan dan Alat .......................................................................
32
3.4. Penentuan Komposisi Spesimen Komposit ............................................
36
3.5. Pembuatan Spesimen Komposit ..............................................................
38
xi
3.6. Pengujian Mekanik Spesimen .................................................................
39
3.7. Metode Analisa Data ...............................................................................
41
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................
42
4.1. Data Hasil Pengujian ...............................................................................
42
4.1.1. Pengujian Impack..........................................................................
42
4.1.2. Pengujian Tarik .............................................................................
43
4.2. Pembahasan .............................................................................................
44
4.2.1. Pembahasan Uji Impack................................................................
44
4.2.2. Pembahasan Uji Tarik ...................................................................
50
BAB V KESIMPULAN................................................................................
56
5.1 Kesimpulan ..............................................................................................
56
5.2 Saran.........................................................................................................
56
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 : Bahan klasifikasi komposit ......................................................
7
Gambar 2.2 : Komposit serat .........................................................................
9
Gambar 2.3 : Model pengarahan filament satu arah dalam komposit............
11
Gambar 2.4 : Kurva tegangan-regangan untuk filamen dan matrik ...............
13
Gambar 2.5 : Mikrostruktur lamina ...............................................................
14
Gambar 2.6 : Komposit Partikel.....................................................................
15
Gambar 2.7 : Komposit serpihan ...................................................................
16
Gambar 2.8 : Struktur ikatan silang polimer thermoset .................................
19
Gambar 2.9 : Tebu dan Serat Tebu ................................................................
24
Gambar 2.10 : Kurva Tegangan dan regangan...............................................
25
Gambar 2.11 : Uji Tarik ASTM D 638M ......................................................
26
Gambar 2.12 : Ilustrasi skematis pengujian impack .....................................
28
Gambar 2.13 : Proses Hand Lay Up...............................................................
30
Gambar 3.1 : Diagram alir proses penelitian .................................................
31
Gambar 3.2 : Timbangan digital ....................................................................
33
Gambar 3.3 : Gelas ukur ................................................................................
33
Gambar 3.4 : Gelas dan sendok pengaduk .....................................................
33
Gambar 3.5 : Alat bantu lain ..........................................................................
34
Gambar 3.6 : Spesimen uji tarik sesuai ASTM D 638 M1 ............................
35
Gambar 3.7 : Spesimen uji impact sesuai ASTM D265 ................................
35
Gambar 4.1 : Hubungan Antara Energi Serap ...............................................
45
xiii
Gambar 4.2 : Hubungan Antara Harga Impack .............................................
46
Gambar 4.3 : Bentuk patahan spesimen impack ............................................
48
Gambar 4.4 : Hubungan Antara Tegangan Tarik Dengan Percobaan ............
50
Gambar 4.5 : Hubungan Antara Tegangan Tarik ...........................................
51
Gambar 4.6 : Hubungan Antara Regangan ....................................................
53
Gambar 4.7 : Hubungan Antara Modulus Elastisitas .....................................
54
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 : Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin ....................................
21
Tabel 3.1 : Dimensi Uji tarik ASTM D 638 M1 ............................................
35
Tabel 3.2 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Impack ........................
37
Tabel 3.3 : Komposisi Komposit Polimer Pengujian Tarik ...........................
38
Tabel 4.1 : Data Hasil Pengujian Impack.......................................................
42
Tabel 4.2 : Data Hasil Pengujian Tarik ..........................................................
43
Tabel 4.3 : Nilai Rata-rata Energi Serap dan Harga Impack..........................
44
Tabel 4.4 : Bentuk Patahan Spesimen Dilihat dari Luas Penampang ............
45
Tabel 4.5 : Nilai Rata-Rata Tegangan, Regangan dan Modulus Young ........
50
xv
DAFTAR PUSTAKA
Hartono Y, Sukanto J, 2008. Analisa Teknis Kekuatan Material Komposit
Berpenguat
Serat
Ampas
Tebu
(Baggase).Jurnal,
Universitas
Diponegoro, Semarang.
Budi N. R, 2010. Pengaruh Fraksi Volume Serat terhadap Sifat-sifat
Tarik Komposit Diperkuat Unidirectional Serat Tebu dengan Matrik
Poliester. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Shirley,
S,
2012.
Sifat-sifat
Mekanik
Komposit
Serat
TKKS-
Poliester.Jurnal, Universitas Lampung.
Sujito, 2013. Pengembangan Bahan Komposit Ramah Lingkungan
Berpenguat Serat Ampas Tebu dan Resin Biodegradable.Jurnal,
Universitas Jember.
Surdia, T. S, 2000. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya
Paramita.
Djaprie, 1991. Teknologi Bahan. Jakarta: Erlangga.
M. Saefudin, 2014. Analisa Sifat Mekanik Material Komposit Dengan
Menggunakan Serat Bulu Domba. Skripsi, Universitas Muhammadiyah
Malang.
xvi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri telah mendorong
peningkatan dalam permintaan terhadap material komposit. Perkembangan bidang
ilmu pengetahuan dan teknologi dalam industri mulai menyulitkan bahan
konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Industri
pembuatan pesawat terbang, perkapalan, mobil dan industri pengangkutan
merupakan contoh industri yang sekarang mengaplikasikan bahan-bahan yang
memiliki sifat berdensitas rendah, tahan karat, kuat, tahan terhadap keausan dan
fatigue serta ekonomis sebagai bahan baku industrinya.
Hal ini mendorong pengembangan teknologi pembuatan material komposit
berkembang lebih pesat untuk menjawab permintaan pasar, khususnya permintaan
industri fabrikasi. Pemikiran dan penelitian tentang kombinasi antara bahan kimia
atau elemen-elemen struktur dengan berbagai tujuan telah dilakukan. Di Indonesia
sendiri penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dalam
bidang pembuatan berbagai macam material komposit untuk memenuhi bermacammacam tujuan/kebutuhan telah banyak dilakukan baik dari kalangan pendidikan
maupun perindustrian. (Yudo, H. 2008)
Tebu (Saccharum officinarum) adalah tanaman yang ditanam untuk bahan
baku gula. Tanaman ini hanya dapat tumbuh di daerah beriklim tropis. Tanaman ini
termasuk jenis rumput-rumputan. Umur tanaman sejak ditanam sampai bisa
1
2
dipanen mencapai kurang lebih 1 tahun. Di Indonesia tebu banyak dibudidayakan
di pulau Jawa dan Sumatra. (Anonim. 2007)
Serat ampas tebu (baggase) merupakan limbah organik yang banyak
dihasilkan di pabrik-pabrik pengolahan gula tebu di Indonesia. Dari satu pabrik
dihasilkan ampas tebu sekitar 35 – 40% dari berat tebu yang digiling. Serat ini
memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi selain merupakan hasil limbah pabrik
gula tebu, serat ini juga mudah didapat, murah, tidak membahayakan kesehatan,
dapat terdegredasi secara alami (biodegradability) sehingga nantinya dengan
pemanfaatan sebagai serat penguat komposit mampu mengatasi permasalahan
lingkungan. (Indriani dan Sumiarsih. 1992)
Ampas tebu sebagian besar mengandung ligno-cellulose. Panjang seratnya
antara 1,7 sampai 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro, sehingga ampas tebu ini
dapat memenuhi persyaratan untuk diolah menjadi papan-papan buatan. Baggase
mengandung air 48 - 52%, gula rata-rata 3,3% dan serat rata-rata 47,7%. Serat
baggase tidak dapat larut dalam air dan sebagian besar terdiri dari selulosa, pentosan
dan lignin. (Husin, A. 2007)
Penelitian ini cukup beralasan karena ketersediaan bahan baku serat penguat
yang melimpah baik dari serat penguat komposit organik (serat bambu, serat nanas,
serat tebu, serat pisang, dan ijuk) maupun serat penguat anorganik dan
kebutuhan/permintaan hasil olahan material komposit yang cukup tinggi di pasaran.
Salah satu serat alam yang banyak terdapat di Indonesia adalah serat ampas tebu
(baggase). Kegiatan pasca panen dan pengolahan hasil pertanian/perkebunan,
termasuk pemanfaatan produk samping dan sisa pengolahannya masih kurang
optimal. Dalam industri pengolah tebu menjadi gula, ampas tebu yang dihasilkan
3
jumlahnya dapat mencapai 90% dari setiap tebu yang diolah. Selama ini
pemanfaatan ampas tebu sebagai bahan baku pembuatan particle board, bahan
bakar boiler, pupuk organik dan pakan ternak bersifat terbatas dan bernilai ekonomi
rendah. Pemanfaatan serat ampas tebu sebagai serat penguat material komposit
akan mempunyai arti yang sangat penting yaitu dari segi pemanfaaatan limbah
industri khususnya industri pembuatan gula di Indonesia yang belum dioptimalkan
dari segi ekonomi dan pemanfaatan hasil olahannya.
Hasil penelitian ini sangat diharapkan adanya inovasi baru dalam
pengembangan teknologi material komposit berpenguat serat non-sintetis di
Indonesia. Selama ini industri masih menggunakan serat sintetis yang umumnya
berupa serat gelas (fiberglass) sebagai bahan baku yang berfungsi sebagai serat
penguat material komposit Fiberglass Reinforced Plastic. Kelemahan dari
penggunaan serat gelas adalah harganya yang mahal, tidak dapat terdegredasi
secara alami saat didaur ulang, pengolahannya membutuhkan proses kimiawi dan
hanya disediakan oleh perusahaan-perusahaan tertentu saja. Oleh karena itu serat
ampas tebu dapat dijadikan alternatif
bahan baku, karena bahan ini mudah
diperoleh karena hampir ada di seluruh pelosok Indonesia karena merupakan
tanaman perkebunan yang banyak dibudidayakan oleh banyak petani di Indonesia,
lebih ramah lingkungan karena merupakan serat natural dan pengolahannya yang
lebih mudah.
Pemanfaatan serat ampas tebu sebagai serat penguat material komposit
nantinya akan memberikan manfaat bagi pemerintah Indonesia. Karena dengan
ditemukannya bahan alternatif baru pengganti serat sintetis yang kebanyakan masih
mengimpor dari luar negeri, maka sedikit banyak dapat mengurangi permintaan
4
serat sintetis oleh kalangan perindustrian di Indonesia yang pada akhirnya dapat
mengurangi devisa negara yang melayang ke luar negeri.
Dari pertimbangan diatas maka penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan
analisa teknis berupa kekuatan impak dari komposit berpenguat serat ampas tebu
(baggase). Pengujian komposit berpenguat serat ampas tebu membandingkan arah
serat sudut 00 dan 450, perlakuan serat pola anyaman, fraksi volume 44% matrik
polyester dan 56% serat ampas tebu, dengan metode hand lay up, hasil pengujian
didapat harga kekuatan tarik tertinggi dimiliki oleh komposit dengan arah serat
sudut searah 00. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan modulus
elastisitas dari komposit berpenguat serat ampas tebu belum dapat memenuhi
standar kekuatan tarik dan modulus elastisitas yang disyaratkan BKI yakni : untuk
arah serat sudut searah 00 kekuatan tariknya sebesar 1.69 kg/mm2 dan modulus
elastisitasnya sebesar 115.85 kg/mm2, untuk arah serat sudut bersilangan 450
kekuatan tariknya sebesar 1.34 kg/mm2 dan modulus elastisitasnya sebesar 108.40
kg/mm2. (Yudo, H. 2008).
1.2 Perumusan Masalah
1.
Bagaimana kekuatan dari material komposit berpenguat serat tebu
menerima kekuatan impak dan kekuatan tariknya?
2.
Bagaimana pengaruh variasi campuran resin polyster dan serat tebu
terhadap kekuatan impak dan tarik dari material komposit
berpenguat serat ampas tebu?
5
1.3 Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui kekuatan dari material komposit berpenguat
serat tebu menerima kekuatan impak dan kekuatan tariknya.
2.
Untuk mengetahui pengaruh variasi campuran resin polyster dan
serat tebu terhadap kekuatan impak dan kekuatan tarik dari material
komposit berpenguat serat ampas tebu.
1.4 Manfaat
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini antara lain :
1. Mengurangi limbah serat tebu.
2. Mengoptimalkan pemanfaatan serat tebu.
3. Sebagai rujukan untuk praktikum atau penulisan makalah bahan
komposit lainnya.
4. Memuat informasi tentang serat tebu.
1.5 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu meluas dalam tugas akhir ini
diperlukan pembatasan masalah sebagai berikut :
1. Pengujian menggunakan alat uji impak dan uji tarik.
2. Proses pembuatan spesimen dengan metode hand lay up.
3. Pengujian menggunakan serat tebu kering.
4. Bahan campuran resin dan katalis
5. Batasan – batasan lainnya akan ditentukan pada saat perhitungan.