PENGARUH PERENDAMAN LARUTAN ALKALI SERAT KAPAS WIDURI TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT DENGAN MATRIK POLIESTER TUGAS AKHIR - Pengaruh perendaman larutan alkali serat kapas widuri terhadap sifat fisis dan mekanis komposit dengan matrik poliester -
PENGARUH PERENDAMAN LARUTAN ALKALI SERAT KAPAS WIDURI TERHADAP SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT DENGAN MATRIK POLIESTER TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh :
DIAH WIBISONO NIM : 025214039 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007
THE EFFECT OF ALKALI SOAKING TREATMENT OF THE KAPAS WIDURI FIBRE ON THE PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF POLYESTER MATRIC COMPOSITE A FINAL PROJECT
Submitted for The Partial Fulfillment of The Requirements for The Degree of Mechanical Engineering of Mechanical Engineering Study Program
By :
DIAH WIBISONO NIM : 025214039 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF ENGINEERING SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2007
Halaman Persembahan Sebuah karya kecil ini Kupersembahkan untuk
…… Penciptaku Allah SWT Yang Maha Pengasih serta Maha Penyayang
Orang tuaku yang sangat Kucintai Special teruntuk Ibuku yang tak hentinya memberikan kasihnya kepadaku
Dan Semua orang serta Sahabat yang Menyayangiku ......
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi manapun, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, Agustus 2007 Penulis
Diah Wibisono
KATA PENGANTAR
Syukur kepada Tuhan yang telah melimpahkan rahmat serta kasih-Nya kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak mungkin dapat terselesaikan dengan baik tanpa bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Ir. Gregorius Heliarko, SJ., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin.
3. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T. atas bimbingan dan nasehatnya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Martono, Bapak Intan dan Bapak Ronny yang telah membantu dalam penelitian Tugas Akhir ini.
5. Bapak Tri yang telah membantu dalam birokrasi selama penyusunan Tugas Akhir ini.
6. Orangtuaku Soekardi, B.Sc., dan Daliyah yang terkasih dan tersayang atas doa, semangat, kesabaran dan materi yang sudah diberikan serta dukungan, kepercayaan dan wejangannya sebagai modal awal dari hidupku.
7. Fretty Widadi, S.Farm., tercinta atas doa, kasih, semangat, waktu, kesabaran, bantuan, pengorbanan, saran, kebersamaan dan dukungannya selama ini.
8. Sahabatku Sagita dan Sangaji atas persahabatan kita baik dalam suka dan duka.
9. Temen-temenku yang ada di Frens Celluler Deni, Yono, dan Marco atas kebersamaan dan dukungannya.
10. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Kirun, Bravi, Budi, Lukas, Sigit, dony, Lambang, Angga dan Beny atas kerjasamanya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
11. Teman-temanku : Erik, Joe, dik.Eby, Danang, Adi, dan semua teman yang telah turut memberikan dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.
12. Temen-temen mahasiswa Fakultas Teknik Mesin Angkatan 2002 yang membantu kelancaran skripsi ini.
13. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Akhi kata, dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa tidak ada yang sempurna di dunia ini. Tugas Akhir ini baru permulaan dan sekiranya ada kekurangannya, Penulis mohon saran dan kritik yang membangun untuk Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan berguna bagi para pembacanya.
Yogyakarta, September 2007 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL…………………………………………………………….....i HALAMAN JUDUL (INGGRIS)…………………………………………………ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING………………………………….iii HALAMAN PENGESAHAN…………………………………………………….iv HALAMAN PERSEMBAHAN…………………………………………………...v HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……………………………vi KATA PENGANTAR…………………………………………………………...vii DAFTAR ISI…………………………………………………………………….. ix DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK………............…………………………. .xii DAFTAR TABEL…………………………………………………………….....xvi
INTI SARI………….…………………………………….………………… ...xviii
BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………....1
1.1 Latar Belakang……………………………………………………………..1
1.2 Tujuan Penelitian…………………………………………………………..5
1.3 Batasan Masalah……………………………………………………………5
1.4 Metodologi Penelitian……………………………………………………...6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA...………………………………….......................7
2.1 Pengertian Komposit……………………………………………………….7
2.2 Penggolongan Komposit…………………………………………………...8
2.3 Komponen Bahan Komposit……………………………………………...10
2.4 Komposit Serat……………………………………………………………11
2.4.1 Faktor Matrik……………………………………………………….11
2.4.2 Faktor Serat…………………………………………………………16
2.4.3 Faktor Komposisi Dan Bentuk Serat………………………………..17
2.4.4 Faktor Orientasi Serat………………………………………………17
2.4.5 Fraksi Volume serat..................…………………………………….18
2.5 Faktor Bahan-bahan Tambahan.........................………………………….19
2.6 Mekanika Komposit………………………………………………………20
2.7 Uji Impak/Kejut ………………………………..………………………...21
2.8 Pengujian Tarik …………………………………………………………..23
2.9 Hubungan Tegangan Dan Regangan Komposit ………….........................25
2.10 Bentuk-bentuk Patahan ............................................................................25
BAB III METODE PENELITIAN……………………………………………….28
3.1 Skema Alur Penelitian…................................…………………………….28
3.2 Persiapan Benda Uji………………………………………………………29
3.2.1 Peralatan Dan Bahan …..............…………………………………...29
3.2.2 Pembuatan Serat Kapas Widuri…………………………………….32
3.2.3 Perendaman Serat dengan NaOH Dan NaCl…...…………………...36
3.2.4 Perlakuan Serat Kapas Widuri……………………………………...37
3.3 Pembuatan Cetakan……………………………………………………….44
3.3.1 Cetakan untuk Pengujian Tarik……………………………………..45
3.3.2 Cetakan untuk Pengujian Impak……………………………………47
3.4 Pembuatan Benda Uji……………………………………………………..48
3.4.1 Pembuatan Benda Uji Matrik/Resin………………………………...48
3.4.1.1 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Tarik……………………..49
3.4.1.2 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Impak……………………52
3.4.2 Benda Uji Komposit………………………………………………...54
3.4.2.1 Benda Uji Komposit Tanpa/Dengan Perendaman……………55
3.4.2.2 Mencetak Komposit Tanpa/Dengan Perendaman…………….57
3.5 Metode Pengujian…………………………………………………………58
3.5.1 Metode Pengujian Tarik…………………………………………….58
3.5.2 Pengujian Impak/Kejut……………………………………………...60
3.6 Standard dan Ukuran……………………………………………………...62
3.6.1 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Tarik……………………….62
3.6.1.1 Benda Uji Matrik…….………………………………………..62
3.6.1.2 Benda Uji Komposit…………………………………………..63
3.6.2 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Impak……………………...64
3.6.2.1 Benda Uji Matrik……………………………………………...64
3.6.2.2 Benda Uji Komposit…………………………………………..65
BAB IV HASIL PENELITIAN DN PEMBAHASAN…………………………..66
4.1 Hasil Pengujian Impak……………………………………………………66
4.2 Hasil Pengujian Tarik……………………………………………………..79
4.2.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Poliester…….……………………….79
4.2.2 Hasil Pengjian Tarik Komposit……………………………………..81
BAB V KESIMPULAN………………………………………………………….95
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………96 LAMPIRAN...........................................................................................................97
DAFTAR GAMBAR DAN GRAFIK
Grafik 1.1 Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya……...............3
Gambar 2.1 Bentuk-bentuk Reinforcement Agent ...…………………………….11Gambar 2.2 Jenis-Jenis Orientasi Serat………......………………………………18Gambar 2.3 Alat Uji Impak………......………………………………………......22Gambar 2.4 Mesin Uji Tarik………………...………...…………………………24Gambar 2.5 Bentuk Patahan Getas ………………………………..……………..25Gambar 2.6 Bentuk Patahan Liat ………………………………….....………….26Gambar 2.7 Bentuk Patahan Campuran …………….…………………………...26Gambar 3.1 Skema Alur Penelitian……………...………………..……………...28Gambar 3.2 Tumbuhan Kapas Widuri…………………..……………………….30Gambar 3.3 Release Agent (MAA)……………………..………………………..31Gambar 3.4 Buah Kapas Widuri yang Siap Dipetik……….……………….........33Gambar 3.5 Getah dan Buah Kapas Widuri yang Belum Dijemur………............33Gambar 3.6 Buah Kapas Widuri yang Sudah Dibuka………………………........34Gambar 3.7 Serat Kapas Widuri yang Masih Basah………….......……………...34Gambar 3.8 Serat Kapas Widuri yang Telah Dibersihkan.....................................35Gambar 3.9 Serat Kapas Widuri yang Telah Dikeringkan....................................35Gambar 3.10 NaOH Pro Analisis ..........................................................................37Gambar 3.11 Akuarium………………………………………………………......40Gambar 3.12 Serat Kapas Widuri………………....……………………………..40Gambar 3.13 Aquades…………………………………………………………....41Gambar 3.14 Proses Perendaman…………………………………………….......42Gambar 3.15 Serat yang terendam larutan NaOH…………………………….....42Gambar 3.16 Serat Kapas Widuri kering...............................................................43Ganbar 3.17 Serat Tanpa Perendaman...................................................................44
Gambar 3.18 Serat Setelah Perendaman................................................................44Gambar 3.19 Cetakan Komposit Pengujian Tarik..……………………………...45Gambar 3.20 Cetakan Komposit Serat…………………………………………...45Gambar 3.21 Cetakan Matrik Poliester…………………………………………..46Gambar 3.22 Cetakan Resin…………………………………………...…………46Gambar 3.23. Cetakan Komposit untuk Pengujian impak……………………….47Gambar 3.24 Cetakan Matrik/ Resin untuk Pengujian Impak...............................48Gambar 3.25 Hasil Cetakan Komposit…………………………………………...58Gambar 3.26 Mesin Uji Tarik…………………………………………..………..59Gambar 3.27 Mesin Uji Impak Charpy…………………………………………..61Gambar 3.28 Benda Uji Tarik Matrik……………………………………………62Gambar 3.29 Spesimen Uji Matrik…………………...………………………….62Gambar 3.30 Benda Uji Komposit……………………………………………….63Gambar 3.31 Spesimen Uji Komposit………...…………………………………63Gambar 3.32 Benda Uji Matrik…………………………………………………..64Gambar 3.33 Spesimen Uji Impak Matrik……………….......…………………..64Ganbar 3.34 Benda Uji Komposit..........................................................................65
Gambar 3.35 Spesimen Uji Impak Komposit…….......………………………….65Grafik 4.1 Tenaga Patah Rata-rata (NaOH)...…...............……………...……......69 Grafik 4.2 Keuletan Rata-Rata (NaOH)………….....……............……………....70 Grafik 4.3 Tenaga Patah Rata-rata (Perlakuan NaOH dan NaCl)..........................71 Grafik 4.4 Keuletan Rata-rata (perlakuan NaOH dan NaCl).................................71 Grafik 4.5 Perbandingan Hasil Pengujian Tenaga Patah Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 2,5%.........72 Grafik 4.6 Perbandingan Hasil Pengujian Tenaga Patah Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 5%............73 Grafik 4.7 Perbandingan Hasil Pengujian Tenaga Patah Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 7,5%.........73 Grafik 4.8 Perbandingan Harga Keuletan Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH plus NaCl) Persentase 2,5%.........74 Grafik 4.9 Perbandingan Harga Keuletan Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH plus NaCl) Persentase 5%............75 Grafik 4.10 Perbandingan Harga Keuletan Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH plus NaCl) Persentase 7,5%.........75
Gambar 4.1 Patahan Pada Matrik…………………...……………………………77Gambar 4.2 Patahan Pada Komposit (tanpa perendaman)……………...……..…78Gambar 4.3 Patahan Pada Komposit (2,5% NaOH dan NaCl)…………...…...…78Gambar 4.4 Patahan Pada Komposit 5% (NaOH dan NaCl).................................78Gambar 4.5 Patahan Pada Komposit 7,5% (NaOH dan NaCl)…………......……79Gambar 4.6 Patah Pada Matrik Poliester…………….......………………………80Grafik 4.11 Kekuatan Tarik Rata-rata Benda Uji Komposit (Perlakuan NaOH dan NaCl)..............................................................84 Grafik 4.12 Tegangan Tarik Rata-rata (Perlakuan NaOH dan NaCl)....................85 Grafik 4.13 Regangan Rata-rata Benda Uji Komposit (Perlakuan NaOH dan NaCl)..............................................................85 Grafik 4.14 Regangan Rata-rata (Perlakuan NaOH dan NaCl).............................86 Grafik 4.15 Perbandingan Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 2,5%.......86 Grafik 4.16 Perbandingan Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 5%..........87 Grafik 4.17 Perbandingan Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 7,5%.......87 Grafik 4.18 Perbandingan Regangan Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 2,5%.......88 Grafik 4.19 Perbandingan Regangan Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 5%..........89 Grafik 4.20 Perbandingan Regangan Rata-rata antara Perendaman NaOH dengan (NaOH dan NaCl) Persentase 7,5%.......89
Gambar 4.7 Patahan Pada Komposit (Tanpa Perendaman)...................................91Gambar 4.8 Patahan Pada Komposit (2,5% NaOH dan NaCl)..............................91Gambar 4.9 Patahan Pada Komposit (5% NaOH dan NaCl).................................92Gambar 4.10 Patahan Pada Komposit (7,5% NaOH dan NaCl)............................92Gambar 4.11 Foto Mikro Komposit Serat Kapas Widuri......................................93DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Perbandingan Fraksi Volume NaOH dengan Aquades.........................38Tabel 3.2 Perbandingan Fraksi Volume NaCl dengan Aquades...........................39Tabel 4.1 Hasil Pengujian Impak Resin Poliester………………………..……....66Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat.................67Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat(2,5% NaOH dan NaCl).........................................................................67
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat(5% NaOH dan NaCl)…........................................................................68
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat(7,5% NaOH dan NaCl).........................................................................68
Tabel 4.6 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata(Perlakuan NaOH)..................................................................................69
Tabel 4.7 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata(Perlakuan NaOH dan NaCl).................................................................70
Tabel 4.8 Sifat Mekanik Matrik Poliester..............................................................80Tabel 4.9 Sifat Mekanik Komposit Tanpa Perendaman Serat...............................81Tabel 4.10 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat(2,5% NaOH danNaCl)..82Tabel 4.11 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (5% NaOH dan NaCl)...82Tabel 4.12 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat(7,5% NaOH dan NaCl).83Tabel 4.13 Kekuatan Tarik Dan Regangan Rata-rata (Perlakuan NaOH).............83Tabel 4.14 Kekuatan Tarik Dan Regangan Rata-rata(Perlakuan NaOH dan NaCl)................................................................84
INTI SARI
Pohon kapas widuri merupakan tumbuhan yang banyak terdapat di daerah tepi pantai. Namun demikian pemanfaatannya masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat, padahal didalamnya tersimpan potensi yang sangat besar salah satunya sebagai bahan komposit.
Pada penelitian ini, penulis membuat komposit menggunakan serat kapas widuri sebagai reinforcement agent dan resin Poliester sebagai matriks. Sebelum pembuatan komposit, serat kapas widuri direndam dalam larutan NaOH selama 3 jam dan pada larutan NaCl selama 2 jam. Konsentrasi NaOH dan NaCl yang digunakan adalah tanpa perendaman, 2,5% NaOH dan NaCl, 5% NaOH dan NaCl, dan 7,5% NaOH dan NaCl. Orientasi serat dalam komposit ini adalah acak (Isotropic).
Pengujian-pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini yakni pengujian tarik memperoleh nilai kekuatan tarik dan regangan komposit, pengujian impak mengetahui ketahanan patah dan keuletan komposit, dan pengamatan mikro mengetahui struktur mikro pada komposit.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai energi patah yang paling besar ada
- 3
pada komposit dengan perendaman 2,5% NaOH dan NaCl yaitu 246,69 x 10 Joule. Sedangkan nilai keuletan yang paling tinggi dimiliki oleh komposit dengan perendaman 2,5% NaOH dan NaCl yaitu 2,81 kJ/m². Hasil dari uji tarik menunjukkan perendaman 5% NaOH dan NaCl serat memiliki kekuatan tarik yang paling bagus yaitu 17,57 Mpa dan regangan rata-rata tertinggi pada perendaman 2,5% NaOH dan NaCl sebesar 0,88%. Pengaruh perendaman serat tidak berpengaruh terhadap keuletan. Nilai keuletan komposit serat tanpa perendaman memiliki nilai paling tinggi. Pada penelitian ini perendaman serat dengan NaCl sedikit meningkatkan kekuatan tarik komposit.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kemajuan ilmu pengetahuan yang semakin pesat kita dituntut untuk selalu maju dan berkembang. Bahan teknik adalah salah satu diantara komponen yang berpengaruh terhadap perkembangan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi Dalam pembuatan barang, bahan adalah sebuah komponen yang sangat penting dibanding komponen lainnya. Dari penemuan bahan logam dan non-logam yang digunakan untuk peralatan setiap hari, manusia mengabungkan beberapa unsur bahan menjadi satu bahan campuran yang mempunyai sifat yang lebih baik dari bahan sebelumnya. Melihat betapa pentingnya bahan-bahan teknik pada industrialisasi dan menunjang persaingan bebas dengan negara industri lainnya maka perlu dipelajari dan diketahui tentang pencetakan komposit.
Keterbatasan sumber daya alam mineral menuntut perkembangan teknologi. Pada beberapa tahun belakangan untuk mengupayakan material-material baru yang dapat mengantikan bahan utama logam maka, komposit adalah salah satu bahan teknik yang banyak diteliti, digunakan dan terus dikembangkan. Seperti kita ketahui komposit merupakan material alternative pengganti logam yang memiliki sifat gabungan, yaitu gabungan antara bahan matrik sebagai pengikat dan reinforcement atau bahan penguat. Komposit juga memiliki beberapa keuntungan disbanding bahan lain yaitu mempunyai ketahanan korosi yang tinggi, pengontrolan manufaktur yang
2 lebih mudah dan rasio berat terhadap kekuatannya yang kecil. Dalam berbagai aplikasi komposit terbukti efektif pada penggunaanya sebagai bahan teknik. Beberapa keunggulan komposit dibanding dengan bahan logam menurut (Jones, R.M., 1975)
1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan yang cukup tinggi. Sehingga dapat memberikan kekuatan dan kekakuan yang melebihi sifat logam.
2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.
3. Daya redam bunyi yang baik.
4. Bahan komposit dapat dirancang terhindar dari korosi.
5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan (appearance) dan kehalusan permukaan yang lebih baik.
Komposit tersususun dari dua komponen penting yaitu matriks sebagai pengikat dan pengisi sebagai penguat. Komposit merupakan material alternatif pengganti logam yang memiliki beberapa sifat yang menguntungkan antara lain mempunyai ketahanan korosi yang tinggi, rasio berat terhadap kekuatannya yang kecil, dan pengontrolan manufaktur yang cukup mudah. Komposit serat merupakan perpaduan antara serat sebagai komponen penguat dan matrik sebagai komponen penguat dari serat. Serat biasanya memiliki kekuatan dan kekakuan yang lebih besar dari pada matrik dan juga bersifat ortotropik. Apabila kedua bahan antara serat dan matrik dipadukan untuk membuat komposit maka kedua komponen tersebut tetap mempertahankan sifat-sifat aslinya dan secara langsung akan berpengaruh terhadap sifat komposit yang dihasilkan. Harga kekuatan dan kekakuan suatu komposit terletak diantara kekakuan dan kekuatan serat dan jenis matrik yang digunakan. Sehingga
3 kemampuan komposit terdapat antara kemampuan serat dan matrik pengikatnya, serta memiliki sifat-sifat dari bahan yang menjadi penyusunya (Hadi, 2000)
Dibawah ini dicantumkan grafik kekuatan tarik komposit dan komponen penyusunnya menurut Murphy (Jones, R.M., 1975):
serat komposit matriks
Grafik 1.1 Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya
Secara garis besar serat dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu serat organik dan serat sintetik. Serat organik yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat jerami, serat pisang, serat kapas, serat kelapa, dll. Kelebihan serat alami ini harga murah, mudah didapatkan, ringan, dapat didaur ulang dan tidak beracun. Sedangkan kekurangan serat alami struktur serat tidak homogen, kekuatan serat tidak merata dan tidak tahan pada suhu tinggi.
Sedangkan serat sintetik atau buatan yaitu serat yang dibuat dari bahan- bahan anorganik, misalnya glass dan keramik. Kelebihan memakai serat sintetik yaitu mempunyai kekuatan tinggi, homogen, harga rendah, isolator listrik yang baik dan mempunyai sifat anti korosi. Sedangkan kekurangan dari serat sintetik yaitu tidak
4 dapat didaur ulang dan serbuk atau debu dapat menjadi racun apabila terhirup dan masuk kedalam tubuh.
Serat kapas widuri merupakan bahan organik yang berasal dari alam dan banyak kita temui di Indonesia. Serat kapas widuri biasa ditemukan didaerah pesisir pantai. Serat kapas widuri merupakan fenomena yang menarik untuk diteliti sebagai serat alami penguat material komposit. Walaupun serat kapas widuri banyak terdapat disekitar kita namun demikian pemanfaatannya masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat, padahal didalamnya tersimpan potensi yang sangat besar salah satunya sebagai bahan komposit. Buah kapas widuri tersusun dari serat-serat yang berbentuk seperti benang pendek dan ringan seperti kapas. Serat pada kapas widuri sangat mudah untuk dipisahkan dari buahnya dengan proses pengeringan dan pemisahan. Pengeringan dilakukan karena buah kapas widuri sangat banyak mengandung getah yang sangat lengket. Keungulan barang yang dihasilkan dari serat kapas widuri antara lain tahan terhadap korosi, ringan, pewarnaan dan tekstur dapat dimodifikasi. Pohon kapas widuri banyak sekali kita temukan di daerah Kulon Progo tepatnya di sepanjang pantai Gelagah sampai dengan pantai Conggot.
5
1.2 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui :
1. Untuk mengetahui sifat-sifat fisis dan mekanis dari komposit serat kapas widuri dengan perendaman NaOH dan NaCl terhadap pengujian impak dan pengujian tarik.
2. Untuk mengetahui jenis patahan yang terjadi pada komposit kapas widuri setelah mendapat perlakuan fisis maupun mekanis.
3. Mencari komposisi NaOH dan NaCl yang tepat antara 2,5 % NaOH dan NaCl ; 5 % NaOH dan NaCl atau 7,5 % NaOH dan NaCl, agar didapat proses perendaman serat dengan NaOH dan NaCl dapat maksimal.
1.3 Batasan Masalah
Pada penelitian ini penulis membatasi masalah pada :
1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik dan pengujian impak.
2. Pada penelitian ini dilakukan perlakuan kimia serat dengan perendaman NaOH (2,5% ; 5% ; 7,5%) selama tiga jam dan dilanjutkan perendaman NaCl (2,5% ; 5% ; 7,5%) selama dua jam.
3. Pada penelitian ini menggunakan serat kapas widuri.
4. Penelitian ini menggunakan orientasi serat acak.
5. Matrik yang digunakan sebagai bahan pengikat adalah Poliester Bening Super.
6
1.4 Metodologi Penulisan
Pada BAB I ini, penulis membahas latar belakang, tujuan penelitian, batasan masalah serta sistematika penulisan, selanjutnya pada BAB II akan diuraikan tentang pengertian komposit dan jenis-jenis komposit, khususnya komposit serat, bahan penguat dan matrik penggikat dimana bahan-bahan ini adalah bagian-bagian dari komposit. Urutan tentang proses pembuatan specimen beserta pengujian fisik dan mekaniknya akan diuraikan pada BAB III, data dan pembahasan tentang hasil pengujian akan dibahas pada BAB IV, selanjutnya kesimpulan dan saran-saran akan dibahas pada BAB V
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Komposit
Komposit adalah penggabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut matrik berfungsi sebagai pengikat dan fase kedua disebut dengan penguat yang berfungsi sebagai penguat bahan komposit secara keseluruhan. Serat adalah unsur utama komposit. Serat adalah bagian yang sangat menentukan karakteristik komposit, seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lainnya. Serat juga yang menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada komposit. Matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik (Hadi, B.K., 2000).
Komposit serat dapat diklasifikasikan dalam berbagai jenis, tergantung pada orientasi dan jenis seratnya. Banyaknya serat dan ukurannya menentukan kemampuan komposit dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Semakin panjang ukuran serat, maka semakin efisien pula dalam menahan gaya yang bekerja pada arah serat. Serat yang panjang juga bermanfaat untuk menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara serat dan matrik.
Komposit serat kontinyu sangat kuat dan liat bila dibandingkan dengan komposit serat yang tidak kontinyu. Selain bahan serat, bahan lain pembuat komposit yang penting adalah bahan matrik. Hal ini karena serat tanpa matrik tidak dapat menahan gaya transversal dan gaya dalam arah tekan. Matrik juga berguna untuk meneruskan gaya dari satu serat ke serat yang lain.
2.2. Penggolongan Komposit
Penggolongan komposit sering dibedakan menurut bentuk dan bahan matriks pengikat sebagai bahan penguatnya. Komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis (Jones, R.M., 1975) 1.
Fibrous composites
Komposit ini mengunakan bahan penguat serat yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks.
Bahan pengikat atau matrik yang digunakan dapat berupa polymer, logam maupun keramik. Dan serat ada dua macam yaitu serat organik dan serat sintetik. Untuk dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi dari pada matriknya dan juga harus ada ikatan permukaan antara komponen pengguat dan matriks (Van Vlack, L.H., 1985).
2. Laminated composites Komposit ini tersusun dari dua atau lebih material yang disusun berlapis-lapis.
Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat thermal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.
3. Particulated composites Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam matriks.
Material bisa dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu jenis material dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan metal atau dari bahan non- metal. Jenis-jenis Particulated composites :
a. Partikel komposit organik
b. Partikel komposit non organic Komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dibedakan menjadi (Hadinoto, B.T.P, 2006) :
1. Komposit Matrik Logam (Metal Matriks Composite) Matriks yang digunakan pada komposit ini adalah logam, dan sebagai bahan pengikatnya adalah berupa partikel keramik atau fiber yang dapat terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron. Cermet merupakan salah satu tipe paling umum dari komposit matrik logam, dan cermet merupakan bahan komposit matrik logam dengan reinforcing agent berupa keramik.
2. Komposit Matrik Keramik (Ceramik Mateks Composite) Komposit keramik memiliki beberapa kelebihan seperti kekakuan, kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan yang rendah.
Komposit keramik memiliki kelemahan seperti tegangan tarik rendah dan ketangguhan (toughness) rendah. Pembuatan komposit dengan matrik keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal. Model yang digunakan adalah dengan metode metalurgi serbuk. Dan sebagai matrik dapat digunakan Alumina (Al
2 O 3 ), Karbida boron (B
4 C),
Nitrid boron (BN), Karbida silicon (SiC), Nitrid silicon (Si
3 N 4 ), Karbida
titanium (TiC). Dan sebagai fibernya dapat digunakan karbon, SiC dan Al
2 O 3 .
3. Komposit Matriks Polimer (Polimer Matriks Composite) Komposit matriks polimer adalah jenis yang paling banyak digunakan karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Sebagai bahan pengguat dari komposit ini dapat berupa partikel, fiber, dan flake, yang masing-masing dibedakan lagi menjadi bahan pengguat metal dan organik.
2.3. Komponen Bahan Komposit
Komposit adalah penggabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut matrik yang berfungsi sebagai pengikat dan fase kedua disebut reinforcement yang berfungsi untuk memperkuat bahan komposit. Unsur utama dari komposit adalah serat, serat inilah yang terutama menentukan karakteristik komposit.
Serat tergantung pada geometri dan jenis seratnya. Serat adalah sebagai unsur utama dalam komposit. Penentuan kemampuan dari komposit dalam menahan gaya- gaya yang bekerja sangat bergantung dari banyaknya serat dan ukuran serat yang digunakan. Semakin panjang ukuran serat, semakin efisien pula dalam menahan gaya yang bekerja pada arah serat. Serat yang panjang dapat mengilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antar serat dan matrik.
Matrik dalam komposit dapat berupa logam, keramik dan polimer. Fase kedua yang sering disebut reinforcing agent berfungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Reinforcement agent pada komposit dapat berbentuk fiber (serat), partikel, flake.
Gambar 2.1 Bentuk-Bentuk Reinforcement Agent (Hadinoto, B.T.P, 2006)2.4. Komposit Serat
Serat digunakan sebagai bahan utama penguat komposit. Semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah. Komposit serat dapat dibuat dari serat dan matriks logam maupun non logam atau kombinasi dari keduanya. Serat organik adalah salah satu bahan yang biasa digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang berasal dari alam misal tumbuhan.
2.4.1. Faktor Matrik
Matriks merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang bermacam-macam. Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik tersebut mempunyai fungsi yang sama yaitu :
1. Sebagai transfer beban, yaitu mendistribusikan beban kepada serat yang memiliki modulus kekuatan yang lebih tinggi.
2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan komposit
fiber-reinforced plastic , matrik harus mempunyai system adhesi yang baik
terhadap serat untuk menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena berhubungan erat dengan transfer beban tidak akan sempurna. Hal ini mengakibatkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan serat (debonding failure).
3. Melindungi permukaan serat, permukaan serat penguat cenderung megalami abrasi yang diakibatkan oleh perlakuan secara mekanik, misalnya gesekan antar serat.
4. Menjaga serat terdispresi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan retakan atau kegagalan).
5. Memiliki keserasian thermal dan kimiawi terhadap seratnya untuk jangka waktu yang lama.
Fungsi matrik terutama sebagai pemegang serat agar tidak bergeser, pelindung filament terhadap keausan, goresan, dan zat kimia ganas, serta sebagai pelintas (transfer) tegangan ke serat. Matrik untuk komposit polimer dapat berupa resin polyester unsaturated dan resin epoksi.
Bahan matriks jenis polimer dibagi menjadi dua jenis : 1.
Polimer Termoset
Adalah bahan matrik yang dapat menerima suhu tinggi atau tidak berubah karena panas. Contoh : Poliimid, Amid, dan Polidifenileter.
2. Polimer termoplastik
Adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi atau akan berubah karena panas. Contohnya : PEEK (Poly-Ether-Ether-ketone), PEI
(Poly-Ether-Imide), Nilon, dll.
Untuk mendapatkan komposit yang baik diperlukan syarat khusus dari tiap fase penyusunnya agar system benar-benar bekerja sebagai komposit. Prasyarat matriks antara lain : a) Mengikat serat-serat dan menjaga permukaan tidak rusak.
b) Menjaga serat terdispersi dan terpisah, artinya tidak ada perambatan retakan atau kegagalan.
c) Efisien memindahkan tegangan ke serat dengan perekatan.
d) Kimia dengan serat serasi dalam waktu yang lama.
Poliester adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan hardener. Pencampuran kedua jenis bahan tersebut dengan perbandingan yang tepat akan menghasilkan massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada kulit, kayu, logam ataupun pada beton. Karakteristik poliester yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan korosi, kuat, kurang tahan temperature tinggi, dan kurang tahan benturan. Poliseter dapat diperkuat dengan bermacam-nacam serat dan lebih menguntungkan dibandingkan hanya degan memakai poliester atau serat saja.
Resin poliester relative lebih murah jika dibanding dengan epoksi. Resin poliester memiliki kekuatan yang lebih rendah bila dibandingkan dengan resin epoksi. Poliester banyak digunakan sebagai matrik pada fiber-reinforced plastic. Keuletan dan kekerasan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan antara resin dan hardener dan proses pengeringnya (dingin-panas).