NASKAH PUBLIKASI TUGAS AKHIR Optimalisasi Kekuatan Bendingdan Impact Komposit Berpenguat Sekam Padi Bermatrik Urea Formaldehydeterhadap Fraksi Volum Dan Tebal Core.
NASKAH PUBLIKASI
TUGAS AKHIR
OPTIMALISASI KEKUATAN BENDING DAN IMPACT
KOMPOSIT BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK
UREAFORMALDEHYDE TERHADAP FRAKSI VOLUM
DAN TEBAL CORE
Makalah Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk mengikuti
Ujian Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh:
EKO YUWINANTO
NIM : D 200 020 104
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
OPTIMALISASI KEKUATAN BENDING DAN IMPACT KOMPOSIT
BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK UREA FORMALDEHYDE
TERHADAP FRAKSI VOLUM DAN TEBAL CORE
Eko Yuwinanto, Bambang Waluyo F, Agus Hariyanto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
JL. A. Yani Pabelan Kartasura Tromol Pos I Sukoharjo
ABSTRAKSI
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan
bending dan impact yang optimal dari komposit berpenguat sekam padi
bermatrik urea formaldehyde pada fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70 %
dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm,dengan
perlakuan alkali serta mengetahui jenis patahan dengan pengamatan
makro pada spesimen yang memiliki harga optimal dari pengujian bending
dan impact.
Pada penelitian ini bahan yang dipergunakan adalah sekam padi
bermatrik urea formadehyde yang disusunan acak dengan fraksi volume
40 %, 50 %, 60 %, 70 % dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10
mm, 15 mm, 20 mm. Pembuatan dengan cara press mold, pengujian
bending yang dilakukan dengan acuan standar ASTM D 790-02 dan
impak izod dengan acuan standart ASTM D 256-00.
Hasil pengujian didapat pada fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70
% dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm pada
pengujian bending yang paling optimal yaitu pada spesimen tebal 5 mm
pada Vf 50% sebesar 1,99 Mpa dan pada uji impak yang paling optimal
komposit serat sekam padi acak yaitu pada spesimen dengan tebal 5mm
Vf 50% yaitu sebesar 0,0906 J/mm2, selanjutnya engamatan struktur
makro didapatkan jenis patahan broken fiber.
Kata kunci : Sekam Padi, Urea Formadehyde, Bending, Impak
PENDAHULUAN
Saat ini pemanfaatan sekam
padi tersebut masih sangat sedikit,
sehingga sekam tetap menjadi bahan
limbah
yang
mengganggu
lingkungan. Salah satu hal yang
paling sering dilakukan petani
terhadap sekam padi adalah dengan
pembakaran., akan tetapi aktivitas ini
dapat meningkatkan jumlah polutan
dalam udara dan dapat mengganggu
kesehatan masyarakat sebenarnya
masih banyak cara lebih produktif
dan ekonomis dalam pengolahan
limbah tersebut.
Resin Urea Formaldehide (UF)
merupakan bahan pendukung resin
Fenol Formaldehide yang penting
karena dapat memberikan warnawarna terang. Selain itu, laju
pengerasan pada temperatur kamar
yang cepat membuat resin ini cocok
digunakan sebagai perekat produk
core karena komponen core di dalam
struktur panel komposit sandwich
menderita pembebanan yang rendah.
BATASAN MASALAH
Batasan
masalah
dalam
penelitian
ini
ditujukan
untuk
membahas kekuatan bending dan
harga impak pada fraksi volume 40
%, 50 %, 60 %, 70 % dan ketebalan 5
mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm dari
komposit berpenguat sekam padi dan
bermatrik urea formaldehide dengan
proses press mold.
TUJUAN PENELITIAN
Maksud dari penelitian ini untuk
mengetahui kekuatan bending dan
kekuatan
impak serta
struktur
patahan pada pengujian bending dan
pengujian impak dengan Foto Makro.
TINJAUAN PUSTAKA
Ardian (2007) Tujuan
penggunaan
sekam
padi
dari
ini
disamping harganya murah juga
mudah didapat, ukuran dari serbuk
sekam padi yaitu 200 µm, 250 µm,
355 µm, 400 µm.sedangkan bijih
plastik
yang
digunakan
yaitu
polietilene jenis HDPE (High Density
Polietilen). Sedangkan ukuran fraksi
volume serbuk sekam padi dan
polietilene adalah 5%:95%, 10% :
90%, 15% : 85%, 20%:80%,
25%:75%,
30%:70%,
35%:65%,
40%:60%.
Metode
pengujian
komposit ini menggunakan uji impak
jenis
Izod.
Berdasarkan
hasil
percobaan dapat disumpulkan bahwa
ada pengaruh variabel mesh serbuk
sekam padi dengan fraksi volume
serbuk
sekam
padi
terhadap
kekuatan impak komposit.
Landasan Teori
Komposit adalah suatu bahan
yang merupakan gabungan atau
campuran dari dua material atau lebih
pada skala makroskopis untuk
membentuk material ketiga yang
lebih bermanfaat. Pada dasarnya
material komposit merupakan bahan
yang homogen yang dibuat dengan
cara penggabungan fisis antara dua
atau lebih jenis material untuk
memperoleh karakteristik dan sifat
tertentu yang diinginkan. Secara garis
besar
komposit
diklasifikasikan
menjadi tiga macam (Jones, R. M.,
1975), yaitu:
1. Komposit
serat
(Fibrous
Composites)
2. Komposit partikel (Particulate
Composites)
3. Komposit
lapis
(Laminates
Composites)
Penguat (reinforment)
Serat atau fiber dalam bahan
komposit berperan sebagai bagian
utama
yang
menahan
beban,
sehingga besar kecilnya kekuatan
bahan komposit sangat tergantung
dari kekua
kuatan serat pembentuknya.
Pada pen
enelitian ini bahan komposit
yang digu
gunakan adalah sekam padi
bermatrik
ik urea Formaldehide (UF)
dengan h
hardener sebesar 1 % .
Sekam pa
padi adalah bagian terluar
penggilinga
ngan padi dilakukan.
Matrik
Berfu
rfungsi sebagai pengikat
bahan pe
penguat, dan juga sebagai
pelindung
g partikel dari kerusakan
oleh faktor
ktor lingkungan. Matriks Urea
Formaldeh
ehide banyak digunakan
n
terutama
a untuk aplikasi konstruksi
ringan, se
selain itu harganya yang
g
relatif sang
ngat murah. Keuntungan lain
matriks U
Urea Formaldehide adalah
mudah diko
dikombinasikan dengan serat,
tetapi me
memiliki kelemahan mudah
rapuh terh
rhadap air. Bahan diproduksi
oleh PT
T PAMOLITE ADHESIVE
INDUSTRY
RY
di
Probolinggo,
Pemberian
ian
bahan
tambahan
hardener jjenis HU-12 pada resin UF
berfungsi
si u
untuk mempercepat proses
pengerasa
san cairan resin (curing)
pada suhu
hu yang lebih tinggi.
Analisis pe
perhitungan pada komposit :
1. Pengujia
ujian Bending
Metod
tode test ini digunakan untuk
menentuka
kan kekuatan bending dari
material te
terhadap momen lengkung.
Gamba
bar
1.Penampang
uji
bending
ing
(ASTM D 790 – 02)
Momen ya
yang terjadi pada komposit
dapat dihit
hitung dengan persamaan :
P L
M= ×
..............................1
2 2
Menentuka
kan
kekuatan
bending
mengguna
nakan persamaan (Standart
ASTM D79
790-02) :
3.Ρ. L
…….……………….
……………….2
2.b.d 2
Sedangkan
untuk
menentukan
modulus
elastisita
sitas
bending
menggunakan rumuss se
sebagai berikut
(Standart ASTM D790-- 02) :
L3 .m
Εb =
…………………….
……………………..3
4b.d 3
dimana:
M
= Momen (Nmm
m)
L
= Panjang span
n (mm)
P
= Gaya (N)
Eb
= Modulus E
Elastisitas
(MPa)
= Kekuatan bend
ending (MPa)
σb
d
= Tebal (mm)
b
= Lebar (mm)
m
= Hubungan ta
tangensial dari
kurva defleksi
ksi (N/mm)
2. Pengujian Impak
Kekuatan mater
terial terhadap
beban kejut dapat dik
diketahui dengan
cara malakukan uji im
impak. Semakin
kuat ikatan antar mol
olekulnya maka
semakin tinggi pula ha
harga impaknya.
Pengujian komposit da
dapat dilakukan
dari arah depan dan sa
samping
σb =
Gambar 2. penamp
mpang uji impak
(standart ASTM D-2
256)
Harga impak be
benda uji dapat
dihitung dengan persam
samaan berikut:
Eserap = G×R (Cosβ-C
Cosα)
Keterangan :
ang terserap (J)
Eserap = Energi yan
G
= Berat beb
beban/pembentur
(N)
R
= Jari-jari p
putar ke titik
berat pemb
mbentur (m)
β
= Sudut ayu
yunan pendulum
setelah
mematahkan
spesimen
α
= Sudut
pendulum
sebelum diayunkan
HI =
Keterangan :
HI
= Harga impak (J/mm2)
Eserap = Energi yang terserap (J)
A
= Luas dibawah takik (mm2)
METODE PENELITIAN
Bahan
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah :
1. Sekam Padi.
2. Resin Urea Formaldehide dan
katalis HU-12 .
Alat
Alat yang digunakan :
1. Alat Uji Kadar Air
Alat
ini
digunakan
untuk
mengukur kandungan air pada
sekam padi.
2. Timbangan digital
Digunakan untuk menimbang
sekam
padi
dan
urea
formaldehide.
3. Cetakan benda uji
Cetakan yang digunakan terbuat
dari
kaca
bening
dengan
ketebalan 5mm, 10mm, 15mm
,dan 20 mm.
4. Alat Pressmold.
Alat Pressmold ini digunakan
untuk
membantu
proses
pengepresan pada spesimen
benda uji komposit.
5. Alat-alat Bantu Lain
Alat Bantu lain yang digunakan,
meliputi : sendok, cutter, kit
mobil, pisau, spidol, gergaji besi,
obeng, dan gelas ukur.
6. Alat-alat uji bending dan impak.
Spesimen
Pada
proses
pembuatan
spesimen uji. Spesimen yang akan
diuji jumlahnya yaitu 5 spesimen tiap
Fraksi volume dan tebal. Untuk uji
bending ukuran spesimennya yaitu
panjang 96 mm, lebar 12 mm dan
tinggi variasi yaitu 5, 10, 15, 20mm.
Untuk uji impak ukuran spesimennya
yaitu lebar 12,7 mm, tebal 5, 10, 15,
20 mm dan panjang spesimennya
sama 64mm.Dimensi spesimen yang
akan diuji dapat dilihat pada gambar
(3 dan 4) berikut ini:
Gambar 3. Spesimen uji bending
komposit sekam padi bermatrik urea
formaldehide.
Gambar 4. Spesimen uji Impak
komposit sekam padi bermatrik urea
formaldehide
Diagram alir penelitian
Proses pemotongan spesimen
menggunakan
gergaji
besi.
Spesimen
dipotong
sesuai
dengan ukuran standart yang
digunakan.
3. Proses pengujian
Pengujian
bending
di
Laboratorium
material
teknik
UGM dan impact dilakukan di
laboratorium
material
teknik
SANATA DHARMA.
4. Analisa data dan hasil
Setelah didapatkan data hasil
pengujian kemudian data diolah
untuk dibuat grafik dan dianalisa
untuk dapat ditarik sebuah
kesimpulan.
Mulai
Study Literatur dan
Survey Lapangan
Persiapan Bahan
Pembuatan cetakan dengan
variasi ketebalan 5mm,
10mm, 15mm, dan 20mm,
Sekam padi Dengan Vf
40%, 50%, 60%, 70%
Resin Urea formaldehide
dan HU-12 1%
Pembuatan Komposit Core
dengan metode press
Pembuatan Spesimen
sesuai Standart
Pengujian
Uji bending (ASTM
D790-02)
Uji impak (ASTM
D256)
Foto Makro
Hasil
Analisa dan Pembahasan
ANALISA DAN PEMBAHASAN
HASIL
1. Pengujian Bending
Tabel 1. Hasil Perhitungan Rata-rata
Pengujian tegangan bending.
Tebal
spesimen
Kesimpulan
5 mm
Selesai
10 mm
Gambar 5.Diagram alir penelitian
Proses pembuatan komposit
sekam padi dengan matrik urea
formaldehide adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan benda uji.
Pembuatan
benda
uji
menggunakan cetakan dari kaca
dengan metode hot press. Bahan
yang digunakan yaitu sekam padi
dengan matrik urea formaldehide.
Dimana perbandingan sekam padi
Vf = 40%, 50%, 60%, 70%, dan
urea formaldehide Vm = 70%,
60%, 50%, 40%, dengan variasi
ketebalan 5, 10, 15, 20 mm.
2. Pembuatan spesimen
15 mm
20 mm
Fraksi volume
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
Tegangan
bending (Mpa)
1,76
1,99
1,73
1,47
1,60
1,68
1,39
1,29
1,27
1,49
1,39
1,09
0,94
1,29
0,99
0,78
tebal 5mm
Tebal 5mm
2.50
Tebal 10mm
1.99
1.68
1.49
1.29
1.50
Tebal 15mm
Teba l20mm
1.00
0.50
0.00
Harga Impak rata-rata
(J/mm2)
Tegangan Bending
(Mpa)
2.00
0.1000
0.0900
0.0800
0.0700
0.0600
0.0500
0.0400
0.0300
0.0200
0.0100
0.0000
tebal 10mm
0.0906
tebal 15mm
tebal 20mm
0.0355
40
40
50
60
70
Fraksi Volume
(%)
Gambar
6.
Grafik
Hubungan
Tegangan bending rata-rata dengan
fraksi volume.
Pembahasan uji Bending komposit
Tegangan bending rata-rata tertinggi
pada komposit serat acak sekam padi
pada sepesimen tebal 5 mm,Vf
50%sp, 50%uf yaitu 1,99 MPa, dan
tegangan bending rata-rata terendah
pada sepesimen tebal 20 mm, Vf
70%sp, 30%uf yaitu 0,78 MPa.
2. Pengujian Impak
Tabel 2. Hasil Perhitungan Rata-rata
Pengujian tegangan impak
Tebal
spesimen
5 mm
10 mm
15 mm
20 mm
Fraksi volume
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
Tegangan
Impak (J/mm2)
0,0906
0,0890
0,0795
0,0785
0,0587
0,0572
0,0480
0,0454
0,0463
0,0471
0,0450
0,0464
0,0355
0,0398
0,0361
0,0375
50
60
Fraksi Volume
(%)
70
Gambar 7. Grafik Hubungan Harga
Impak Rata-rata dengan Fraksi
Volume.
Pembahasan uji impak komposit
Harga impak rata-rata tertinggi
pada komposit serat acak sekam padi
pada sepesimen tebal 5 mm, Vf 40%,
60%uf yaitu 0,0906 J/mm2, dan harga
impak rata-rata terendah pada
sepesimen tebal 20 mm, Vf 40%sp,
60%uf yaitu 0,0355 J/mm2.
.
Foto Patahan Makro
1. Foto Patahan Bending
Kegagalan akibat gaya tekan (A)
Kegagalan akibat gaya tarik (B)
A
B
Gambar 8. Foto struktur makro pada
spesimen uji bending
2. Foto Patahan Impak
Patah akibat benturan (1)
1
Gambar 9. Foto struktur makro pada
spesimen uji Impak.
Pembahasan Foto makro
Pada foto patahan diatas, dapat
dilihat kegagalan komposit terjadi
pada semua komponennya. Dari hasi
foto patahan dapat dilihat bahwa jenis
patahan yang terjadi adalah patahan
jenis broken fiber. Patahan broken
fiber yaitu patahan pada spesimen
dimana serat mengalami patah atau
rusak dan membentuk seperti
serabut.
KESIMPULAN
Dari
hasil
pengujian
dan
pembahasan data yang diperoleh,
dapat disimpulkan :
1. Dari data-data yang telah diperoleh
menunjukkan
harga
kekuatan
bending yang paling optimal yaitu
pada spesimen tebal 5 mm pada Vf
50% sebesar 2,08 MPa.
2. Dari data-data yang telah diperoleh
harga impak yang paling optimal
komposit serat sekam padi acak
yaitu pada spesimen dengan tebal
5mm Vf 50% yaitu sebesar 0,0906
J/mm2.
3. Pola kegagalan komposit terjadi
pada semua komponennya. Dari
hasi foto patahan dapat dilihat
bahwa jenis patahan yang terjadi
adalah patahan jenis broken fiber.
Patahan broken fiber yaitu patahan
pada spesimen dimana serat
mengalami patah atau rusak dan
membentuk seperti serabut.
PERSANTUNAN
Banyak pihak yang turut berperan
membantu penulis dalam penelitian
ini sehingga kami mengucapkan
terima kasih khususnya kepada :
1. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT
selaku Pembimbing I dalam
mengerjakan Tugas
Akhir ini.
2. Bapak Bambang Waluyo F, ST,
MT selaku pembimbing II
dalam
mengerjakan
Tugas
Akhir ini.
3. Rekan-rekan Teknik Mesin.
DAFTAR PUSTAKA
Akhmad, Junaedi 2005. Uji kekuatan bending dan tarik komposit berpenguat
sekam padi dengan variasi fraksi volume 30%, 40%, 50%, 60%, dan
70%, bermatrik polyester. Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Affendi, Hamzah 2007. Teknologi Pengolahan Sekam Padi,
Perpustakaan dan Penyebaran Teknologi Pertanian, Bogor
Pusat
Ardian, Whelly, 2007. Pengaruh Variabel Mesh Dan Fraksi Volume Serbuk
Sekam Padi Terhadap Kekuatan Impak Komposit Polietilen Pada
Proses Injection Moulding, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Malang, Malang.
ASTM D-256, 2002, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics,
An American National Standard.
ASTM D 790-02, 2002. Standard Test Method for Flexural Properties of
Unreinforce and Reinforced Plastics and Electrical Insulating
Materials, An American National Standard.
Callister, W. D., 2007. Material Science and Enginering, An Introduction 7ed,
Department of Metallurgical Enginering The University of Utah, John
Willey and Sons, Inc.
Diharjo, K., dan Triyono, T., 1999. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik,
Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Fauzan, Husain, 2005. Komposit serat pati onggok dengan matrik polyester
terhadap pengujian bending dan impak, Tugas Akhir S-1, Teknik
Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
Gibson, Ronald F. 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New
York : Mc Graw Hill,Inc.
Harper, A. C., 1996. Handbook of Plastics, Elastomers and Composites, Mc
Graw Hill Componies, Inc.
Jones, M. R., 1975. Mechanics of Composite Material, Mc Graww Hill
Kogakusha, Ltd..
Lukkasen, D. and Meidell, A., 2003. Advance Materials and Structures and
their Fabrication Processes, Third edition, Narvik University College,
HiN.
Mueler, Dieter H, 2003. New Discovery in the Properties of Composites
Reinforced with Natural Fibers. JOURNAL OF INDUSTRIAL
TEXTILES, Vol. 33, No. 2. Sage Publications.
Shackelford, James, F., 1992. Introduction to Material Science for
Enginering, London Prentice Hall International, Inc.
Smith, F. W., Hashemi, J., 2006. Foundation of Materials Science and
Enginering, Mc Graw Hill Companies, Inc.
http://www.google.co.id/search?hl=id&q=kandungan+kimia+sekam+padi&btn
G=Telusuri+dengan+Google&meta, 5 Agustus 2010
http://www.scribd.com/doc/48621232/ Komposit, 28 Juli 2010
TUGAS AKHIR
OPTIMALISASI KEKUATAN BENDING DAN IMPACT
KOMPOSIT BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK
UREAFORMALDEHYDE TERHADAP FRAKSI VOLUM
DAN TEBAL CORE
Makalah Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk mengikuti
Ujian Tugas Akhir pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh:
EKO YUWINANTO
NIM : D 200 020 104
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2012
OPTIMALISASI KEKUATAN BENDING DAN IMPACT KOMPOSIT
BERPENGUAT SEKAM PADI BERMATRIK UREA FORMALDEHYDE
TERHADAP FRAKSI VOLUM DAN TEBAL CORE
Eko Yuwinanto, Bambang Waluyo F, Agus Hariyanto
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
JL. A. Yani Pabelan Kartasura Tromol Pos I Sukoharjo
ABSTRAKSI
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kekuatan
bending dan impact yang optimal dari komposit berpenguat sekam padi
bermatrik urea formaldehyde pada fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70 %
dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm,dengan
perlakuan alkali serta mengetahui jenis patahan dengan pengamatan
makro pada spesimen yang memiliki harga optimal dari pengujian bending
dan impact.
Pada penelitian ini bahan yang dipergunakan adalah sekam padi
bermatrik urea formadehyde yang disusunan acak dengan fraksi volume
40 %, 50 %, 60 %, 70 % dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10
mm, 15 mm, 20 mm. Pembuatan dengan cara press mold, pengujian
bending yang dilakukan dengan acuan standar ASTM D 790-02 dan
impak izod dengan acuan standart ASTM D 256-00.
Hasil pengujian didapat pada fraksi volume 40 %, 50 %, 60 %, 70
% dengan variasi ketebalan ketebalan 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm pada
pengujian bending yang paling optimal yaitu pada spesimen tebal 5 mm
pada Vf 50% sebesar 1,99 Mpa dan pada uji impak yang paling optimal
komposit serat sekam padi acak yaitu pada spesimen dengan tebal 5mm
Vf 50% yaitu sebesar 0,0906 J/mm2, selanjutnya engamatan struktur
makro didapatkan jenis patahan broken fiber.
Kata kunci : Sekam Padi, Urea Formadehyde, Bending, Impak
PENDAHULUAN
Saat ini pemanfaatan sekam
padi tersebut masih sangat sedikit,
sehingga sekam tetap menjadi bahan
limbah
yang
mengganggu
lingkungan. Salah satu hal yang
paling sering dilakukan petani
terhadap sekam padi adalah dengan
pembakaran., akan tetapi aktivitas ini
dapat meningkatkan jumlah polutan
dalam udara dan dapat mengganggu
kesehatan masyarakat sebenarnya
masih banyak cara lebih produktif
dan ekonomis dalam pengolahan
limbah tersebut.
Resin Urea Formaldehide (UF)
merupakan bahan pendukung resin
Fenol Formaldehide yang penting
karena dapat memberikan warnawarna terang. Selain itu, laju
pengerasan pada temperatur kamar
yang cepat membuat resin ini cocok
digunakan sebagai perekat produk
core karena komponen core di dalam
struktur panel komposit sandwich
menderita pembebanan yang rendah.
BATASAN MASALAH
Batasan
masalah
dalam
penelitian
ini
ditujukan
untuk
membahas kekuatan bending dan
harga impak pada fraksi volume 40
%, 50 %, 60 %, 70 % dan ketebalan 5
mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm dari
komposit berpenguat sekam padi dan
bermatrik urea formaldehide dengan
proses press mold.
TUJUAN PENELITIAN
Maksud dari penelitian ini untuk
mengetahui kekuatan bending dan
kekuatan
impak serta
struktur
patahan pada pengujian bending dan
pengujian impak dengan Foto Makro.
TINJAUAN PUSTAKA
Ardian (2007) Tujuan
penggunaan
sekam
padi
dari
ini
disamping harganya murah juga
mudah didapat, ukuran dari serbuk
sekam padi yaitu 200 µm, 250 µm,
355 µm, 400 µm.sedangkan bijih
plastik
yang
digunakan
yaitu
polietilene jenis HDPE (High Density
Polietilen). Sedangkan ukuran fraksi
volume serbuk sekam padi dan
polietilene adalah 5%:95%, 10% :
90%, 15% : 85%, 20%:80%,
25%:75%,
30%:70%,
35%:65%,
40%:60%.
Metode
pengujian
komposit ini menggunakan uji impak
jenis
Izod.
Berdasarkan
hasil
percobaan dapat disumpulkan bahwa
ada pengaruh variabel mesh serbuk
sekam padi dengan fraksi volume
serbuk
sekam
padi
terhadap
kekuatan impak komposit.
Landasan Teori
Komposit adalah suatu bahan
yang merupakan gabungan atau
campuran dari dua material atau lebih
pada skala makroskopis untuk
membentuk material ketiga yang
lebih bermanfaat. Pada dasarnya
material komposit merupakan bahan
yang homogen yang dibuat dengan
cara penggabungan fisis antara dua
atau lebih jenis material untuk
memperoleh karakteristik dan sifat
tertentu yang diinginkan. Secara garis
besar
komposit
diklasifikasikan
menjadi tiga macam (Jones, R. M.,
1975), yaitu:
1. Komposit
serat
(Fibrous
Composites)
2. Komposit partikel (Particulate
Composites)
3. Komposit
lapis
(Laminates
Composites)
Penguat (reinforment)
Serat atau fiber dalam bahan
komposit berperan sebagai bagian
utama
yang
menahan
beban,
sehingga besar kecilnya kekuatan
bahan komposit sangat tergantung
dari kekua
kuatan serat pembentuknya.
Pada pen
enelitian ini bahan komposit
yang digu
gunakan adalah sekam padi
bermatrik
ik urea Formaldehide (UF)
dengan h
hardener sebesar 1 % .
Sekam pa
padi adalah bagian terluar
penggilinga
ngan padi dilakukan.
Matrik
Berfu
rfungsi sebagai pengikat
bahan pe
penguat, dan juga sebagai
pelindung
g partikel dari kerusakan
oleh faktor
ktor lingkungan. Matriks Urea
Formaldeh
ehide banyak digunakan
n
terutama
a untuk aplikasi konstruksi
ringan, se
selain itu harganya yang
g
relatif sang
ngat murah. Keuntungan lain
matriks U
Urea Formaldehide adalah
mudah diko
dikombinasikan dengan serat,
tetapi me
memiliki kelemahan mudah
rapuh terh
rhadap air. Bahan diproduksi
oleh PT
T PAMOLITE ADHESIVE
INDUSTRY
RY
di
Probolinggo,
Pemberian
ian
bahan
tambahan
hardener jjenis HU-12 pada resin UF
berfungsi
si u
untuk mempercepat proses
pengerasa
san cairan resin (curing)
pada suhu
hu yang lebih tinggi.
Analisis pe
perhitungan pada komposit :
1. Pengujia
ujian Bending
Metod
tode test ini digunakan untuk
menentuka
kan kekuatan bending dari
material te
terhadap momen lengkung.
Gamba
bar
1.Penampang
uji
bending
ing
(ASTM D 790 – 02)
Momen ya
yang terjadi pada komposit
dapat dihit
hitung dengan persamaan :
P L
M= ×
..............................1
2 2
Menentuka
kan
kekuatan
bending
mengguna
nakan persamaan (Standart
ASTM D79
790-02) :
3.Ρ. L
…….……………….
……………….2
2.b.d 2
Sedangkan
untuk
menentukan
modulus
elastisita
sitas
bending
menggunakan rumuss se
sebagai berikut
(Standart ASTM D790-- 02) :
L3 .m
Εb =
…………………….
……………………..3
4b.d 3
dimana:
M
= Momen (Nmm
m)
L
= Panjang span
n (mm)
P
= Gaya (N)
Eb
= Modulus E
Elastisitas
(MPa)
= Kekuatan bend
ending (MPa)
σb
d
= Tebal (mm)
b
= Lebar (mm)
m
= Hubungan ta
tangensial dari
kurva defleksi
ksi (N/mm)
2. Pengujian Impak
Kekuatan mater
terial terhadap
beban kejut dapat dik
diketahui dengan
cara malakukan uji im
impak. Semakin
kuat ikatan antar mol
olekulnya maka
semakin tinggi pula ha
harga impaknya.
Pengujian komposit da
dapat dilakukan
dari arah depan dan sa
samping
σb =
Gambar 2. penamp
mpang uji impak
(standart ASTM D-2
256)
Harga impak be
benda uji dapat
dihitung dengan persam
samaan berikut:
Eserap = G×R (Cosβ-C
Cosα)
Keterangan :
ang terserap (J)
Eserap = Energi yan
G
= Berat beb
beban/pembentur
(N)
R
= Jari-jari p
putar ke titik
berat pemb
mbentur (m)
β
= Sudut ayu
yunan pendulum
setelah
mematahkan
spesimen
α
= Sudut
pendulum
sebelum diayunkan
HI =
Keterangan :
HI
= Harga impak (J/mm2)
Eserap = Energi yang terserap (J)
A
= Luas dibawah takik (mm2)
METODE PENELITIAN
Bahan
Bahan yang digunakan dalam
penelitian ini adalah :
1. Sekam Padi.
2. Resin Urea Formaldehide dan
katalis HU-12 .
Alat
Alat yang digunakan :
1. Alat Uji Kadar Air
Alat
ini
digunakan
untuk
mengukur kandungan air pada
sekam padi.
2. Timbangan digital
Digunakan untuk menimbang
sekam
padi
dan
urea
formaldehide.
3. Cetakan benda uji
Cetakan yang digunakan terbuat
dari
kaca
bening
dengan
ketebalan 5mm, 10mm, 15mm
,dan 20 mm.
4. Alat Pressmold.
Alat Pressmold ini digunakan
untuk
membantu
proses
pengepresan pada spesimen
benda uji komposit.
5. Alat-alat Bantu Lain
Alat Bantu lain yang digunakan,
meliputi : sendok, cutter, kit
mobil, pisau, spidol, gergaji besi,
obeng, dan gelas ukur.
6. Alat-alat uji bending dan impak.
Spesimen
Pada
proses
pembuatan
spesimen uji. Spesimen yang akan
diuji jumlahnya yaitu 5 spesimen tiap
Fraksi volume dan tebal. Untuk uji
bending ukuran spesimennya yaitu
panjang 96 mm, lebar 12 mm dan
tinggi variasi yaitu 5, 10, 15, 20mm.
Untuk uji impak ukuran spesimennya
yaitu lebar 12,7 mm, tebal 5, 10, 15,
20 mm dan panjang spesimennya
sama 64mm.Dimensi spesimen yang
akan diuji dapat dilihat pada gambar
(3 dan 4) berikut ini:
Gambar 3. Spesimen uji bending
komposit sekam padi bermatrik urea
formaldehide.
Gambar 4. Spesimen uji Impak
komposit sekam padi bermatrik urea
formaldehide
Diagram alir penelitian
Proses pemotongan spesimen
menggunakan
gergaji
besi.
Spesimen
dipotong
sesuai
dengan ukuran standart yang
digunakan.
3. Proses pengujian
Pengujian
bending
di
Laboratorium
material
teknik
UGM dan impact dilakukan di
laboratorium
material
teknik
SANATA DHARMA.
4. Analisa data dan hasil
Setelah didapatkan data hasil
pengujian kemudian data diolah
untuk dibuat grafik dan dianalisa
untuk dapat ditarik sebuah
kesimpulan.
Mulai
Study Literatur dan
Survey Lapangan
Persiapan Bahan
Pembuatan cetakan dengan
variasi ketebalan 5mm,
10mm, 15mm, dan 20mm,
Sekam padi Dengan Vf
40%, 50%, 60%, 70%
Resin Urea formaldehide
dan HU-12 1%
Pembuatan Komposit Core
dengan metode press
Pembuatan Spesimen
sesuai Standart
Pengujian
Uji bending (ASTM
D790-02)
Uji impak (ASTM
D256)
Foto Makro
Hasil
Analisa dan Pembahasan
ANALISA DAN PEMBAHASAN
HASIL
1. Pengujian Bending
Tabel 1. Hasil Perhitungan Rata-rata
Pengujian tegangan bending.
Tebal
spesimen
Kesimpulan
5 mm
Selesai
10 mm
Gambar 5.Diagram alir penelitian
Proses pembuatan komposit
sekam padi dengan matrik urea
formaldehide adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan benda uji.
Pembuatan
benda
uji
menggunakan cetakan dari kaca
dengan metode hot press. Bahan
yang digunakan yaitu sekam padi
dengan matrik urea formaldehide.
Dimana perbandingan sekam padi
Vf = 40%, 50%, 60%, 70%, dan
urea formaldehide Vm = 70%,
60%, 50%, 40%, dengan variasi
ketebalan 5, 10, 15, 20 mm.
2. Pembuatan spesimen
15 mm
20 mm
Fraksi volume
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
Tegangan
bending (Mpa)
1,76
1,99
1,73
1,47
1,60
1,68
1,39
1,29
1,27
1,49
1,39
1,09
0,94
1,29
0,99
0,78
tebal 5mm
Tebal 5mm
2.50
Tebal 10mm
1.99
1.68
1.49
1.29
1.50
Tebal 15mm
Teba l20mm
1.00
0.50
0.00
Harga Impak rata-rata
(J/mm2)
Tegangan Bending
(Mpa)
2.00
0.1000
0.0900
0.0800
0.0700
0.0600
0.0500
0.0400
0.0300
0.0200
0.0100
0.0000
tebal 10mm
0.0906
tebal 15mm
tebal 20mm
0.0355
40
40
50
60
70
Fraksi Volume
(%)
Gambar
6.
Grafik
Hubungan
Tegangan bending rata-rata dengan
fraksi volume.
Pembahasan uji Bending komposit
Tegangan bending rata-rata tertinggi
pada komposit serat acak sekam padi
pada sepesimen tebal 5 mm,Vf
50%sp, 50%uf yaitu 1,99 MPa, dan
tegangan bending rata-rata terendah
pada sepesimen tebal 20 mm, Vf
70%sp, 30%uf yaitu 0,78 MPa.
2. Pengujian Impak
Tabel 2. Hasil Perhitungan Rata-rata
Pengujian tegangan impak
Tebal
spesimen
5 mm
10 mm
15 mm
20 mm
Fraksi volume
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
40%
50%
60%
70%
Tegangan
Impak (J/mm2)
0,0906
0,0890
0,0795
0,0785
0,0587
0,0572
0,0480
0,0454
0,0463
0,0471
0,0450
0,0464
0,0355
0,0398
0,0361
0,0375
50
60
Fraksi Volume
(%)
70
Gambar 7. Grafik Hubungan Harga
Impak Rata-rata dengan Fraksi
Volume.
Pembahasan uji impak komposit
Harga impak rata-rata tertinggi
pada komposit serat acak sekam padi
pada sepesimen tebal 5 mm, Vf 40%,
60%uf yaitu 0,0906 J/mm2, dan harga
impak rata-rata terendah pada
sepesimen tebal 20 mm, Vf 40%sp,
60%uf yaitu 0,0355 J/mm2.
.
Foto Patahan Makro
1. Foto Patahan Bending
Kegagalan akibat gaya tekan (A)
Kegagalan akibat gaya tarik (B)
A
B
Gambar 8. Foto struktur makro pada
spesimen uji bending
2. Foto Patahan Impak
Patah akibat benturan (1)
1
Gambar 9. Foto struktur makro pada
spesimen uji Impak.
Pembahasan Foto makro
Pada foto patahan diatas, dapat
dilihat kegagalan komposit terjadi
pada semua komponennya. Dari hasi
foto patahan dapat dilihat bahwa jenis
patahan yang terjadi adalah patahan
jenis broken fiber. Patahan broken
fiber yaitu patahan pada spesimen
dimana serat mengalami patah atau
rusak dan membentuk seperti
serabut.
KESIMPULAN
Dari
hasil
pengujian
dan
pembahasan data yang diperoleh,
dapat disimpulkan :
1. Dari data-data yang telah diperoleh
menunjukkan
harga
kekuatan
bending yang paling optimal yaitu
pada spesimen tebal 5 mm pada Vf
50% sebesar 2,08 MPa.
2. Dari data-data yang telah diperoleh
harga impak yang paling optimal
komposit serat sekam padi acak
yaitu pada spesimen dengan tebal
5mm Vf 50% yaitu sebesar 0,0906
J/mm2.
3. Pola kegagalan komposit terjadi
pada semua komponennya. Dari
hasi foto patahan dapat dilihat
bahwa jenis patahan yang terjadi
adalah patahan jenis broken fiber.
Patahan broken fiber yaitu patahan
pada spesimen dimana serat
mengalami patah atau rusak dan
membentuk seperti serabut.
PERSANTUNAN
Banyak pihak yang turut berperan
membantu penulis dalam penelitian
ini sehingga kami mengucapkan
terima kasih khususnya kepada :
1. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT
selaku Pembimbing I dalam
mengerjakan Tugas
Akhir ini.
2. Bapak Bambang Waluyo F, ST,
MT selaku pembimbing II
dalam
mengerjakan
Tugas
Akhir ini.
3. Rekan-rekan Teknik Mesin.
DAFTAR PUSTAKA
Akhmad, Junaedi 2005. Uji kekuatan bending dan tarik komposit berpenguat
sekam padi dengan variasi fraksi volume 30%, 40%, 50%, 60%, dan
70%, bermatrik polyester. Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.
Affendi, Hamzah 2007. Teknologi Pengolahan Sekam Padi,
Perpustakaan dan Penyebaran Teknologi Pertanian, Bogor
Pusat
Ardian, Whelly, 2007. Pengaruh Variabel Mesh Dan Fraksi Volume Serbuk
Sekam Padi Terhadap Kekuatan Impak Komposit Polietilen Pada
Proses Injection Moulding, Tugas Akhir S-1, Teknik Mesin Universitas
Muhammadiyah Malang, Malang.
ASTM D-256, 2002, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics,
An American National Standard.
ASTM D 790-02, 2002. Standard Test Method for Flexural Properties of
Unreinforce and Reinforced Plastics and Electrical Insulating
Materials, An American National Standard.
Callister, W. D., 2007. Material Science and Enginering, An Introduction 7ed,
Department of Metallurgical Enginering The University of Utah, John
Willey and Sons, Inc.
Diharjo, K., dan Triyono, T., 1999. Buku Pegangan Kuliah Material Teknik,
Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
Fauzan, Husain, 2005. Komposit serat pati onggok dengan matrik polyester
terhadap pengujian bending dan impak, Tugas Akhir S-1, Teknik
Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta
Gibson, Ronald F. 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. New
York : Mc Graw Hill,Inc.
Harper, A. C., 1996. Handbook of Plastics, Elastomers and Composites, Mc
Graw Hill Componies, Inc.
Jones, M. R., 1975. Mechanics of Composite Material, Mc Graww Hill
Kogakusha, Ltd..
Lukkasen, D. and Meidell, A., 2003. Advance Materials and Structures and
their Fabrication Processes, Third edition, Narvik University College,
HiN.
Mueler, Dieter H, 2003. New Discovery in the Properties of Composites
Reinforced with Natural Fibers. JOURNAL OF INDUSTRIAL
TEXTILES, Vol. 33, No. 2. Sage Publications.
Shackelford, James, F., 1992. Introduction to Material Science for
Enginering, London Prentice Hall International, Inc.
Smith, F. W., Hashemi, J., 2006. Foundation of Materials Science and
Enginering, Mc Graw Hill Companies, Inc.
http://www.google.co.id/search?hl=id&q=kandungan+kimia+sekam+padi&btn
G=Telusuri+dengan+Google&meta, 5 Agustus 2010
http://www.scribd.com/doc/48621232/ Komposit, 28 Juli 2010