Sifat mekanis komposit serat widuri (Calotropis gigantea) dengan matrik epoxy - USD Repository

  SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT WIDURI ( Calotropis Gigantea ) DENGAN MATRIK EPOXY TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh :

  FRANCISCUS XAVERIUS DONY KRISTANTO NIM : 025214013 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

  MECHANICAL PROPERTIES OF WIDURI FIBRE ( Calotropis Gigantea ) COMPOSITE WITH EPOXY MATRIX FINAL PROJECT

  Submitted for The Partial Fulfillment of The Requirements for The Degree of Mechanical Engineering of Mechanical Engineering Study Program

  By :

  FRANCISCUS XAVERIUS DONY KRISTANTO Student Number : 025214013 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

  Halaman Persembahan Kupersembahkan untuk … Tuhan Yesus Kristus,

  Bapak dan Ibuku & Adikku yang tersayang, Serta Orang Yang Kukasihi

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, 26 Juli 2007 Penulis

  FX. Dony Kristanto

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. Romo Ir. Gregorius Heliarko, SJ., SS., B.ST., 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. Para Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik kami dengan pengetahuan yang sangat membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.

  5. Bapak Martono, Bapak Intan dan Bapak Ronny yang telah membantu dalam penelitian Tugas Akhir ini.

  6. Bapak Tri yang telah membantu dalam birokrasi selama penyusunan Tugas Akhir ini.

  7. Mas Rory (Bintang Akuarium) yang telah membantu dalam penyediaan cetakan kaca.

  8. Orangtuaku Petrus Slamet dan Margaretha Murwati atas doa, semangat

  9. Adik-Adikku Natalia Ety Krismawati dan Antonius Lukito Dwi Satrio atas doa, kasih, semangat yang telah diberikan.

  10. Fransisca Evy Rosiana Dewi atas doa, kasih, semangat, bantuan, dan dukungannya selama ini.

  11. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Lambang, Bravi, Budi, Lukas, Kirun, Sigit, Wibi, Angga dan Beny atas kerjasamanya selama penyusunan Tugas Akhir ini.

  12. Teman-temanku : Joe, Aan, Hery, Tejo, Simon, Jimmy, Welly, Alex, Anggoro, Sepi, Ige, Yusak, dan semua teman yang telah turut memberikan dukungan selama penyusunan Tugas Akhir 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, 26 Juli 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……………………………………………………………….xiv

  INTI SARI.……………………………………………………………………… xv

  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 DASAR TEORI…………………………………………….......................7

  2.1 Pengertian Komposit……………………………………………………….7

  2.2 Penggolongan Komposit…………………………………………………...8

  2.3 Komponen Bahan Komposit……………………………………………...10

  2.4.1 Faktor Matrik……………………………………………………….11

  2.4.2 Faktor Serat…………………………………………………………13

  2.4.3 Faktor Komposisi Dan Bentuk Serat………………………………..14

  2.4.4 Faktor Orientasi Serat………………………………………………15

  2.4.5 Faktor Bahan-Bahan Tambahan…………………………………….16

  2.5 Fraksi Volume…………………………………………………………….17

  2.6 Mekanika Komposit………………………………………………………17

  2.7 Pengujian Tarik…………………………………………………………...18

  2.8 Uji Impak/Kejut…………………………………………………………..20

  BAB III METODE PENELITIAN……………………………………………….22

  3.1 Skema Penelitian………………………………………………………….22

  3.2 Persiapan Benda Uji………………………………………………………23

  3.2.1 Bahan dan Alat……………………………………………………...23

  3.2.2 Pembuatan Serat Kapas Widuri…………………………………….26

  3.2.3 Perendaman Serat dengan NaOH…………………………………...28

  3.2.4 Perlakuan Serat Kapas Widuri……………………………………...30

  3.3 Pembuatan Cetakan……………………………………………………….34

  3.3.1 Cetakan untuk Pengujian Tarik……………………………………..34

  3.3.2 Cetakan untuk Pengujian Impak……………………………………36

  3.4 Pembuatan Benda Uji……………………………………………………..38

  3.4.1 Pembuatan Benda Uji Matrik/Resin………………………………...38

  3.4.1.2 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Impak……………………42

  3.4.2 Benda Uji Komposit………………………………………………...45

  3.4.2.1 Benda Uji Komposit Tanpa/Dengan Perendaman……………46

  3.4.2.2 Mencetak Komposit Tanpa/Dengan Perendaman…………….48

  3.5 Metode Pengujian…………………………………………………………49

  3.5.1 Metode Pengujian Tarik…………………………………………….49

  3.5.2 Pengujian Impak/Kejut……………………………………………...49

  3.6 Standard dan Ukuran……………………………………………………...50

  3.6.1 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Tarik……………………….50

  3.6.1.1 Benda Uji Matrik…….………………………………………..50

  3.6.1.2 Benda Uji Komposit…………………………………………..51

  3.6.2 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Impak……………………...52

  3.6.2.1 Benda Uji Matrik……………………………………………...52

  3.6.2.2 Benda Uji Komposit…………………………………………..53

  BAB IV HASIL PENELITIAN DN PEMBAHASAN…………………………..54

  4.1 Hasil Pengujian Impak……………………………………………………54

  4.2 Hasil Pengujian Tarik……………………………………………………..60

  4.2.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Epoxy……………………………….61

  4.2.2 Hasil Pengjian Tarik Komposit……………………………………..62

  4.3 Struktur Mikro Komposit………………………………………………...71

  BAB V KESIMPULAN………………………………………………………….73 DAFTAR PUSTAKA

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya…….3Gambar 2.1 Jenis-Jenis Orientasi Serat…………………………………………..16Gambar 2.2 Mesin Uji Tarik…………………………………………………......19Gambar 2.3 Alat Uji Impak Charpy……………………………………………...20Gambar 3.1 Skema Jalan Penelitian……………………………………………...22Gambar 3.2 Resin dan Hardener Epoxy…………………………………….........24Gambar 3.3 Tumbuhan Kapas Widuri…………………………………………...25Gambar 3.4 Release Agent (MAA)………………………………………………26Gambar 3.5 Buah Kapas Widuri yang Masih Dipohon…………………….........27Gambar 3.6 Buah Kapas Widuri yang Sudah Dibuka……………………………27Gambar 3.7 Serat Kapas Widuri yang Sudah Kering……………………………28Gambar 3.8 NaOH Pro Analisis…………………………………………….........29Gambar 3.9 Akuarium……………………………………………………………31Gambar 3.10 Serat Kapas Widuri………………………………………………..32Gambar 3.11 Aquades……………………………………………………………32Gambar 3.12 Cetakan Komposit Serat……………………………………….......35Gambar 3.13 Cetakan Resin………………………………………………….......36Gambar 3.14 Cetakan Komposit untuk Pengujian Impak………………………..37Gambar 3.15 Cetakan Matrik/Resin untuk Pengujian Impak……………………38Gambar 3.16 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Tarik Matrik………………50Gambar 3.17 Spesimen Uji Matrik………………………………………………50Gambar 3.19 Spesimen Uji Komposit…………………………………………...51

  Ganbar 3.20 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Impak Matrik………………52

Gambar 3.21 Spesimen Uji Impak Matrik……………………………………….52Gambar 3.22 Standar dan Ukuran Untuk Pengujian Impak Komposit…………..53Gambar 3.23 Spesimen Uji Impak Komposit……………………………………53Gambar 4.1 Grafik Energi Patah Rata-Rata………………………………….......57Gambar 4.2 Grafik Keuletan Rata-Rata…………………….…………………....57Gambar 4.3 Patahan Pada Matrik………………………………………………...59Gambar 4.4 Patahan Pada Komposit (Tanpa Perendaman NaOH)………………59Gambar 4.5 Patahan Pada Komposit (2,5% NaOH)…………………………......59Gambar 4.6 Patahan Pada Komposit (5% NaOH)……..………………………...60Gambar 4.7 Patahan Pada Komposit (7,5% NaOH)……………..……………....60Gambar 4.8 Patahan Pada Uji Tarik Matrik………………..…………………….62Gambar 4.9 Grafik Kekuatan Tarik dan Regangan Matrik Epoxy……….……...62Gambar 4.10 Grafik Kekuatan Tarik Rata-Rata Benda Uji Komposit…………..65Gambar 4.11 Grafik Tegangan Tarik Rata-Rata..………………………………..66Gambar 4.12 Grafik Regangan Rata-Rata Benda UJi Komposit…………..…….66Gambar 4.13 Grafik Regangan Rata-Rata………………..……………………...67Gambar 4.14 Patahan Uji Tarik Komposit (Tanpa Perendaman NaOH)…….......68Gambar 4.15 Patahan Uji Tarik Komposit (2,5% NaOH)……………………….68Gambar 4.16 Patahan Uji Tarik Komposit (5% NaOH)…………………………69Gambar 4.17 Patahan Uji Tari Komposit (7,5% NaOH)…………………….......69

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Impak Resin epoxy......................................................54Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat.................55Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (2,5% NaOH)..........................55Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (5% NaOH).............................55Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (7,5% NaOH)..........................56Tabel 4.6 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata....................................56Tabel 4.7 Sifat Mekanik Matrik Epoxy..................................................................61Tabel 4.8 Sifat Mekanik Komposit Tanpa Perendaman Serat...............................63Tabel 4.9 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (2,5%NaOH)....................63Tabel 4.10 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (5%NaOH).....................64Tabel 4.11 Sifat Mekanik Komposit Perendaman Serat (7,5%NaOH)..................64Tabel 4.12 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata............................................65

INTI SARI

  Pohon kapas widuri merupakan tumbuhan yang banyak terdapat di Indonesia khususnya di daerah tepi pantai.Pemanfaatan Kapas Widuri ini masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat. Pada penelitian ini, penulis membuat komposit menggunakan serat kapas widuri sebagai reinforcement agent dan resin EPOXY sebagai matriks. Sebelum pembuatan komposit, serat kapas widuri direndam dalam larutan NaOH selama 3 jam. Konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 2,5%NaOH, 5%NaOH, dan 7,5%NaOH. Orientasi serat dalam pembuatan komposit ini adalah acak Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini yakni pengujian tarik , pengujian impak dan pengujian mikro. Hasil penelitian menunjukkan bahwa keuletan komposit tanpa perendaman ataupun dengan perendaman NaOH tidak ada perubahan yang signifikan. Nilai keuletan paling besar ada pada komposit dengan perendaman 2,5 % NaOH yaitu 12,17 x 10³ Joule/m². Komposit tanpa perendaman NaOH mempunyai harga kekuatan tarik paling besar yaitu 1,66 MPa. Jenis patahan yang terjadi adalah patah getas, karena pada permukaan benda uji cenderung lurus dan mengkilap.

BAB I PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

  Bahan teknik adalah salah satu komponen yang sangat penting bagi perkembangan teknologi. Dalam memproduksi suatu barang, bahan merupakan komponen utama yang penting disamping komponen-komponen yang lain. Berawal dari penemuan bahan logam dan non logam yang digunakan untuk keperluan industri maupun keperluan sehari hari, manusia berusaha menemukan unsur / menyatukan beberapa unsur bahan menjadi satu bahan campuran yang mempunyai sifat jauh lebih baik dari bahan sebelumnya.

  Melihat betapa pentingya bahan-bahan teknik pada industrialisasi dan menunjang persaingan bebas dengan negara industri lainnya maka perlu dipelajari dan diketahui pencetakan komposit, bagaimana cara membuat cetakan komposit , proses pencampuran antara serat dan matrik, proses pencetakan pada cetakan komposit, bertolak dari pemikiran tersebut penulis tertarik untuk mempelajari komposit yang dituangkan dalam bentuk tugas akhir dengan judul : “Sifat Mekanis Serat Kapas Widuri Dengan Matrik Epoxy.” Akhir-akhir ini, bahan komposit merupakan bahan teknik yang banyak digunakan dan terus dikembangkan. Sebagaimana kita ketahui komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat gabungan, yaitu gabungan antara bahan matrik (pengikat) dengan bahan penguat (reinforcement). Dalam berbagai aplikasi komposit terbukti efektif pada penggunaannya sebagai bahan teknik. Keunggulan komposit dibandingkan dengan bahan logam (Jones,1975) adalah :

  1. Dapat dirancang dengan kekuataan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam.

  2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.

  3. Daya redam bunyi yang baik.

  4. Komposit dapat dirancang terhindar dari korosi.

  5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan (appearance) dan kehalusan permukaan yang lebih baik.

  Komposit serat merupakan perpaduan anrara serat sebagai komponen penguat dan matrik sebagai komponen penguat serat. Serat biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih besar dari pada matrik dan pada umumnya bersifat ortotropik. Pada saat serat dan matrik dipadukan untuk menghasilkan komposit, kedua komponen tersebut tetap mempertahankan sifat-sifat yang dimilikinya dan secara langsung akan berpengaruh terhadap sifat komposit yang dihasilkan.

  Secara khusus dapat dikatakan bahwa harga kekuatan maupun kekakuan komposit terletak diantara kekakuan dan kekuatan serat dan matrik yang digunakan.

  Di bawah ini gambar 1.1 dicantumkan grafik kekuatan tarik komposit dan komponen penyusunnya (Jones, 1975).

  Pada komposit berpenguat serat dapat kita jumpai berbagai jenis bahan serat yang digunakan sebagai bahan penguat. Adapun secara garis besar dikelompokkan menjadi dua, yaitu : 1. Serat Sintetik (buatan).

Gambar 1.1 Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya

  Adalah serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik. Contoh : serat gelas, keramik.

• Kelebihan Serat Sintetik : - Mempunyai kekuatan yang tinggi.
• Homogen - Harga relative rendah.
• Isolator listrik yang baik.
• Bersifat tahan korosi.
• Kekurangan Serat Sintetik : - Tidak dapat didaur ulang.
• Serbuk / debu dari serat dapat menjadi racun apabila terhirup

  Contoh : selulosa, grafit, serat pandan, serat rami, serat kelapa.

  2. Serat Organik Adalah serat yang berasal dari bahan organik / berasal dari bahan alam.

• Kelebihan Serat Organik : - Harga relatif murah.
• Mudah didapatkan.
• Ringan.
• Dapat didaur ulang.
• Tidak beracun.
• Kekurangan Serat Organik : - Struktur serat tidak homogen.
• Kekuatan serat tidak merata.
• Tidak tahan suhu tinggi. Serat kapas widuri adalah bahan organik yang berasal dari alam dan banyak ditemui didalam kehidupan sehari-hari. Serat kapas widuri ini biasanya terdapat pada pesisir pantai dan untuk saat ini serat ini belum ada yang mengembangkannya. Penelitian pada komposit berpenguat serat kapas widuri (organik) sangat jarang dilakukan, maka dilakukan penelitian pada komposit berpenguat serat kapas widuri (organik). Yaitu bagian buahnya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik komposit. Penelitian yang diajukan untuk program Sarjana ini adalah menentukan
pencetakan komposit yang optimal, pembuatan cetakan komposit.. Matriks yang akan digunakan adalah Epoxy yang sering digunakan sebagai pengikat kayu partikel.

  1.2.TUJUAN PENELITIAN

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui :

  1. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat kapas widuri dengan perendaman NaOH terhadap kekuatan tarik serat dan regangan pada komposit.

  2. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat kapas widuri dengan perendaman NaOH terhadap ketahanan patah dan keuletan pada komposit.

  3. Mengetahui struktur makro yang digunakan sebagai analisa patahan dan mengetahui struktur mikro pada Resin Epoxy dan komposit dengan atau tanpa perendaman NaOH pada serat kapas widuri.

  1.3.BATASAN MASALAH

  Komposit serat adalah material yang sangat dipengaruhi sifat dan jenis bahan dari bahan penyusunnya dalam hal ini khususnya serat kapas widuri sebagai komponen penguat. Pada penelitian ini penulis membatasi masalah pada :

  1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik, pengujian impak.

  2. Pada penelitian ini dilakukan perlakuan kimia serat dengan perendaman NaOH ( 2,5% ; 5% ; 7,5% ) selama 3 jam.

  4. Pada penelitian ini menggunakan serat kapas widuri.

  5. Matrik sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy dengan merk MILAN.

  6. Penelitian ini menggunakan orientasi serat acak.

1.4 METODOLOGI PENELITIAN

  Pada BAB I ini, penulis membahas latar belakang, tujuan, 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 spesimen beserta penggujian fisik dan mekaniknya akan diuraikan pada BAB III, data dan pembahasan tentang hasil pengujian akan dibahas pada BAB IV, kemudian kesimpulan akan dibahas pada

  BAB V

BAB II DASAR TEORI

  2.1.Pengertian Komposit Definisi dari komposit adalah gabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut dengan matrik yang memiliki fungsi sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut dengan reinforcement yang memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Unsur utama penyusun komposit adalah serat, serat merupakan penentu karakteristik komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain. Serat berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada komposit dan matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Komposit serat dapat diklasifikasikan kedalam berbagai jenis tergantung pada orientasi dan jenis seratnya. Banyaknya serat dan ukurannya menentukan kemampuan komposit dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Komposit serat kontinu memiliki kekuatan yang sangat kuat dan liat (taugh) dibandingkan dengan serat tidak kontinu. Selain bahan serat komposit juga tidak terlepas dari bahan matrik. Hal ini dapat dimengerti karena sekumpulan serat tanpa matrik tidak dapat menahan gaya dalam arah tekan dan transversal. Matrik juga berguna untuk meneruskan gaya dari satu serat keserat lainnya dengan menggunakan mekanisme tegangan geser. Secara garis besar komposit serat dibagi menjadi dua yaitu serat

2.2. Penggolongan Komposit

  Penggolongan bahan komposit sangat luas, jenis komposit sering dibedakan menurut bentuk dan bahan matriks pengikat sebagai bahan penguatnya. Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis ( Jones, Murphy :1975 )

  2.2.1. Fibrous composites

  Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa serat organik atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polymer, logam maupun keramik. Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriknya selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen pengguat dan matriks (Van Vlack : 1985).

  2.2.2. Laminated composites

  Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun berlapislapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.

2.2.3. Particulated composites

  Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam matriks. Material partikel 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:

• Partikel komposit organik
• Partikel komposit non organik Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dibedakan menjadi :

  1. Komposit Matrik Logam (Metal Matriks Composite) Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam sedangkan bahan penguatnya dapat berupa parikel keramik atau fiber yang dapat terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron. Cermet merupakan salah satu tipe paling umum dari komposit matrik logam.

  Cermet merupakan suatu bahan komposit matrik logam dengan reinforcing agent berupa keramik.

  2. Komposit Matriks Keramik (Ceramik Matriks Composite) Keramik memiliki sifat-sifat yang cukup menarik seperti : kekakuan, kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan yang rendah. Bahan ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu komposit dengan matriks keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi serbuk.sebagai matrik dapat digunakan : Alumina(Al2O3), Karbida boron (B4C), Nitrid boron (BN), Karbida silicon (SiC), Nitrid silicon (Si3N4), Karbida titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat digunakan karbon, SiC dan Al2O3.

  3. Komposit Matriks Polimer ( Polimer Matriks Composite) Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan pengguat dari komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake, yang masingmasing dibedakan lagi menjadi bahan penguat organik dan metal.

2.3 Komponen Bahan Komposit

  Bahan komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih yaitu matrik dan reinforcement agent atau penguat. Matrik dalam komposit memiliki gaya adhesif yang cukup kuat. Matrik bahan komposit dapat berupa logam, keramik dan polimer. Sedangkan fase kedua atau sering disebut renforcing agent berfungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Reinforcement agent pada komposit dapat berbentuk:

  1. Fiber (Serat)

  3. Flake

2.4 Komposit Serat

  Komposit serat merupakan suatu bahan yang terbentuk dari susunan serat yang tersebar didalam matriks pengikat. Komposit serat dapat dibuat dari serat dan matriks logam maupun non logam atau kombinasi dan keduanya. Fungsi utama serat adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah. Serat organik adalah salah satu serat yang biasanya digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang berasal dari alam misal tumbuhan.

2.4.1. Faktor Matrik

  Matrik 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 sistem 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. Menjaga serat terdispersi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan retakan atau kegagalan).

  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. Contohnya : Poliimid, 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.

  Epoksi adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan logam, kulit, kayu maupun beton. Karakteristik epoksi yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan bahan kimia / tahan korosi, tahan minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat, mudah pemakaiannya dan tak perlu panas, kurang tahan temperatur tinggi, kurang tahan benturan.

  Jenis epoksi ini dapat diperkuat dengan logam, keramik, bermacam- macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan epoksi atau serat saja. Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan antara resin dan hardener dan proses pengeringannya (dingin-panas), epoksi kebanyakan dipakai untuk perbaikan peralatan dari logam, perawatan mesin, perekat bagi logam yang tidak boleh dilas. Keistimewaan lain yaitu mempunyai sifat susut muai yang sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan abrasi.

  Resin polyester relatif lebih murah jika dibanding epoksi, tetapi tidak sekuat epoksi. Resin polyester banyak digunakan sebagai matrik pada fiberreinforced plastic.

2.4.2. Faktor Serat

  Serat digunakan sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah. Serat organik adalah salah satu bahan yang biasa digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang berasal dari alam, misalnya tumbuhan kapas khusus dari tiap fase penyusunnya agar sistem benar-benar bekerja sebagai komposit. Prasarat serat antara lain : kekuatan ultimate besar, kekuatan antarserat masing-masing setaraf, serat stabil dan tetap kuat selama proses pembuatan, serta luas dan diameter seragam.

  Secara garis besar komposit serat terbagi menjadi dua macam, yaitu serat kontinyu (continous) dan serat tidak kontinyu (discontinous).

  Berdasarkan ukuran panjang, serat dibagi menjadi serat kontinu (continue) dan serat tidak kontinu (discontinue). Ciri-ciri serat yang baik adalah luas dan diameter seragam. Secara teori, serat panjang akan lebih efektif dalam hal transmisi beban. Namun pada kenyataannya, prasyarat di atas sulit terwujud pada aplikasinya, mengingat faktor manufaktur yang tidak memungkinkan dihasilkannya kekuatan optimum pada tiap panjang serat pada proses pembuatan komposit, karena pada aplikasinya terdapat ketidaksamaan penerimaan beban pada serat. Sehingga pada proses pembebanan yang mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah mendahului bagian yang lain.

  2.4.3. Faktor komposisi dan bentuk serat Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar.

  Kekuatan serat dapat juga dilihat dari diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka kekuatannya akan semakin besar, sebaliknya jika

  Berdasar komposisinya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibedakan menjadi:

  1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya selulosa, polipropilena, grafit, serat rami, serat pandan alas, serat kapas, dll.

  2.Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan tinggi dan tahan panas (hybrid fibre).

  2.4.4. Faktor Orientasi serat Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit.

  Secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan menjadi:

  1. Unidirectional: serat disusun secara searah parallel satu sama lain, sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada searah serat sedangkan kekuatan paling kecil terjadi pada arah tegak lurus serat.

  2. Bidirectional: serat disusun secara tegak lurus satu sama lain (orthogonal). Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah pemasangan serat.

  3. Isotropic: penyusunan serat dilakukan secara acak, sifat dari susunan ini adalah isotropic, yaitu kekuatan pada satu titik pengujian mempunyai kekuatan yang sama.

Gambar 2.1 Jenis-Jenis Orientasi Serat

  2.4.5. Faktor Bahan-bahan tambahan Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama.

  Dan apabila pada proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan menimbulkan panas yang berlebihan sehingga akan merusak produk.

  Tetapi di dalam resin epoxy, katalisnya biasa disebut sebagai hardener. Sedangkan komposisi pencampuran antara resin dan hardener adalah 1 : 1 atau 2 : 1.

  Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film forming, dan oli.

  2.5.Fraksi Volume Serat

  Fraksi volume (%) adalah perbandingan volume bahan pembentuk komposit terhadap volume komposit.

  Misal: V r = % reinforcing V m = % matrik V h = % hardener V com = 1 Maka persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut : V r + V m + V h = 1……………………………………….(2.1)

  2.6.Mekanika Komposit Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional lainnya.

  Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umummnya bersifat homogen dan isotropic. Sifat heterogen bahan komposit terjadi karena bahan komposit tersusun atas dua atau lebih bahan yang mempunyai sifat-sifat mekanis yang berbeda sehingga analisis mekanik komposit berbeda dengan bahan teknik konvensional.

  Sifat mekanik bahan komposit merupakan fungsi dari:

  2. Geometri susunan masing-masing komponen

  3. Interface antar komponen Mekanika komposit dapat dianalisa dari dua sudut pandang yaitu dengan analisa mikro dan analisis makromekanik. Dimana analisa mikro bahan komposit dengan memperlihatkan sifat-sifat mekanik bahan penyusunnya, hubungan antar komponen penyusun tersebut dan sifat-sifat akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisis makromekanik memperlihatkan sifat-sifat bahan komposit secara umum tanpa memperhatikan sifat maupun hubungan antara komponen penyusunnya.

2.7. Pengujian Tarik

  Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit serat. Metode yang digunakan adalah benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan perlahan-lahan meningkat sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda uji patah. Beban tarik yang bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji.

  Perbandingan antara pertambahan panjang (∆L), dengan panjang awal benda uji (L) disebut regangan. Pengujian tarik ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.

Gambar 2.2 Mesin Uji Tarik

  Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit serat diperlukan suatu perhitungan. Rumus dari kekuatan tarik adalah sebagai berikut:

  P σ = …………………………………………………..(2.2)

  A

  dengan : σ : kekuatan tarik maksimal P : beban maksimal A : luas penampang pengujian.

  Dan untuk menghitung regangan, dipergunakan rumus sebagai berikut:

  L ∆ ε = x 100 % ………………………………………...(2.3) L

  ο

  dengan : ε : regangan ∆L : pertambahan panjang

2.8. Uji Impak / Kejut

  Energi kejut yang dikenakan pada suatu bahan dapat dianalogikan dengan keuletan (toughness) dari bahan tersebut. Prinsip dasar pengujian ini adalah ayunan beban yang dikenakan pada benda uji (spesimen). Energi yang diperlukan untuk mematahkan spesimen dihitung langsung dari perbedaan energi potensial pendulum pada awal (dijatuhkan) dan akhir (setelah menabrak spesimen). Untuk memastikan bagian spesimen yang patah, perlu dibuat takikan pada spesimen tersebut. Pengukuran impak yang dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma menggunakan Mesin Uji Impak Charpy.

Gambar 2.3 alat uji impak Charpy

  Adapun persamaan yang digunakan untuk mengetahui sifat getas / liat bahan ataupun harga keuletan dari matrik, maupun komposit serat adalah : Tenaga patah = G . R . (cos ß – cos α) ………………………. Joule ………(2.4)