Pengaruh perlakuan kimia pada serat widuri (Calotropis gigantea) terhadap sifat mekanis komposit serat dengan matrik polyester = the effects of chemical treatment on widuri (Calotropis gigantea) fiber to the mechanical properties of the fiber composite wi

PENGARUH PERLAKUAN KIMIA PADA SERAT WIDURI (Calotropis gigantea) TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT DENGAN MATRIK POLYESTER TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh :

RADEN SAGITTA SIDO PRASTOWO

THE EFFECT OF CHEMICAL TREATMENT

TO E

FIBER COMPOSITE WITH POLYESTER RESIN

A FINAL PROJECT

Submitted for The Partial Ful llment of The Requirements

By :

RADEN SAGITTA SIDO PRASTOWO

ON WIDURI (Calotropis gigantea) FIBER

THE MECHANICAL PROPERTIES OF TH

fi for The Degree of Mechanical Engineering of Mechanical Engineering Study Program

Halaman Persembahan

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 Dr.Ir.P.Wiryono P.,S.J, Rektor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Romo Ir.Greg Heliarko, SJ., SS.,B.ST., MA., M.Sc., Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T.,M.T., Wakil Dekan I Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

4. Bapak Budi Sugiharto S.T., M.T. sebagai Ketua Program Studi Teknik Mesin.

5. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T. atas bimbingan dan nasehatnya selama penyusunan Tugas Akhir ini.

6. Bapak Ir. PK. Purwadi, M.T. sebagai pembimbing akademik.

10. Orangtuaku Bambang AS. dan Pudjiati, atas doa semangat dan materi yang sudah diberikan.

11. Adikku Dwi Endah Arum N., atas semangat dan bantuan, dan dukungannya selama ini.

12. Ariesta Indi P. atas doa, kasih, semangat, bantuan, dan dukungannya selama ini.

13. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Lambang, Bravi, Budi, Lukas, Andre, Beni, Wibi, Angga dan Donny atas kerjasamanya selama penyusunan Tugas Akhir ini.

14. Teman-temanku : Alfon, Swampy, Icha, Sipo, Fajar, Danang, Sangaji YKPN, CB, Welly, Anton Lampung, Anak-anak kos Joho 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, 28 Agustus 2007

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………………………………………………………………i HALAMAN JUDUL (INGGRIS)........................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN................................................................................ iv HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................. v HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................... vi KATAPENGANTAR ........................................................................................... vii DAFTAR ISI......................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii DAFTAR TABEL................................................................................................ xiii

INTISARI............................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Umum................................................................................................. 1

1.2 Latar Belakang .................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian...………………………………………………….5

2.4 Serat ................................................... …………………………….12

2.5 Bahan-Bahan Tambahan .................................................................. 13

2.6 Fraksi volum Serat ........................................................................... 13

2.7 Orientasi Serat.................................................................................. 15

2.8 Jenis`Serat ........................................................................................ 17

2.9 Komposisi dan Bentuk Serat............................................................ 17

2.10 Faktor Matrik ................................................................................. 18

2.11 Mekanika Komposit………………………………………………19

2.12 Uji Impak…………………………………………………………20

2.13 Hubungan Tegangan dan Regangan Komposit…………………...21

2.14 Bentuk-Bentuk Patahan…………………………………………..22

BAB III PENELITIAN ......................................................................................... 25

3.1 Skema Penelitian.............................................................................. 25

3.2 Persiapan Benda Uji......................................................................... 26

3.2.1 Bahan dan Alat..................................................................... 26

3.2.2 Pembuatan Serat Widuri ...................................................... 30

3.2.3 Perendaman Serat dengan NaOH......................................... 32

3.2.4 Perlakuan Serat Widuri………...…………………………...33

3.3.2 Benda Uji Matrik untuk Pengujian Impak .......................... 49

3.4 Benda Uji Komposit ……………………………………………….51

3.4.1 Benda Uji Komposit Tanpa/Dengan Perendaman Serat…...52

3.4.2 Mencetak Komposit Tanpa/Dengan Perendaman Serat........54

3.5 Metode Pengujian…………………………………………………..55

3.5.1 Metode Pengujian Tarik……………………………………55

3.5.2 Pengujian Impak……………………………………………57

3.6 Benda Uji…………………………………………………………..59

3.6.1 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Tarik………………59

3.6.2 Standard dan Ukuran untuk Pengujian Impak……………...60

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...................................... 62

4.1 Pengujian Impak................................................................................62

4.2 Pengujian Tarik ................................................................................ 70

4.3 Hasil Foto Mikro .............................................................................. 82

BAB V KESIMPULAN........................................................................................ 87 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.19 Cetakan Uji Tarik Resin.................................................................43Gambar 4.1 Grafik Tenaga Patah Rata-Rata......................................................66Gambar 3.27 Benda Uji Impak............................................................................61Gambar 3.26 Benda Uji Komposit............... .......................................................60Gambar 3.24 Benda Uji Matrik..................................................................... ......59Gambar 3.23 Mesin Uji Impak............................................................................58Gambar 3.22 Mesin Uji Tarik..............................................................................56Gambar 3.21 Cetakan Matrik untuk Uji Impak...................................................45Gambar 3.20 Cetakan Komposit Uji Impak ........................................................44Gambar 3.18 Cetakan Uji Tarik Komposit.... .....................................................42Gambar 1.1 Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponennya.....................3Gambar 3.8 NaOH pro analisis..........................................................................33Gambar 3.3 Release Agent (MAA)................... ................................................29Gambar 3.2 Tumbuhan Widuri..........................................................................28Gambar 3.1 Skema Penelitian ...........................................................................25Gambar 2.4 Bentuk Patahan Campuran ............................................................23Gambar 2.3 Bentuk Patahan Liat ......................................................................23Gambar 2.2 Bentuk Patahan Getas....................... ............................................22Gambar 2.1 Diagram Hubungan Kekuatan, Fraksi Volum dan Susunan Serat.16Gambar 4.2 Grafik Keuletan Rata-Rata.............................................................66

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Impak Resin Polyester................................................63Tabel 4.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perendaman Serat................63Tabel 4.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (2,5% NaOH)........................64Tabel 4.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (5% NaOH)...........................64Tabel 4.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Serat (7,5% NaOH)........................65Tabel 4.6 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata...................................65Tabel 4.7 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester...............................................71Tabel 4.8 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perendaman Serat................73Tabel 4.9 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (2,5%NaOH).....73Tabel 4.10 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (5%NaOH)........74Tabel 4.11 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perendaman Serat (7,5%NaOH).....74Tabel 4.12 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata...........................................75

INTISARI

Pohon widuri (Calotropis gigantea) merupakan tumbuhan yang banyak terdapat di daerah-daerah pantai di Indonesia. Namun demikian pemanfaatannya masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat, kami coba memanfaatkannya sebagai bahan komposit.

Pada penelitian ini, penulis membuat komposit serat widuri sebagai penguat (reinforcement agent) dan resin POLYESTER JUSTUS 108 sebagai matrik. Sebelum pembuatan komposit, serat widuri direndam dalam larutan NaOH selama 3 jam.

Konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 2,5%, 5%, dan 7,5%. Orientasi serat dalam komposit ini adalah acak (Isotropic). Pengujian-pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengujian tarik, pengujian impak, dan pengamatan struktur mikro, serta bentuk patahan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada pengujian impak energi patah dan keuletan pada komposit tanpa perendaman ataupun dengan perendaman NaOH tidak ada perbedaan yang signifikan. Energi patah yang paling besar ada pada komposit

dengan perendaman 7,5%NaOH yaitu 0,19 Joule, dan keuletan 2,2 kJ/m . Pada pengujian tarik komposit dengan perendaman NaOH ataupun tanpa perendaman NaOH mempunyai nilai kekuatan tarik yang relatif sama, justru pada komposit tanpa perlakuan didapatkan harga kekuatan tarik diatas konsentrasi yang lain yaitu 18,6 MPa dan regangan sebesar 1%. Jenis patahan yang terjadi adalah patah getas, karena pada permukaan benda uji cenderung lurus dan mengkilap.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 UMUM

Dalam kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK) yang semakin pesat saat ini, kita dituntut untuk selalu maju dan berkembang terutama dalam bidang industri. Dari kemajuan teknologi industri yang disaksikan dan dinikmati sekarang ini merupakan hasil karya manusia, dan demikian kemajuan teknologi tersebut alangkah baiknya menengok latar belakang dari kemajuan- kemajuan tersebut. Mahasiswa harus menelusuri faktor-faktor dan ilmu yang mendukung hasil karya cipta itu.

Melihat betapa pentingya bahan-bahan teknik pada industrialisasi dan menunjang persaingan bebas dengan negara industri lainnya maka perlu dipelajari dan diketahui pencetakan komposit, merupakan ilmu yang mempelajari 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 : “Pengaruh Perlakuan Kimia Pada Serat Widuri

1.2 LATAR BELAKANG

Komposit merupakan material alternatif pengganti logam yang memiliki beberapa sifat yang menguntungkan diantaranya adalah mempunyai ketahanan korosi yang tinggi, rasio berat terhadap kekuatannya yang kecil, dan pengontrolan manufaktur yang lebih mudah. Komposit tersusun dari dua komponen penting yaitu matriks sebagai pengikat dan pengisi sebagai penguat. Beberapa contoh matriks yang ada dipasaran antara lain epoksi, poliester dan urea formaldehyda. Fiberglass, partikel carbon, dan titanium adalah beberapa contoh meterial pengisi komposit. Biaya produksi untuk pembuatan serat sintetis yang tinggi dan limbah yang tidak dapat didaur ulang menjadikan motivasi para peneliti untuk mencari dan mempelajari serat alami sebagai pengganti serat sintetis. Serat widuri merupakan fenomena yang menarik untuk diteliti sebagai serat alami penguat material komposit karena jenis tanaman tersebut sangat mudah ditemukan dan tersedia sangat melimpah di Indonesia.

Komposit serat merupakan perpaduan antara 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 kekakuan komposit terletak diantara kekakuan dan kekuatan serat dan matrik yang digunakan. Dalam artian bahwa kemampuan komposit terdapat antara kemampuan serat dan matrik pengikatnya serat memiliki sifat-sifat dari bahan yang menjadi penyusunnya (Hadi, B.K., 2000).

Dibawah ini gambar 1.1 dicantumkan grafik kekuatan tarik komposit dan komponen penyusunnya (Jones, R.M., 1975)

serat komposit matriks

ε Grafik Kekuatan Tarik Komposit Gambar 1.1

Komposit serat secara garis besar dikelompokkan menjadi dua yaitu serat sintetik dan serat organik. Serat sintetik atau buatan yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik. Misalnya glass dan keramik. Kelebihan menggunakan serat sintetik yaitu mempunyai kekuatan tinggi, homogen, harga selulosa, polipropilena, serat jerami, serat nanas, serat kelapa, serat lidah mertua dan lain-lain. Kelebihan serat alam ini harga murah, mudah didapatkan, ringan, dapat dididaur ulang dan tidak beracun. Sedangkan kekurangan serat alami struktur serat tidak homogen, kekakuan serat tidak merata dan tidak tahan pada suhu tinggi.

Serat widuri adalah bahan organik yang berasal dari alam dan banyak ditemui didalam kehidupan sehari-hari. Serat widuri ini biasanya terdapat pada pesisir pantai dan untuk saat ini serat ini belum ada yang mengembangkannya. Penelitian pada komposit berpenguat serat widuri (organik) sangat jarang dilakukan, maka dilakukan penelitian pada komposit berpenguat serat widuri (organik). Yaitu bagian buahnya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik komposit. Keunggulan barang yang dihasilkan dari serat alam tersebut antara lain tahan terhadap korosi, ringan, pewarnaan dan tekstur dapat dimodifikasi serta lebih kedap suara bila dibandingkan material dari semen. Bahan dasar dari serat alam tersebut tersedia melimpah di Indonesia.

Penelitian yang diajukan untuk program Sarjana ini adalah menentukan formulasi kombinasi antara kadar NaOH, waktu perendaman, dan waktu pencetakan komposit yang optimal, pembuatan cetakan komposit. Matriks

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a) Meneliti pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan perandaman NaOH terhadap kekuatan tarik serat dan regangan pada pengujian tarik komposit.

b) Meneliti pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan perendaman NaOH terhadap ketahanan patah dan keuletan pada pengujian impak komposit.

c) Untuk mengetahui jenis patahan yang terjadi pada komposit serat widuri melalui analisa struktur makro.

1.4 BATASAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, dalam penelitian yang akan dibahas ini, penelitian hanya dibatasi : a) Proses pencetakan dan pencampuran komposit serat alami dengan matrik Polyester Bening Super.

b) Penelitian sifat fisis dan mekanis komposit serat alam yang meliputi pengujian tarik, pengujian impact dan pengamatan struktur makro.

c) Pada penelitian ini dilakukan perlakuan kimia serat dengan

1.5 MANFAAT PENELITIAN

Dari kegiatan penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan manfaat bagi berbagai pihak. Manfaat tersebut antara lain :

1. Bagi Masyarakat Sebagai bahan yang dapat digunakan oleh masyarakat dengan produksi dan harga yang relatif murah serta ramah lingkungan.

2. Bagi Ilmu Pengetahuan Hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan yang bermanfaat serta dijadikan sebagai bahan referensi oleh pihak-pihak yang berkepentingan.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Penyusun Bahan 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 serat dibagi menjadi dua yaitu serat kontinu (continous) dan serat tidak kontinu (discontinous).

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, R.M., 1975)

1. Fibrous composites Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat

(dapat berupa serat organic atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polymer, loga 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 penguat dan matriks (Van Vlack, L.H., 1985).

2. Laminated composites

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.

Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dibedakan menjadi :

1. Komposit Matriks Logam (Metal Matriks Composite) Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam sedangkan bahan penguatnya dapat 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. Cermet merupakan suatu bahan komposit matrik logam dengan reinforcing agent berupa keramik.

2. Komposit Matriks Keramik (Ceramic 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

Karbida boron (B

4 C), Nitrida boron (BN), Karbida silicon (SiC),

Nitrida silicon (Si

3 N 4 ), Karbida titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat

digunakan karbon, SiC dan Al

2 O 3.

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

2.3. Polyester

Resin polyester tak jenuh adalah bahan matrik thermosetting yang paling luas dalam penggunaan sebagai matrik pengikat plastik, dari bagian yang menggunakan proses pengerjaan yang sangat sederhana sampai produk yang dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin.

Polyester sebagai resin thermosetting mempunyai kekuatan mekanis yang cukup bagus, memiliki kemampuan ketahanan terhadap bahan kimia, isolator listrik selain itu harganya yang relative murah. Dalam pengerjaan resin ini juga cukup mudah, karena tidak mengalami perubahan dimensi yang signifikan saat proses curing. Dalam pemakaian resin polyester, untuk Kemampuan proses curing ini dapat dipercepat dengan mereaksikan resin polyester bersama katalis (peroxida organik) dan komponen akselator.

Penggunaan akselator sebagai formula untuk mempersingkat proses curing dapat dipakai dalam proses suhu rendah maupun proses curing menggunakan suhu tinggi. Resin ini mulai mengalami proses curing saat terjadinya reaksi pada bahan pemicu yaitu katalis dan akselator berupa cobalt.

Reaksi panas yang berlebihan antara kedua bahan ini dapat mengakibatkan kerusakan pada hasil, untuk menghindarinya maka harus dilakukan pengaturan suhu pada saat curing.

Polyester dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti dalam pembuatan komposit lembaran dan pembuatan tangki-tangki penampungan.

Kemampuan resin polyester selain sebagai matrik pengikat serat yang bagus juga mempunyai karakteristik sebagai berikut:

1. Tahan terhadap panas.

2. Resin ini mempunyai berbagai variasi dalam pasaran, tergantung dalam aplikasi penggunaannya. Karakteristik klasifikasi bahan resin, viskositas mengalami sifat gel (gel time) pada suhu 25

C, dapat bereaksi pada suhu

80 C, perubahan bentuk bahan dapat dipertahankan sampai pada suhu

3. Ketahanan terhadap bahan kimia.

4. Bahan ini mempunyai kemampuan tahan terhadap pengaruh korosi bahan- bahan kimia. Dibandingkan dengan bahan logam besi gord dan baja, polyester mempunyai keunggulan terhadap korosi air laut. 5. kemampuan bahan terhadap beban kejut dan tidak abrasive.

Polyester tak jenuh diperoleh dengan cara mereaksikan asam basa dengan alkohol dihidrat. Adanya reaksi kimia antara keduaynya menghasilkan ikatan tak jenuh pada rantai utama polymer kemudian dengan mereaksikan 30% styrene sebagai monomer termasuk vinil tolvone, methyl methacrylite dan ally alcohol derivates dengan polyester sehingga berkaitan dengan gugus tak jenuh saat pencetakan.

Resin polyester dapat mengalami curing dengan bantuan peroksida organik akan mengakibatkan reaksi polimerisasi yang bersifat radikal bebas.

Polyester dapat mengalami proses curing pada suhu kamar dengan bantuan katalis (perioksida organic) sebagai pemicu intiator yang bergabung dengan akselerator atau promoter. Polyester juga dapat mengalami proses curing dengan penyinaran ultraviolet sampai suhu 90

2.4. Serat

adalah salah satu serat yang biasanya digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang berasal dari alam misal tumbuhan.

2.5. Bahan-bahan tambahan

Bahan sebagai pemicu (initiator) yang berfungsi untuk memulai dan mempersingkat reaksi curing pada temperature ruang adalah katalis.

Kelebihan katalis akan menimbulkan panas saat curing dan hal ini bisa merusak produk yang dibuat.

Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan cetakan maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap cetakan dengan realese agent sebelum dilakukan pembuatan komposit. Realese agent yang sering digunakan berupa MAA, waxes (semir), mirror glass, polyvinyl alcohol, ascralon, dan bahan lain yang berfungsi melapisi.

2.6. Fraksi Volum Serat

Komponen penyusun bahan komposit mempunyai pengaruh terhadap sifat mekanik akhir bahan komposit. Besar pengaruh terhadap sifat mekanik akhir bahan komposit dapat ditinjau dari seberapa banyak komponen tersebut terdapat dalam bahan komposit. Dalam analisa sifat mekanik bahan komposit

Pada bahan komposit jumlah fraksi volume komponen penyusunnya harus sama dengan satu, dengan mengasumsikan tidak adanya void: V + V = 1………………………………………………. ..........(2.1)

f m

Dengan V f = fraksi volume serat V m = fraksi volume matrik Sedangkan fraksi berat dapat ditulis sebagai berikut: W f + W m = 1……………………………………….....................(2.2) Dengan W = fraksi berat serat

W m = fraksi berat matriks Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen penyusunnya:

ρ + c = ρ f V f ρ m V m…………………………………………………………....................... (2.3) Dengan ρ c = massa jenis komposit

ρ f = massa jenis serat ρ m = massa jenis matrik V = fraksi volum serat

V m = fraksi volum matrik Sehingga fraksi volume serat dapat diketahui dari persamaan: ρ − ρ _{c m}

V f = …………………………………………….......(2.5) −

ρ ρ _{f m} Dengan mengetahui besar massa jenis total komposit dan komponen penyusunnya maka fraksi volume serat akan dapat diketahui.

Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan. Pada umumnya besar fraksi volume bahan komposit berkisar 20% sampai 65%. Terdapat berbagai macam cara untuk mengetahui basarnya fraksi volume komposit, salah satunya adalah dengan menimbang bobot total komposit dan komponen-komponen penyusunnya untuk menghitung massa jenisnya kemudian diselesaikan dengan persamaan di atas.

2.7. Orientasi Serat

Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit, secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan sebagai berikut:

1. Serat Searah (Unidirectional) : serat disusun secara searah paralel satu sama lain. Sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada arah

3. Serat Acak (Pseudoisotropic) : penyusunan serat dilakukan secara acak, sifat dari susunan ini adalalah isotropic yaitu kekuatan pada satu titik pengujian mempunyai kekuatan sama.

Sifat mekanik dari pemasangan satu arah ini adalah jenis yang paling proporsional, karena pada pemasangan satu arah ini dapat memberikan konstribusi pemakaian serat paling banyak. Hal tersebut disebabkan karena pemasangan serat yang semakin acak konstribusi serat yang dipasang akan semakin sedikit (fraksi volume kecil) mengakibatkan kekuatan komposit semakin menurun, seperti dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Jumlah serat bahan komposit serat dinyatakan dalam bentuk fraksi volume serat (v f ) yaitu perbandingan volume serat (V f ) terhadap volume bahan komposit. Semakin besar kandungan volume serat dalam komposit maka akan meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut.

2.8. Jenis Serat

Berdasarkan ukuran panjang serat menjadi serat kontinu (continuous) dan serat tidak kontinu (discontinous) secara teori serat panjang akan lebih efektif dalam hal transmisi beban dibanding serat pendek. Namun hal tersebut sulit untuk diwujudkan dalam praktek, mengingat faktor manufaktur yang tidak memungkinkan dihasilkannya kekuatan optimum pada seluruh panjang serat dan pada pembuatan bahan komposit, karena pada pemakaian serat panjang akan terjadi ketimpangan dalam penerimaan beban antar serat, sebagian serat mengalami tegangan sedangkan yang lain dalam posisi bebas dari tegangan. Sehingga jika komposit tersebut dibebani sampai mendekati kekuatan patahnya, sebagian serat akan patah mendahului serat lainnya.

Komposit yang diperkuat dengan serat pendek dapat dihasilkan kekuatan yang lebih besar dari pada yang diperkuat serat panjang yaitu dengan cara pemasangan orientasi pada arah optimum yang dapat ditahan oleh serat.

2.9. Komposisi dan Bentuk Serat

Berdasarkan bentuk, serat penguat mempunyai penampang lingkaran dan bentuk lain misal bujur sangkar. Kekuatan serat dapat juga diliat dari diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan

Berdasarkan komposisinya serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibedakan atas:

1. Serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan alam atau bahan organik, misal selulosa, polipropilena, grafit, serat rami, serat, serat kelapa, serat pisang dll.

2. Serat anorganik yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misal glass dan keramik

2.10 Faktor Matrik

Fungsi dari matrik adalah:

1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat sebagai bahan yang mempunyai modulus kekuatan tinggi.

2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan bahan komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik harus mempunyai serat adhesi yang baik terhadap serat untuk menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena hal ini berhubungan erat dengan transfer beban. Jika matrik mempunyai sifat adhesi yang kurang baik maka transfer beban tidak sempurna dan menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan serat (debounding failure). Secara

3. Melindungi permukaan serat penguat dari abrasi yang diakibatkan oleh perlakuan secara mekanik misalnya gesekan antar serat.

2.11 Mekanika Komposit

Sifat mekanik bahan komposit berbeda dengan bahan konvensional lainnya. Tidak seperti bahan teknik lainnya yang pada umumnya 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:

1. Sifat mekanis komponen penyusunnya

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 antara komponen penyusun tersebut dan sifat-sifat akhir dari komposit yang dihasilkan. Sedangkan analisis makromekanik

2.12 Uji Impak

Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau getas benda uji sebelum dan sesudah mendapat perlakuan panas. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang

dijatuhkan dengan cara dilepaskan dari sudut 150 ( α) dan sisi pisau pada palu menengenai benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm,

panjang 55 mm dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45 , karena pukulan tersebut benda uji akan patah, kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut ( β) hasil dari keliatan benda uji. Harga uji impak dapat dicari dengan rumus:

W = GR (cos β - cos α) (Joule)……………………….............(2.6)

Dengan: W = Tenaga patah (Joule)

= Besar sudut pada saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji α β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji G = Berat palu ( N ) R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,3948 m

Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:

2 Keliatan = (Joule/m )...............................................................(2.7) Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut:

1. Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur ketangguhan tarik pada bahan kekuatan rendah.

2. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang

3. Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan perlakuan panas pada ketangguhan takik Disamping beberapa keuntungan diatas pada metode ini, terdapat juga kerugian yang terjadi, diantaranya:

1. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena uji ini bersifat merusak.

2. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan ukuran cacat.

2.13 Hubungan Tegangan dan Regangan Komposit

Secara makro mekanik bahan komposit dapat ditinjau sebagai bahan yang homogen tanpa memperhatikan hubungan antara komponen penyusunnya. Dengan penyederhanaan ini sifat mekanik dapat didekati dengan persamaan-persamaan mekanika bahan.

Pada penelitian ini untuk menghitung kekuatan tarik dan regangan adalah:

2. Regangan (ε)

PerubahanP anjang ( Δ L )

ε x 100%......................................(2.11)

= PanjangAwa l ( L )

2.14. Bentuk-Bentuk Patahan

Patahan benda uji impak berbeda-beda, ini dipengaruhi oleh kandungan serat dan void (cacat gelembung udara). Bentuk patahan ada tiga macam, dapat dilihat pada Gambar 2.2 – Gambar 2.4:

Gambar 2.2 Bentuk Patahan GetasGambar 2.3 Bentuk Patahan LiatGambar 2.4 Bentuk Patahan Campuran

Pada Gambar 2.2 menunjukkan bentuk patahan getas, patahan getas adalah patahan pada benda uji yang rata dan mempunyai permukaan yang mengkilap. campuran, dimana patahan campuran mempunyai patahan yang sebagian getas dan sedikit liat (Van Vliet, G.L.J., 1984). .

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Skema Jalan Penelitian

Agar lebih sistematis dalam penelitian maka dibuat alur jalannya penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1

Persiapan Bahan Pembuatan Serat Pembelian Resin Organik Polyester Bening Super (serat widuri) Justus 108 Perendaman Serat dengan NaOH Pembuatan benda uji:

1. Matrik

2. komposit serat tanpa

perendaman

3. Komposit dengan

prosentase perendaman NaOH 2,5%, 5%, 7,5%.

Pengujian:

1. Pengujian tarik

2. pengujian impak

3. foto bentuk patah

3.2. Persiapan Benda Uji

3.2.1 Bahan dan Alat

Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan komposit serat widuri adalah sebagai berikut :

1. Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang massa serat yang akan digunakan.

2. Cetakan, yang terbuat dari kaca.

3. Gelas ukur, untuk mendapatkan volume resin yang akan dipakai dan mencampur resin dengan katalis / hardener.

4. Meteran, untuk mengukur luasan serat sesuai luasan cetakan.

5. Gunting, untuk memotong serat sesuai dengan luasan cetakan.

6. Vaselin atau MAA, digunakan sebagai pelapis pada kaca yang berfungsi agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.

7. Kuas, digunakan untuk alat melapisi permukaan cetakan.

8. Pengaduk kaca, untuk mengaduk campuran resin dan katalis / hardener sebelum dituang pada cetakan. Dipilih bahan kaca, supaya mudah dibersihkan dari sisa resin yang mengering.

Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan komposit serat widuri adalah sebagai berikut :

1. Resin

Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Polyester Bening Super Justus 108. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih bening, yang diproduksi PT. JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.

Resin yang dipakai dalam penelitian tidak disertai spesifikasi khusus, sehingga untuk mengetahui sifat-sifat mekaniknya dilakukan pengujian tarik dan impak terhadap resin pengikat tanpa serat. Data dan perhitungan selengkapnya disajikan dalam lampiran tabel dan perhitungan.

2. Serat

Dalam penelitian ini serat yang digunakan adalah serat organik yaitu serat Widuri. Bahan serat ini diambil dari daerah Pantai Glagah Wates, Kulon Progo. Ditunjukkan pada gambar 3.2

Gambar 3.2 Tumbuhan Widuri

3. Release Agent

Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya komposit dengan cetakan, maka untuk menghindari dilakukan proses pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya komposit pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan dengan cara mengoleskan dan melapisi seluruh cetakan. Pelapisan dilakukan dengan menggunakan kuas dan pelapisan ini harus dilakukan dengan teliti dan merata pada setiap bagian cetakan agar nantinya komposit dengan cetakan dapat dengan mudah dipisahkan. Release

Gambar 3.3. Release Agent ( MAA )

4. Katalis

Percabangan antara rantai polyester pada suhu kamar dapat terjadi pada waktu yang sangat lama. Untuk mempercepat dapat dipicu dengan penambahan katalis dengan ratio perbandingan 1% volume resin, sehingga terjadi reaksi yang bersifat eksoterm. Ketika reaksi dimulai akan timbul

panas (60-90

C) yang cukup untuk mereaksikan resin sehingga diperoleh kekuatan maksimal dan bentuk plastik. Dalam penelitian ini digunakan katalis metoxone (methyle ethyl katone peroxide) untuk mempercepat laju curing komposit. Laju curing komposit ditentukan oleh jumlah katalis yang ditambahkan dalam resin, semakin banyak katalis yang ditambahkan kebutuhan. Dengan menggunakan katalis metoxone 1% waktu yang dibutuhkan untuk curing berkisar 4-6 jam.

3.2.2 Pembuatan Serat Widuri

Untuk mendapatkan serat widuri seperti yang diinginkan, maka diperlukan langkah-langkah yang tepat sehingga diperoleh serat dengan kekuatan yang optimal.

Adapun langkah-langkah untuk mendapatkan serat widuri adalah sebagai berikut :

a) Buah widuri yang sudah cukup matang dipetik, kemudian dibuka sedikit.

b) Buah yang sudah dibuka diambil bijinya di bagian dalam buah agar biji tidak mengganggu saat proses pembersihan.

Seperti dapat dilihat pada gambar 3.4. di bawah ini.

Gambar 3.4. Biji dibersihkanGambar 3.5. Buah widuri yang disuwir

a) Setelah didapatkan serat yang masih basah, maka serat harus dibersihkan dari sisa buah yang masih menempel. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.6. di bawah ini.

Gambar 3.6. Serat basah yang sudah dibersihkan b) Kemudian serat dikeringkan dengan diangin-anginkan hingga kering.Gambar 3.7. Serat widuri yang telah dikeringkan

Serat yang sudah kering disimpan dalam tempat yang sejuk dan kering (tidak lembab) atau disimpan dengan silika gel.

3.2.3 Perendaman Serat dengan NAOH

Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan alkali treatment pada serat. Perlakuan kimia yang dilakukan adalah dengan merendam serat dengan menggunakan NaOH (sodium hydroxide). Karena NaOH adalah salah satu jenis alkali, maka NaOH dipilih sebagai larutan yang digunakan untuk dapat menghilangkan kandungan air pada serat dan dapat mengurangi kekasaran/kekesatan pada permukaan serat sehingga diharapkan serat dapat menjadi lebih baik, lebih kuat dan dapat bertahan lama terhadap serangan bakteri/mikroorganisme dibandingkan serat tanpa perendaman NaOH. NaOH yang digunakan adalah jenis NaOH pro analisis (seperti ditunjukkan pada sebelumnya, waktu yang paling baik untuk merendam serat organik adalah kurang-lebih selama 3 jam (Li, S.A., 2004). Perendaman serat dengan NaOH ini sendiri dilakukan dengan tiga variasi, yaitu : 2,5%NaOH , 5%NaOH dan 7,5%NaOH, yang bertujuan untuk mengetahui prosentase paling baik diantara ketiga variasi tersebut agar didapat serat yang sempurna / maksimal untuk selanjutnya diproses menjadi komposit.

Gambar 3.8. NaOH pro analisis

3.2.4 Perlakuan Serat Widuri

Perlakuan serat widuri dimaksudkan untuk mempersiapkan serat yang tahan terhadap serangan bakteri / mikroorganisme dan mengurangi kadar air

5% ; dan 7,5 % dilarutkan dengan air suling (Aquades) dengan komposisi masing-masing dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut : 1 liter ( aquades ) = 1000 gram ( aquades ) Prosentase yang digunakan untuk setiap 1 liter aquades adalah :

2 ,

2,5 % NaOH x 1000 gram = 25 gram NaOH

►

100

5 % NaOH ► x 1000 gram = 50 gram NaOH

100 7 ,

x 1000 gram = 75 gram NaOH

7,5 % NaOH ►

100

Berdasarkan persamaan diatas, maka dapat ditentukan jumlah / volume NaOH (awal / akhir ), maka proses selanjutnya adalah menimbang NaOH yang dibutuhkan dengan menggunakan timbangan digital lalu melarutkan NaOH dengan 1 liter aquades. Sehingga perbandingan fraksi volume NaOH dengan aquades dapat ditentukan seperti dalam tabel di bawah ini :

Tabel 3.1 Perbandingan fraksi volume NaOH dengan aquades.

Konsentrasi NaOH Volume aquades Berat NaOH Akhir Volume aquades No ( % ) Awal ( gram ) ( gram ) Akhir ( gram ) 1 2,5 1000

25 975

2 5 1000 50 950 3 7,5 1000 75 925

Setelah setiap konsentrasi dan volume aquades diketahui, maka alat yang perlu kita persiapkan adalah :

Akuarium (sebagai wadah untuk merendam serat)
Gunting (sebagai pemotong serat agar serat dapat dimasukkan ke dalam wadah akuarium)
NaOH pro analisis
Sendok (digunakan untuk mengambil NaOH sesuai dengan ukuran)
Timbangan digital (digunakan untuk menimbang NaOH yang diperlukan)
Air suling (Aquades)

Loyang (sebagai wadah setelah perendaman serat untuk proses pengeringan)
Sarung Tangan (digunakan untuk mengambil serat setelah proses perendaman selesai)

Setelah seluruh alat tersedia, langkah-langkah yang perlu dilakukan untuk proses perendaman serat adalah :

1. Mempersiapkan wadah, yaitu akuarium yang telah dibersihkan. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.9. di bawah ini.

Gambar 3.9. Akuarium

2. Mempersiapkan serat, agar serat dapat dimasukkan ke dalam akuarium dengan mudah. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.10. di bawah ini.

Gambar 3.10. Serat Widuri 3. Menimbang berat NaOH dengan timbangan digital.

4. Menuang air suling/aquades (seperti ditunjukkan pada gambar 3.11.) ke dalam gelas ukur sesuai dengan volume yang telah ditentukan.

Gambar 3.11. Aquades

7. Mengaduk dengan pengaduk kaca sampai rata / sampai NaOH dengan air suling (aquades) sudah benar-benar bercampur (cair).

8. Memasukkan serat ke dalam larutan NaOH dengan aquades. Seperti ditunjukkan pada gambar 3.12. di bawah ini.

Gambar 3.12. Proses perendaman 9.

Mengaduk serat dengan pengaduk kaca, dimaksudkan agar setiap serat dapat benar-benar terendam dengan larutan NaOH dengan aquades.

Seperti ditunjukkan pada gambar 3.13. di bawah ini

10. Menunggu ± 3 jam.

11. Setelah ± 3 jam, serat diambil dari dalam akuarium dengan menggunakan sarung tangan.

12. Membersihkan / membilas serat yang telah direndam ± 3 jam tadi dengan menggunakan air suling/aquades lalu ditempatkan dalam sebuah wadah (loyang) untuk dikeringkan. Seperti dilihat pada gambar 3.14. di bawah ini.

Gambar 3.14. Loyang tempat serat 13.

Setelah serat dibersihkan / dibilas dengan air suling maka serat tersebut dikeringkan (seperti tampak pada gambar 3.15.) dengan cara dijemur.