47 c.
Bentuk Spesimen Pengujian Kekuatan Impak. 100 mm
10 mm
10 mm Gambar 3.3 Bentuk Sampel Pengujian Impak dengan Standar ASTM D-259
3.4. Variabel Penelitian
1. Variabel Bebas :
- Resin Polyester YUCOLAX 157 EX series dan Catalis Mekpo
- Selanjut persentase berat serat adalah 10, 15, 20, 25, 30.
2. Variabel Terikat :
- Nilai pengujian kekuatan tarik, kekuatan kelenturan dan kekuatan
impak, analisa DTA, analisa SEM dan Uji Nyala Api.
Universitas Sumatera Utara
48
3.5. Diagram Alir Penelitian
Direndam selama 3 hari diaduk dengan stiren Diurai dan dibersihkan
atau mixer ± 5 menit Dikeringkan ke matahari
Dituang ke dalam cetakan Serat sabut kelapa di susun sandwich
Dipress menggunakan hotpress ±30–60mnt
Dilepas dari cetakan
Dipotong sesuai kebutuhan
Gambar.3.4. Diagram Alir Penelitian Sabut Kelapa
Poliester Katalis 10
Serat Sabut Kelapa Campuran Homogen
Matriks Poliester dengan Serat
Hasil Sampel Matriks
U.Impak U.Nyala Api
U.Kelenturan U.Tarik
Pengambilan Data Hasil dan Pembahasan
Kesimpulan Selesai
DTA SEM
Universitas Sumatera Utara
49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Sifat Mekanik Bahan Komposit
Hasil proses perlakuan merupakan produk papan komposit. Papan komposit yang dihasilkan terlihat menyatu dan mempunyai ikatan yang cukup kuat. Hasil
papan komposit ini merupakan spesimen yang siap untuk dilakukan pengujian. Adapun pengujian adalah uji mekanik untuk mengetahui sifat-sifat mekanik suatu
bahan komposit. Uji mekanik yang dilakukan adalah pengujian kekuatan tarik, kekuatan lentur, dan kekuatan impak. Hasil pengujian kekuatan tarik dan kekuatan
lentur merupakan stress dan strain. Harga stress menunjukkan tegangan dalam satuan kg.f dan strain menunjukkan regangan dalam satuan mmmenit. Sedangkan
untuk uji kekuatan impak yang dihasilkan merupakan kekuatan impak dalam satuan Joule. Selanjutnya dilakukan pengujian ketahanan nyala api, DTA untuk
analisa termal, dan analisa SEM untuk melihat bentuk dan perubahan permukaan suatu spesimen.
Tampilan komposit polyester dan serat sabut kelapa dilihat pada Gambar 4.1 dibawah ini :
Gambar 4.1 Papan Komposit Polyester dan Serat Sabut Kelapa Untuk mengetahui secara empiris sifat mekanik yang dimiliki papan komposit,
berikut ini disajikan hasil uji karakteristik mekanik berdasarkan variasi bentuk susunan serat dan persentase berat serat sesuai dalam rancangan penelitian.
Universitas Sumatera Utara
50
4.1.1. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Polyester dan Serat Sabut Kelapa
Pengujian tarik dilakukan menggunakan alat uji Electronic System Universal Testing Machine Type SC-2DE MFG No.6079. Cap 20 kN dalam pengujian tarik
spesimen yang dilakukan alat dikondisikan pada beban 2 kN dan kecepatan 20 mmmenit. Hasil pengujian kekuatan tarik komposit polyester dan serat sabut
kelapa ditunjukkan pada Lampiran A.
Gambar 4.2 menunjukkan kekuatan tarik bahan poliyester murni tanpa serat dibandingkan dengan bahan komposit polyester berserat sabut kelapa pada variasi
berat serat 10, 15, 20, 25 dan 30 menghasilkan kekuatan tarik yang tidak sama. Kekuatan tarik yang digambarkan pada grafik adalah rata-rata
kekuatan tarik pada masing-masing variasi sampel.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kondisi bahan paling optimal adalah pada susunan serat searah dengan variasi berat serat 20 rata-rata kekuatan tarik nya
275,3 kg.fcm
2
. Untuk variasi berat serat 15 rata-rata kekuatan tarik nya 176,4 kg.fcm
2
dan variasi berat serat 25 rata-rata kekuatan tarik nya 212,9 kg.fcm
2
. Sedangkan papan komposit dengan susunan serat silang kondisi bahan optimal
pada variasi berat serat 25 rata-rata kekuatan tariknya 202,8 kg.fcm
2
. Untuk variasi berat serat 20 rata-rata kekuatan tariknya 187,8 kg.fcm
2
dan variasi berat serat 30 rata-rata kekuatan tariknya 171,3 kg.fcm
2
. Pada papan komposit dengan serat disusun acak kondisi bahan optimal pada variasi berat serat 25
rata-rata kekuatan tariknya 174,4 kg.fcm
2
. Dan untuk variasi berat serat 20 rata- rata kekuatan tariknya 116,8 kg.fcm
2
dan variasi berat serat 30 rata-rata kekuatan tariknya 170,7 kg.fcm
2
.
Universitas Sumatera Utara
51 Gambar 4.2 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Papan Komposit terhadap
Persentase Berat Serat Maka hasil pengujian tarik bahan yang paling optimal adalah papan komposit
polyester dengan susunan serat lurus pada variasi serat 20 yang memiliki kekuatan tarik 275,3 kg.fcm
2
. Nilai tersebut jika dibandingkan dengan yang disyaratkan pada Surdia, T. dan Saito, S 1984 bahwa kekuatan tarik bahan
polimer polyester dengan bahan pengisi serat adalah minimal 4,2 x 10
2
kg.fcm
2
. Nilai kekuatan tarik papan komposit hasil penelitian masih jauh dari standar yang
disyaratkan. Hal ini diduga karena kurang sempurnanya pencampuran resin polyester dengan serat sabut kelapa. Selain itu pemberian katalis 10, padahal
disarankan penggunaan katalis mekpo adalah 1 PT.Justus Raya sehingga sifat kekuatan tarik hanya terdapat pada beberapa bagian bahan polimer saja. Menurut
Maloney 1993, menyatakan bahwa nilai MOE dipengaruhi oleh kandungan dan jenis bahan perekat yang digunakan, daya ikat perekat dan termasuk panjang serat.
Hasil pengujian digambarkan dalam sumbu horizontal yang menunjukkan strain regangan dan sumbu vertikal menunjukkan stress tegangan.
Variasi Persentase Berat Serat
Universitas Sumatera Utara
52
σ
Tegangan
Regangan Gambar 4.3. Grafik Pengujian Tarik Polyester Murni 100
Gambar 4.3. adalah analisa grafik resin polyester tanpa serat sabut kelapa. Pada gambar tersebut polyester membawa beban dari titik A hingga mencapai beban
maksimal pada puncak dititik B. Setelah spesimen berada pada beban puncak, maka spesimen langsung terputus dan beban turun menjadi nol. Proses tersebut
digambarkan dari titik B ke titik C.
Beban perpindahan kurva dari polimer resin polyester dan serat sabut kelapa sebagai kondisi paling maksimal yaitu serat yang disusun searah dengan variasi
berat serat 20 diilustrasikan pada Gambar 4.4. Jika dibandingkan dengan grafik polyester murni tanpa serat, jelas terlihat bahwa pengisian serat sabut kelapa
sebagai pengisi komposit polyester dapat mengoptimalkan kekuatan tarik dari spesimen. Ketika pada spesimen dilakukan pengujian terus menerus, maka
polyester dan serat membawa beban bersama dari titik A hingga mencapai beban maksimal pada puncak dititik B karena terjadi ikatan yang kuat antara matrik
dengan serat, sehingga komposit polyester dengan serat sabut kelapa persentase serat 20 tidak langsung terputus melainkan masih terdapat kekuatan tariknya.
A B
C
Ket : 1 mm : 1kg.f
1 2
Universitas Sumatera Utara
53
σ
Tegangan
Regangan Gambar 4.4. Grafik Pengujian Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa Susun Searah
pada Persentase Berat Serat 20 Setelah spesimen berada pada beban maksimal maka stress akan turun dan
berusaha menahan beban pada titik C menuju ke titik D, yang akhirnya kekuatan tariknya menjadi nol titik E. Artinya jika suatu spesimen dibebani, mula-mula
spesimen tersebut akan melentur secara elastis, dan pelenturan akan menghilang bila beban ditiadakan. Suatu beban yang berlebih akan memberi kerusakan pada
spesimen dimana tegangan melampaui kekuatan luluh dari spesimen. Beban puncak sampai spesimen mengalami kerusakan terjadi pada kondisi rata-rata
kekuatan tariknya 275,3 kg.fcm
2
.
σ
Tegangan
Regangan Gambar 4.5. Grafik Pengujian Tarik Komposit Serat Sabut Kelapa Susun Silang
pada Persentase Berat Serat 10
B C
D
A C
B E
Ket : 1 mm : 1kg.f
Ket : 1 mm : 1kg.f
A
1 2
2 1
Universitas Sumatera Utara
54 Beban tarik polyester serat sabut kelapa susun silang persentase serat 10 adalah
beban tarik pada kondisi yang paling kurang baik diantara semua spesimen yang dibuat. Jika dibandingkan dengan kondisi paling optimal yaitu polyester serat
yang disusun searah pada persentase serat 20 maka terdapat perbedaan pada beban tarik yang dihasilkan. Kondisi yang paling kurang maksimal terdapat beban
tarik yang kecil, selain itu pada salah satu pengujian spesimen langsung putus.
4.1.2. Hasil Pengujian Lentur Resin Polyester dan Serat Sabut Kelapa
Perlakuan perbedaan berat serat sabut kelapa dilakukan untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan kekuatan mekanik dari bahan komposit yang
dihasilkan. Dalam perlakuan ini sebagai variabel tetap adalah tekanan dengan beban 2 kN. Kemudian susunan serat searah, susunan silang dan susunan acak
dengan variasi berat serat sabut kelapa 10, 15, 20, 25, dan 30. Pengujian dilakukan dengan alat Electronic System Uniersal Testing Machine Type SC-2DE
MFG No.6079. Cap 2000 kg.f. Jarak tumpu yang digunakan adalah 8 cm dengan kecepatan 50 mmmenit. Hasil pengujian beban maksimal W
maks
dan tegangan lentur maksimum K
maks
komposit polyester ditunjukkan pada Lampiran B.
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Kekuatan Lentur Papan Komposit terhadap Persentase Berat Serat
Universitas Sumatera Utara
55 Gambar 4.6 menunjukkan perbedaan berat serat sabut kelapa berpengaruh
terhadap kuat lentur spesimen. Polyester tanpa serat kekuatan lentur menunjukkan 286,8 kg.fcm
2
. Pada susunan serat lurus searah kondisi maksimal pada berat serat sabut kelapa 20 rata-rata kuat lentur K
maks
komposit sebesar 556,4 kg.fcm
2
. Untuk variasi berat serat 15 rata-rata kekuatan lenturnya sebesar 384 kg.fcm
2
dan variasi berat serat 25 rata-rata kekuatan lenturnya 512,8 kg.fcm
2
. Sedangkan pada serat susunan silang kondisi maksimal pada berat serat sabut
kelapa 20 rata-rata kuat lentur σ
maks
komposit sebesar 471,6 kg.fcm
2
. Untuk variasi berat serat 15 rata-rata kekuatan lenturnya sebesar 312,8 kg.fcm
2
dan variasi berat serat 25 rata-rata kekuatan lenturnya 408,4 kg.fcm
2
. Pada papan komposit dengan serat disusun acak kondisi bahan yang optimal didapat dengan
variasi berat serat 25 dengan rata-rata kekuatan lenturnya 326,4 kg.fcm
2
. Untuk variasi berat serat 20 rata-rata kekuatan lenturnya 116,8 kg.fcm
2
dan variasi berat serat 30 rata-rata kekuatan lenturnya 170,7 kg.fcm
2
.
Hasil pengujian kuat lentur bahan yang paling optimal adalah komposit polyester dengan susunan serat searah pada variasi serat 20 yang memiliki kekuatan lentur
556,4 kg.fcm
2
. Nilai tersebut jika dibandingkan dengan yang disyaratkan oleh Surdia, T. dan Saito, S 1984 bahwa kekuatan lentur bahan polimer resin
polyester dengan bahan pengisi serat adalah minimal 5,9 x 10
2
kg.fcm
2
. Maka nilai kekuatan lentur papan komposit yang diperoleh dari hasil pengujian
mendekati standar yang disyaratkan.
Gambar 4.7 adalah analisa grafik dari resin polyester tanpa serat sabut kelapa. Pada gambar tersebut polyester membawa beban dari titik A hingga mencapai
beban maksimal pada puncak dititik B. Setelah spesimen berada pada beban puncak, maka spesimen langsung terputus dan beban menjadi nol. Proses tersebut
digambarkan dari titik B ke titik C.
Universitas Sumatera Utara
56
σ
Tegangan
Regangan Gambar 4.7 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Murni 100
Grafik polyester murni berbeda dengan grafik polyester yang berserat sabut kelapa. Pada Gambar 4.8 diilustrasikan grafik komposit polyester dengan serat
sabut kelapa disusun searah dengan variasi persentase sabut kelapa 20 yang berada pada kondisi paling maksimal. Komposit polyester dan serat membawa
beban bersama dari titik A hingga mencapai beban maksimal pada puncak dititik B karena terjadi ikatan yang kuat antara matrik dengan serat. Setelah spesimen
berada pada beban maksimal maka stress akan kembali berkurang dan berusaha menahan beban, yang akhirnya lama kelamaan stress menjadi nol. Artinya
spesimen mengalami kerusakan dan spesimen tanpa beban lagi. Beban puncak itu terjadi pada kondisi rata-rata kekuatan kelenturannya 556,4 kg.fcm
2
.
σ
Tegangan
Regangan Gambar 4.8 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut Kelapa Susun
Searah pada Persentase Berat Serat 20
A
B C
Ket : 1 mm : 1kg.f
Ket : 1 mm : 1kg.f
1 2
2 1
Universitas Sumatera Utara
57 Ketika spesimen dilakukan pengujian terus menerus dengan memberi beban,
maka mula-mula spesimen akan melentur secara elastis. Pelenturan akan hilang bila beban ditiadakan. Dan suatu beban yang berlebih akan membengkokkan
spesimen secara permanen pada tempat dimana tegangan melebihi kekuatan luluhnya. Sehingga spesimen yang telah bengkok telah gagal tetapi belum patah.
σ
Tegangan
Regangan Gambar 4.9 Grafik Pengujian Kelenturan Polyester Serat Sabut Kelapa Susun
Silang pada Persentase Berat Serat 10 Kuat lentur polyester serat sabut kelapa susun silang persentase serat 10 adalah
beban lentur pada kondisi yang paling kurang baik diantara semua spesimen yang dibuat. Jika dibandingkan dengan kondisi paling optimal yaitu polyester serat
yang disusun searah pada persentase serat 20 maka terdapat perbedaan bentuk grafik yang kurang maksimal pada beban tarik yang dihasilkan.
4.1.3. Hasil Pengujian Impak Resin Polyester dan Serat Sabut Kelapa
Pengujian ini menggunakan alat Wolperts Type : CPSA Com. No.88031040000 diberikan perlakuan dengan pemukul godam sebesar 4 Joule.
Adapun hasil pengujian impak ditunjukkan pada Lampiran C.
Perlakuan perbedaan serat sabut kelapa dilakukan untuk mengetahui perbedaan kekuatan impak dari komposit polyester dan serat sabut kelapa. Dari grafik
Ket : 1 mm : 1kg.f
2 1
Universitas Sumatera Utara
58 dibawah menunjukkan bahwa harga impak rata-rata yang maksimal adalah
komposit serat sabut kelapa disusun silang pada variasi serat 20 dengan nilai sebesar 3,86 Joulemm
2
. Komposit serat sabut kelapa disusun silang pada variasi serat 15 menunjukkan nilai sebesar 3,65 Joulemm
2
, dan komposit serat sabut kelapa disusun silang pada variasi serat 25 menujukkan nilai sebesar 3,75
Joulemm
2
. Sedangkan komposit serat sabut kelapa disusun acak kekuatan impak yang maksimal adalah pada variasi serat 25 dengan nilai sebesar 3,79
Joulemm
2
. Untuk variasi serat 20 mencapai nilai sebesar 2,11 Joulemm
2
dan variasi serat 30 hampir sama nilai nya dengan variasi 25 dengan nilai sebesar
3,78 Joulemm
2
.
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Kekuatan Impak Papan Komposit terhadap Persentase Berat Serat
Dari gambar 4.10, kekuatan impak polyester tanpa serat sangat kecil sebesar 0,61 Jmm
2
. Setelah penambahan serat maka kekuatan impak bertambah besar. Perbedaan kekuatan impak yang dihasilkan dipengaruhi oleh variasi serat yang
berbeda-beda dan susunan serat yang berbeda-beda pula. Perbedaan kekuatan impak rata-rata dari satu spesimen yang sama variasi seratnya dan susunan serat
yang sama dapat disebabkan oleh beberapa sebab diantaranya adalah kekuatan komposit yang kurang merata disetiap tempat dan distribusi serat yang kurang
Universitas Sumatera Utara
59 merata sehingga energi yang diserap menjadi lebih kecil. Kekuatan impak yang
paling maksimal didapat pada serat yang disusun silang dengan variasi serat sabut kelapa 25 sebesar 3,86 Joulemm
2
. Sedangkan hasil pengujian impak yang didapat menunjukkan bahwa ikatan antara molekul antara serat dan poyester kuat,
hal ini diperlihatkan dari spesimen yang diuji tidak mengalami patahan melainkan hanya sekedar bengkok saja. Sehingga spesimen yang dihasilkan polyester dan
serat sabut kelapa dapat dikatakan bersifat kuat elastis.
4.2. Analisa Termal Sampel Polyester dengan Serat Sabut Kelapa