Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Interfacial Shear Strength Dan Wettability Pada Serat Cantula.
PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP
INTERFACIAL SHEAR STRENGTH DAN WETTABILITY
PADA SERAT CANTULA
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
MUHAMMAD KHAIRUL BAHTIAR
NIM. I0411033
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017
ABSTRAK
PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP INTERFACIAL SHEAR
STREGTH DAN WETTABILITY PADA SERAT CANTULA
Muhammad Khairul Bahtiar
Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas
terhadap interfacial shear strength (IFSS) dan wettability pada serat cantula.
Perlakuan panas dilakukan pada suhu 100oC, 110oC, 120oC dan 130oC selama 10
jam. Perlakuan panas merupakan salah satu metode fisik untuk meningkatkan sifat
fisik serat cantula. IFSS dievaluasi dengan melakukan pengujian single fiber pull
out. Wettability dievaluasi dengan mengukur sudut kontak yang terbentuk antara
cairan penyelidik dengan serat cantula. Sudut kontak digunakan untuk
menentukan energi permukaan serat. Hasil dari pengujian menunjukkan perlakuan
panas meningkatkan IFSS dan wettability serat cantula. IFSS paling tinggi
diperoleh pada suhu 130oC sebesar 2,97 MPa. Sudut kontak paling kecil diperoleh
pada suhu 130oC dengan energi permukaan paling tinggi sebesar 43,86 mJ/m2.
Kata kunci: perlakuan panas, IFSS, wettability, serat cantula
iv
ABSTRACT
EFFECTS OF HEAT TREATMENT ON INTERFACIAL SHEAR
STRENGTH AND WETTABILITY OF CANTALA FIBER
Muhammad Khairul Bahtiar
Mechanical Engineering Department
Sebelas Maret University
Surakarta
This study aims to determine the effect of heat treatment on interfacial shear
strength (IFSS) and wettability on cantala fiber. The heat treatment carried out at a
temperature of 100oC, 110oC, 120oC and 130oC for 10 hours. The heat treatment is one of
physical method to improve the physical properties of cantala fiber. IFSS was evaluated
by single fiber pull out test. Wettability was evaluated by measuring the contact angle
formed between liquid probe with cantala fiber. The contact angle is used to determine
the surface energy of fiber. The result of the testing indicate the heat treatment improving
IFSS and wettability cantala fiber. The highest IFSS obtained at temperature 130oC of
2,97 MPa. The smallest contact angle obtained at temperature 130oC with the highest
surface energy of 43,86 mJ/m2.
Keywords: heat treatment, IFSS, wettability, cantala fiber
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, hingga akhirnya penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik, di
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah membantu dan
menginspirasi dalam pembuatan skripsi ini khususnya kepada:
1. Keluarga tercinta; Bapak Basuki dan Ibu Sumarsi yang selalu memberikan
motivasi, memberikan kasih sayang yang luar biasa dan selalu mendoakan
setiap saat sehingga saya dapat menyelesaikan studi di Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret.
2. Bapak Teguh Triyono, S.T., M.Eng dan Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo,
M.T. selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan,
serta arahan dengan sangat baik selama penelitian dan penulisan skripsi.
3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku Ketua Prodi Teknik
Mesin Universitas Sebelas Maret.
4. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T. dan
Bapak Sukmaji Indro Cahyono, S.T., M.T. selaku penguji kelayakan
skripsi ini.
5. Dosen-dosen Teknik Mesin UNS yang telah membagikan ilmu dan
pengalaman.
6. Rekan-rekan Mecheng 2011 yang selalu mengingatkan dan memberikan
dorongan, yang telah berjuang bersama untuk menyelesaikan studi di
Teknik Mesin UNS.
7. Bapak Maruto Adi P, S.T., selaku laboran yang telah memberikan arahan
dan saran selama penelitian berlangsung.
8. Rekan-rekan di Laboratorium Material yang selalu berjuang bersama.
9. Grup Al Kahfi yang memberikan dorongan yang luar biasa untuk saya.
10. Berbagai pihak yang telah membantu jalannya proses penelitian yang tidak
bisa disebutkan satu per satu.
vi
Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat
kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik
dan saran yang membangun dari semua pihak untuk memperbaiki skripsi
ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga hasil karya penulis ini dapat
bermanfaat bagi siapa saja.
Surakarta, 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
ABSTRAK .....................................................................................................iv
ABSTRACT .................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ....................................................................................vi
DAFTAR ISI ............................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii
DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 2
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 2
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................... 2
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................... 4
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................. 4
2.2 Dasar Teori ......................................................................................... 6
2.2.1 Komposit ..................................................................................... 6
2.2.2 Fiber ........................................................................................... 7
2.2.3 Serat Cantula ............................................................................... 7
2.2.4 Matrik.......................................................................................... 7
2.2.5 High Density Polyethylene (HDPE) ............................................. 8
2.2.6 Perlakuan Panas Serat .................................................................. 9
2.3 Pengujian Spesimen ............................................................................. 9
2.3.1 Interfacial Shear Strength (IFSS)................................................. 9
2.3.2 Keterbasahan (Wettability)......................................................... 11
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 14
3.1 Tempat Penelitian............................................................................... 14
3.2 Bahan Penelitian ................................................................................ 14
viii
3.3 Alat Penelitian .................................................................................... 15
3.4 Alat Uji ............................................................................................. 18
3.5 Parameter .......................................................................................... 20
3.6 Langkah Kerja Penelitian .................................................................. 20
3.6.1 Persiapan RHDPE .................................................................... 20
3.6.2 Persiapan Serat Cantula ............................................................ 20
3.6.3 Pembuatan Spesimen IFSS ....................................................... 21
3.7 Tahap Pengujian ................................................................................ 22
3.7.1 Pengujian Single Fiber Pull Out ............................................... 22
3.7.2 Pengujian Wettability ................................................................ 24
3.8 Tahap Analisa ................................................................................... 25
3.9 Diagram Alir Penelitian..................................................................... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 26
4.1 Pengujian Single Fiber Pull Out ........................................................ 26
4.2 Pengujian Wettability ........................................................................ 29
BAB V PENUTUP ....................................................................................... 34
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 34
5.2 Saran ................................................................................................. 34
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Spesimen single fiber pull out ..................................................... 10
Gambar 2.2 Tingkat wettability menurut ukuran sudut kontak ........................ 11
Gambar 2.3 Skema Pengujian Wettability ...................................................... 12
Gambar 3.1 Cacahan HDPE ........................................................................... 14
Gambar 3.2 Serat cantula ............................................................................... 15
Gambar 3.3 Mesin Hot Press ......................................................................... 16
Gambar 3.4 Timbangan Digital ...................................................................... 16
Gambar 3.5 Oven ........................................................................................... 17
Gambar 3.6 Crusher ...................................................................................... 17
Gambar 3.7 Mikropipet .................................................................................. 18
Gambar 3.8 Universal Testing Machine ......................................................... 19
Gambar 3.9 Stereo Microscope ...................................................................... 19
Gambar 3.10 Pembuatan spesimen single fiber pull out.................................. 21
Gambar 3.11 Spesimen pengujian single fiber pull out ................................... 22
Gambar 3.12 Spesimen pengujian single fiber pull out ................................... 23
Gambar 3.13 Mekanisme pengujian single fiber pull out ................................ 23
Gambar 3.14 Mekanisme pengujian single fiber pull out pada mesin JTMUST510 ........................................................................................... 24
Gambar 3.15 Skema pengujian wettability yang dilakukan ............................. 24
Gambar 3.16 Diagram alir penelitian ............................................................. 25
Gambar 4.1 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap IFSS ................ 26
Gambar 4.2(a) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out Tanpa
perlakuan ......................................................................................... 28
Gambar 4.2(a) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 100oC..... 28
Gambar 4.2(b) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 110oC .... 28
Gambar 4.3(c) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 120oC..... 28
Gambar 4.4(d) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 130oC .... 28
Gambar 4.3 Foto makro droplet cairan penyelidik pada serat tampak atas ...... 29
Gambar 4.4 Foto makro droplet cairan penyelidik pada serat tampak bawah .. 29
Gambar 4.5 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap gugus polar...... 31
x
Gambar 4.6 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap IFSS dan Energi
Permukaan ....................................................................................... 32
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Plastik HDPE ............................................................................... 8
Tabel 2.2 Komponen energi permukaan cairan................................................... 13
Table 4.1 Hasil pengukuran sudut kontak dan perhitungan energi permukaan serat
cantula ............................................................................................... 30
xii
DAFTAR NOTASI
τ
= Tegangan geser interfasial serat matrik (MPa)
P
= Beban (N)
D
= Diameter serat (mm)
L
= Kedalaman serat yang masuk ke dalam matrik (mm)
= energi permukaan pada permukaan solid (mJ/m2)
= energi permukaan pada permukaan cairan (mJ/m2)
\
= sudut kontak (o)
= energi permukaan pada gugus disperse (mJ/m2)
= energi permukaan pada gugus polar (mJ/m2)
y
= permisalan sumbu y dari rumus 2.4
x
= permisalan sumbu x dari rumus 2.4
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan HDPE dan Energi Permukaan ................................. 38
Lampiran 2. Data Pengujian IFSS .................................................................. 41
Lampiran 3. Data Pengujian Wettability ......................................................... 44
xiv
INTERFACIAL SHEAR STRENGTH DAN WETTABILITY
PADA SERAT CANTULA
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh:
MUHAMMAD KHAIRUL BAHTIAR
NIM. I0411033
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2017
ABSTRAK
PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP INTERFACIAL SHEAR
STREGTH DAN WETTABILITY PADA SERAT CANTULA
Muhammad Khairul Bahtiar
Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret
Surakarta
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perlakuan panas
terhadap interfacial shear strength (IFSS) dan wettability pada serat cantula.
Perlakuan panas dilakukan pada suhu 100oC, 110oC, 120oC dan 130oC selama 10
jam. Perlakuan panas merupakan salah satu metode fisik untuk meningkatkan sifat
fisik serat cantula. IFSS dievaluasi dengan melakukan pengujian single fiber pull
out. Wettability dievaluasi dengan mengukur sudut kontak yang terbentuk antara
cairan penyelidik dengan serat cantula. Sudut kontak digunakan untuk
menentukan energi permukaan serat. Hasil dari pengujian menunjukkan perlakuan
panas meningkatkan IFSS dan wettability serat cantula. IFSS paling tinggi
diperoleh pada suhu 130oC sebesar 2,97 MPa. Sudut kontak paling kecil diperoleh
pada suhu 130oC dengan energi permukaan paling tinggi sebesar 43,86 mJ/m2.
Kata kunci: perlakuan panas, IFSS, wettability, serat cantula
iv
ABSTRACT
EFFECTS OF HEAT TREATMENT ON INTERFACIAL SHEAR
STRENGTH AND WETTABILITY OF CANTALA FIBER
Muhammad Khairul Bahtiar
Mechanical Engineering Department
Sebelas Maret University
Surakarta
This study aims to determine the effect of heat treatment on interfacial shear
strength (IFSS) and wettability on cantala fiber. The heat treatment carried out at a
temperature of 100oC, 110oC, 120oC and 130oC for 10 hours. The heat treatment is one of
physical method to improve the physical properties of cantala fiber. IFSS was evaluated
by single fiber pull out test. Wettability was evaluated by measuring the contact angle
formed between liquid probe with cantala fiber. The contact angle is used to determine
the surface energy of fiber. The result of the testing indicate the heat treatment improving
IFSS and wettability cantala fiber. The highest IFSS obtained at temperature 130oC of
2,97 MPa. The smallest contact angle obtained at temperature 130oC with the highest
surface energy of 43,86 mJ/m2.
Keywords: heat treatment, IFSS, wettability, cantala fiber
v
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, hingga akhirnya penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik, di
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak yang telah membantu dan
menginspirasi dalam pembuatan skripsi ini khususnya kepada:
1. Keluarga tercinta; Bapak Basuki dan Ibu Sumarsi yang selalu memberikan
motivasi, memberikan kasih sayang yang luar biasa dan selalu mendoakan
setiap saat sehingga saya dapat menyelesaikan studi di Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret.
2. Bapak Teguh Triyono, S.T., M.Eng dan Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo,
M.T. selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, dorongan,
serta arahan dengan sangat baik selama penelitian dan penulisan skripsi.
3. Bapak Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. selaku Ketua Prodi Teknik
Mesin Universitas Sebelas Maret.
4. Bapak Dr. Joko Triyono, S.T., M.T., Bapak Heru Sukanto, S.T., M.T. dan
Bapak Sukmaji Indro Cahyono, S.T., M.T. selaku penguji kelayakan
skripsi ini.
5. Dosen-dosen Teknik Mesin UNS yang telah membagikan ilmu dan
pengalaman.
6. Rekan-rekan Mecheng 2011 yang selalu mengingatkan dan memberikan
dorongan, yang telah berjuang bersama untuk menyelesaikan studi di
Teknik Mesin UNS.
7. Bapak Maruto Adi P, S.T., selaku laboran yang telah memberikan arahan
dan saran selama penelitian berlangsung.
8. Rekan-rekan di Laboratorium Material yang selalu berjuang bersama.
9. Grup Al Kahfi yang memberikan dorongan yang luar biasa untuk saya.
10. Berbagai pihak yang telah membantu jalannya proses penelitian yang tidak
bisa disebutkan satu per satu.
vi
Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat
kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik
dan saran yang membangun dari semua pihak untuk memperbaiki skripsi
ini.
Akhir kata, penulis berharap semoga hasil karya penulis ini dapat
bermanfaat bagi siapa saja.
Surakarta, 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
ABSTRAK .....................................................................................................iv
ABSTRACT .................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ....................................................................................vi
DAFTAR ISI ............................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x
DAFTAR TABEL ........................................................................................ xii
DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah .................................................................................. 2
1.4 Tujuan Penelitian ................................................................................. 2
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................... 2
1.6 Sistematika Penulisan ........................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................... 4
2.1 Tinjauan Pustaka ................................................................................. 4
2.2 Dasar Teori ......................................................................................... 6
2.2.1 Komposit ..................................................................................... 6
2.2.2 Fiber ........................................................................................... 7
2.2.3 Serat Cantula ............................................................................... 7
2.2.4 Matrik.......................................................................................... 7
2.2.5 High Density Polyethylene (HDPE) ............................................. 8
2.2.6 Perlakuan Panas Serat .................................................................. 9
2.3 Pengujian Spesimen ............................................................................. 9
2.3.1 Interfacial Shear Strength (IFSS)................................................. 9
2.3.2 Keterbasahan (Wettability)......................................................... 11
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................. 14
3.1 Tempat Penelitian............................................................................... 14
3.2 Bahan Penelitian ................................................................................ 14
viii
3.3 Alat Penelitian .................................................................................... 15
3.4 Alat Uji ............................................................................................. 18
3.5 Parameter .......................................................................................... 20
3.6 Langkah Kerja Penelitian .................................................................. 20
3.6.1 Persiapan RHDPE .................................................................... 20
3.6.2 Persiapan Serat Cantula ............................................................ 20
3.6.3 Pembuatan Spesimen IFSS ....................................................... 21
3.7 Tahap Pengujian ................................................................................ 22
3.7.1 Pengujian Single Fiber Pull Out ............................................... 22
3.7.2 Pengujian Wettability ................................................................ 24
3.8 Tahap Analisa ................................................................................... 25
3.9 Diagram Alir Penelitian..................................................................... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 26
4.1 Pengujian Single Fiber Pull Out ........................................................ 26
4.2 Pengujian Wettability ........................................................................ 29
BAB V PENUTUP ....................................................................................... 34
5.1 Kesimpulan ....................................................................................... 34
5.2 Saran ................................................................................................. 34
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Spesimen single fiber pull out ..................................................... 10
Gambar 2.2 Tingkat wettability menurut ukuran sudut kontak ........................ 11
Gambar 2.3 Skema Pengujian Wettability ...................................................... 12
Gambar 3.1 Cacahan HDPE ........................................................................... 14
Gambar 3.2 Serat cantula ............................................................................... 15
Gambar 3.3 Mesin Hot Press ......................................................................... 16
Gambar 3.4 Timbangan Digital ...................................................................... 16
Gambar 3.5 Oven ........................................................................................... 17
Gambar 3.6 Crusher ...................................................................................... 17
Gambar 3.7 Mikropipet .................................................................................. 18
Gambar 3.8 Universal Testing Machine ......................................................... 19
Gambar 3.9 Stereo Microscope ...................................................................... 19
Gambar 3.10 Pembuatan spesimen single fiber pull out.................................. 21
Gambar 3.11 Spesimen pengujian single fiber pull out ................................... 22
Gambar 3.12 Spesimen pengujian single fiber pull out ................................... 23
Gambar 3.13 Mekanisme pengujian single fiber pull out ................................ 23
Gambar 3.14 Mekanisme pengujian single fiber pull out pada mesin JTMUST510 ........................................................................................... 24
Gambar 3.15 Skema pengujian wettability yang dilakukan ............................. 24
Gambar 3.16 Diagram alir penelitian ............................................................. 25
Gambar 4.1 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap IFSS ................ 26
Gambar 4.2(a) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out Tanpa
perlakuan ......................................................................................... 28
Gambar 4.2(a) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 100oC..... 28
Gambar 4.2(b) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 110oC .... 28
Gambar 4.3(c) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 120oC..... 28
Gambar 4.4(d) Foto SEM serat hasil pengujian single fiber pull out 130oC .... 28
Gambar 4.3 Foto makro droplet cairan penyelidik pada serat tampak atas ...... 29
Gambar 4.4 Foto makro droplet cairan penyelidik pada serat tampak bawah .. 29
Gambar 4.5 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap gugus polar...... 31
x
Gambar 4.6 Grafik hubungan perlakuan panas serat terhadap IFSS dan Energi
Permukaan ....................................................................................... 32
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Plastik HDPE ............................................................................... 8
Tabel 2.2 Komponen energi permukaan cairan................................................... 13
Table 4.1 Hasil pengukuran sudut kontak dan perhitungan energi permukaan serat
cantula ............................................................................................... 30
xii
DAFTAR NOTASI
τ
= Tegangan geser interfasial serat matrik (MPa)
P
= Beban (N)
D
= Diameter serat (mm)
L
= Kedalaman serat yang masuk ke dalam matrik (mm)
= energi permukaan pada permukaan solid (mJ/m2)
= energi permukaan pada permukaan cairan (mJ/m2)
\
= sudut kontak (o)
= energi permukaan pada gugus disperse (mJ/m2)
= energi permukaan pada gugus polar (mJ/m2)
y
= permisalan sumbu y dari rumus 2.4
x
= permisalan sumbu x dari rumus 2.4
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan HDPE dan Energi Permukaan ................................. 38
Lampiran 2. Data Pengujian IFSS .................................................................. 41
Lampiran 3. Data Pengujian Wettability ......................................................... 44
xiv