KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI BERMATRIK EPOXY

  

KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK

KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI

BERMATRIK EPOXY

TUGAS AKHIR

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

  Disusun oleh :

  

YOHANES ISWANTORO

NIM : 035214053

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2008

  

THE WEAR AND IMPACT STRENGTH OF

COMPOSITE MATERIAL OF COCONUT WOOD

CHARCOAL WITH EPOXY MATRIX

A FINAL PROJECT

  Submitted For The Partial Fulfillment Of The Requirements For The Degree Of Mechanical Engineering Of

  Mechanical Engineering Program Study

  

By :

YOHANES ISWANTORO

NIM : 035214053

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2008

  

TUGAS AKHIR

KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK

KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI

BERMATRIK EPOXY

Disusun oleh :

YOHANES ISWANTORO

  

NIM : 035214053

  Telah disetujui oleh : Pembimbing I

  Pembimbing II

  

Halaman Persembahan

Karya Tulis Ini Dipesembahkan Untuk

  

Maria Soejati

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Yohanes Iswantoro

  Nomor Mahasiswa : 035214053 Demi mengembangkan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

KEKUATAN TARIK DAN KEKUATAN IMPAK KOMPOSIT PARTIKEL ARANG KAYU JATI BERMATRIK EPOXY

  beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal: 31 Oktober 2008 Yang menyatakan ( Yohanes Iswantoro)

  

Pernyataan Keaslian Karya

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan di dalam daftar pustaka yang sebagaimana layaknya sebuah karya ilmiah.

  Yogyakarta, 31 Oktober 2008 Penulis

  Yohanes Iswantoro

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas terselesaikannya karya tulis ini. Dalam Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat bantuan, sehingga laporan ini dapat selesai tepat pada waktunya. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak atas doa dan bantuan yang terus diberikan hingga Tugas Akhir dapat diselesaikan.

  Pada kesempatan ini, penulis juga mengucapkan banyak terima kasih kepada :

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

  2. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J, S.S, B.S.T., M.A., M.Sc., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

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

  4. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan Ketua Program Studi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Drama.

  5. Bapak I Gusti Ketut Puja S.T, M.T., Dosen Pembimbing I Tugas Akhir.

  6. Bapak Kuncoro Diharjo S.T., M.T., Dosen Pembimbing II Tugas Akhir.

  7. Bapak Martono Dwiyaning Nugroho, Laboran Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.

  8. Bapak Ignatius Tri Widaryanto, Staff Sekretariat Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  9. Teman-teman bermain gendulan, engklek dan gobak sodor : Agung Kurnianto, Heri Doso Santoso, Wahyu Pitono, Dwi Sunu, Hardi Prastyanto, Antonius Sulis Styawan, Theodorus, Agus Tito, Warsono, Dedi Wibowo.

  10. Teman Kost : Sugiarto, Dadariadi, Madiono, Bayu Nugroho, Andre, Novi Andri, Jarwinto dan semua yang telah membantu.

  11. Teman-teman kelompok Tugas Akhir : Sepi Agus Mindarto, Thomas Heri Purwaka, Borgias Yopie Pietrer, Ivan Antonio, Rino Purbono atas kerjasamanya selama penyusunan Tugas Akhir ini.

  12. Teman-temanku : Aan Arianto, Kharisma Pribadi, Indrawan Taufik, Hendri Purwanto, Ari Suryanto, Pamor Surono, teman-teman angkatan 2003 dan semua teman yang telah turut memberikan dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.

  Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih perlu banyak pembenahan. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak diterima penulis dengan senang hati. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembacanya.

  Yogyakarta, 31 Oktober 2008 Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ................................................. ii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iii HALAMAN PERSEMBAHAN ......................................................................... 1v HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................ v KATA PENGANTAR ........................................................................................ vi DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR TABEL ............................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv

  INTISARI ........................................................................................................... xv

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

  1.1 Latar Belakang ......................................................................... 1

  1.2 Tujuan Penelitian ..................................................................... 5

  1.3 Kegunaan Penelitian ................................................................ 5

  1.4 Batasan Masalah ...................................................................... 6

  BAB II DASAR TEORI .................................................................................... 7

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

  2.2 Klasifikasi Komposit ............................................................... 9

  2.3 Komponen Bahan Komposit ................................................... 12

  2.3.1 Matrik ........................................................................... 12

  3.2 Penyiapan Benda Uji ............................................................... 30

  3.4 Prosedur Pengujan ................................................................... 38

  3.3.1 Menentukan Komposisi Jumlah Serat ......................... 34

  3.3 Pembuatan Benda Uji .............................................................. 34

  3.2.3 Cetakan dan Press ........................................................ 33

  3.2.2 Alat Bantu .................................................................... 32

  3 Bahan Tambahan ...................................................... 32

  2 Resin ......................................................................... 31

  1 Partikel ...................................................................... 30

  3.2.1 Bahan Komposit ........................................................... 30

  3.1 Skema Penelitian ..................................................................... 29

  2.3.2 Penguat (filler) ............................................................. 13

  BAB III METODE PENELITIAN .................................................................... 29

  2.7 Tinjauan Pustaka ..................................................................... 19

  2.6 Bentuk-bentuk Patahan ............................................................ 19

  2.5.3 Foto Makro ..................................................................... 19

  2.5.2 Pengujian Impak ............................................................ 17

  2.5.1 Pengujian Tarik................................................................16

  2.5 Pengujian Komposit....................................................................16

  2.4 Volume Penguat ....................................................................... 15

  2.3.3 Bahan-bahan Tambahan ................................................ 14

  3.4.1 Metode Pengujian Tarik ............................................... 38

  3.4.2 Benda Uji Untuk Pengujian Tarik................................38

  3.4.3 Metode Pengujian Impak .............................................. 40

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................................... 42

  4.1 Hasil Pengujian Tarik .............................................................. 42

  4.2 Hasil Pengujian Impak ............................................................ 50

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................ 55

  5.1 Kesimpulan .............................................................................. 55

  5.2 Saran............................ ........................................................... 56 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 57

  

DAFTAR GAMBAR

  1.1 Gambar Jati Gelondongan Hasil Hutan ..................................................... 4

  1.2 Gambar Pemanfaatan Limbah Yang Belum Optimal ................................ 6

  2.1 Prinsip Pengujian Impak ............................................................................ 17

  3.1 Skema Jalannyar Penilitian ........................................................................ 29

  3.2 Serbuk Dengan Suhu Pengarangan 200°C ................................................. 31

  3.3 Serbuk Dengan Suhu Pengarangan 300°C ................................................. 31

  3.4 Resin Dan Hardener ................................................................................... 32

  3.5 Bentuk Cetakan Yang Digunakan .............................................................. 33

  3.6 Al;at Pengepres Cetakan ............................................................................ 34

  3.7 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik ............................................................... 38

  3.8 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit .......................................................... 39

  3.9 BendaUji Tarik ........................................................................................... 39

  3.10 Mesin Uji Tarik .......................................................................................... 40

  3.11 Saat Pengujian Tarik .................................................................................. 40

  3.12 Dimensi Benda Uji Impak ......................................................................... 41

  3.13 Alat Uji Impak ........................................................................................... 41

  4.1 Grafik Kekuatan Tarik Pertama .................................................................... 41

  4.2 Grafik Regangan Pertama ............................................................................ 45

  4.3 Grafik Modulus Plastis Pertama ................................................................... 45

  4.4 Bentuk Patahan Pengujian Pertama ............................................................. 46

  4.5 Grafik Kekuatan Tarik Kedua ...................................................................... 48

  4.6 Grafik Regangan Kedua .............................................................................. 49

  4.7 Grafik Modulus Plastis Kedua ...................................................................... 49

  4.8 Bentuk Patahan Pengujian Kedua ................................................................ 50

  4.9 Grafik Tenaga Patah .................................................................................... 52

  4.10 Grafik Keuletan ........................................................................................... 52

  4.11 Bentuk Patahan Pengujian Impak .............................................................. 54

  

DAFTAR TABEL

  3.1 Komposisis komposit percobaan pertama .................................................. 35

  3.2 Komposisis komposit percobaan kedua ..................................................... 36

  3.3 Komposisi komposit pengujian impak ....................................................... 36

  4.1 Data hasil uji tarik pertama ........................................................................ 43

  4.2 Hasil perhitungan uji tarik percobaan kedua.............................................. 47

  4.3 Hasil perhitungan pengujian impak ........................................................... 51

  

DAFTAR LAMPIRAN

  LAMPIRAN ........................................................................................................ 59

  1 Data Hasil Pengujian Karbon .................................................... 60

  2 Data Hasil Perhitungan Uji Tarik Pertama ............................... 61

  3 Data Hasil Perhitungan Uji Tarik Kedua .................................. 62

  4 Data Hasil Perhitungan Uji Impak ............................................ 63

  5 Grafik Hasil Pengujian Tarik .................................................... 64

  

INTISARI

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kekuatan tarik dan kekuatan impak komposit partikel dengan menggunakan filler arang serbuk kayu jati bermatrik Epoxy. Serbuk gergaji kayu jati dilakukan pengarangan dalam oven pada suhu 200ºC, 300ºC, 400ºC dan 500ºC, selama 2 jam. Dari bentuk visual dan mengacu pada hasil pengujian kadar karbon pada arang serbuk gergaji kayu glugu, maka partikel yang digunakan sebagai filler komposit adalah arang serbuk kayu jati pengarangan 200ºC dengan variasi penambahan arang serbuk gergaji pengarangan 300ºC. Variasi penambahan arang serbuk gergaji kayu jati pengarangan 300ºC dimulai dari 0%, 40%, 50%, 60% dan 100% (w/w) dengan kandungan filler sebesar 45% (

  ν/ν). Komposit dibuat dengan metode cetak tekan. Selanjutnya dilakukan uji tarik. Komposit yang memberikan kekuatan tarik tertinggi dibuat komposit dengan menggunakan variasi kandungan filler 27%, 36%, 45%, 54% ( ν/ν.). Komposit selanjutnya dilakukan uji tarik dan uji impak. Uji tarik mengunakan mesin uji tarik Gotech. Geometri benda uji tarik mengacu pada ASTM D 638-1. Pengujian impak dilakukan dengan menggunakan uji impak Charpy. Geometri uji impak mengacu pada standar ASTM A370. Hasil penelitian menunjukkan bahwa, pada variasi komposisi jenis arang kekuatan tarik tertinggi sebesar 20,9 MPa, terjadi pada komposisi filler 60% arang serbuk kayu jati pengarangan 200ºC (40% arang 300ºC). Pada variasi kandungan filler kekuatan tarik tertinggi sebesar 22,79 MPa pada fraksi volume filler 36%. Kekuatan tarik mengalami peningkatan sebesar 10%. Keuletan tertinggi dimiliki oleh komposit dengan fraksi volume filler 36% sebesar 0.0031 joule/mm².

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Pada saat sekarang ini banyak sekali masalah-masalah yang timbul karena adanya polusi, baik polusi udara, polusi suara maupun polusi air dan tanah, yang semuanya itu tak lepas dari perkembangan kegiatan manusia itu sendiri. Salah satu hal yang menjadi penyebab pencemaran ini adalah asbes.

  Sekarang ini masih banyak ditemukan produk-produk yang masih menggunakan asbes, seperti pada produk bahan bangunan yang biasa terdapat pada plafon, atap rumah dan juga pada produk otomotif yang terdapat pada kampas kopling dan kampas rem. Karena asbes sangat berbahaya maka dicarikan alternatif lain untuk menggantikannya. Alternatif itu antara lain adalah dengan mengganti dengan bahan yang lebih bersifat lebih alami dan tidak merusak lingkungan, salah satunya adalah dengan mengganti dengan komposit berbahan dasar limbah produk alami seperti serbuk gergaji kayu.

  Asbestos adalah mineral silikat yang dihasilkan dari pertambangan /

  bahan alam. Asbes awalnya disebut juga sebagai magic mineral karena sifatnya yang tahan panas, baik sebagai insulasi elektrik, tahan terhadap berbagai bahan kimia dan oli. Keuntungannya bahan ini ekonomis dan juga murah, seperti yang kita ketahui asbestos dalam dunia otomotif sering kita temui sebagai bahan utama dalam pembuatan kampas rem, kampas kopling dan gasket. Tetapi kita harus berhati-hati dalam pemakaian asbestos tersebut, karena dari data yang diperoleh dari PMI asbes phamplet disebutkan bahwa asbestos berpengaruh negatif terhadap kesehatan diantaranya menyebabkan beberapa macam penyakit antaralain adalah :

  1. Asbestosis terjadi pada saat serat asbes terhirup dan terperangkap dalam jaringan paru-paru. Dengan mekanisme pertahanan tubuh, tubuh akan memproduksi sejenis asam untuk melarutkan serat asbes tersebut. Karena sifat asbes yang tahan terhadap bahan kimia sehingga serat asbes tersebut hanya terlarut sebagian dan membuat jaringan disekitar luka. Luka inilah yang membuat paru-paru tidak berfungsi dengan baik.

  2. Mesothelioma adalah kanker yang terjadi di lapisan luar paru-paru atau pada lapisan luar dinding perut. Penyakit ini banyak terjadi pada pegawai industri yang banyak menggunakan bahan baku asbes, juga pada masyarakat disekitar pabrik, orang-orang yang sering bekerja di jalan seperti polisi dan petugas jalan tol, dll.

  3. Kanker paru-paru: penyakit ini lebih banyak muncul jika seseorang terus menerus bekerja dalam lingkungan yang terkontaminasi asbes. Para perokok cenderung lebih beresiko dibandingkan bukan perokok bila menghirup debu asbes.

  Melihat dampak yang begitu besar bagi kesehatan, maka dunia internasional merespon dengan mengeluarkan Rotterdam Convention pada September 2004 yang intinya mengatur mengenai perdagangan internasional pestisida beracun dan Bahan Kimia Berbahaya (BKB, dimana negara yang mengeksport BKB harus mendapatkan rekomendasi (Prior Informed Concent) dari negara pengimpor sebelum barang tersebut diberangkatkan kenegara yang bersangkutan. Di Indonesia juga diberlakukan peraturan menganai pemakaian asbes, peraturan-pereaturan itu diantaranya adalah sbb:

  1. PP No. 18/1999 bahwa asbes dikategorikan sebagai B3 (Bahan Berbahaya Beracun).

  2. PP No. 74/2001 bahwa penggunaan asbestos harus dikontrol.

  3. Keppres No. 22/1993 bahwa asbestosis, kanker paru dan mesothelioma dikategorikan sebagai Penyakit Akibat Hubungan Kerja.

  4. Permenaker No. 03/1985 yang mengatur syarat K3 dalam penggunaan asbes. Di Indonesia terdapat banyak sekali limbah industri seperti serbuk kayu yang belum dimanfaatkan secara optimal karena selama ini warga lebih suka membakarnya dari pada digunakan untuk yang lainnya. Pada penelitian ini diambil kayu jati karena selain jumlahnya melimpah kayu jati juga terkenal dengan kekuatannya, diharapkan komposit dengan bahan dasar limbah serbuk kayu jati akan mempunyai kekuatan yang tinggi juga.

  Menurut Kesatuan Pemangkuan Hutan (KPH) di Jawa Tengah, produksi kayu jati pada tahun 2005 mencapai 159,185 m³. Menurut Purwanto dkk, (1994) menyatakan komposisi limbah pada kegiatan pemanenan dan industri pengolahan kayu adalah sebagai berikut :

  1. Pada pemanenan kayu, limbah umumnya berbentuk kayu bulat, mencapai 66,16%.

  2. Pada industri penggergajian limbah kayu meliputi serbuk gergaji 10,6%, Sebetan 25,9% dan potongan 14,3%, dengan total limbah sebesar 50,8%.

  3. Limbah pada industri kayu lapis meliputi limbah potongan 5,6%, serbuk gergaji 0,7%, sampah vinir basah 24,8%, sampah vinir kering 12,6% sisa kupasan 11,0% dan potongan tepi kayu lapis 6,3%. Total limbah kayu lapis ini sebesar 61,0% dari jumlah bahan baku yang digunakan. Dari keterangan diatas mengatakan bahwa total limbah mencapai 50,8% dengan limbah berupa serbuk mencapai 10,6%, jika kita hitung apabila produk kayu yang dihasilkan mencapai 159,185 m³, maka limbah yang berupa serbuk mencapai 40,767 m³. Angka itu baru dari KPH, jika ditambahkan dengan produsen kayu jati swasta bisa diperkirakan mencapai 3 kalinya.

Gambar 1.1. Jati Gelondongan Hasil Hutan

  Berdasarkan data yang diperoleh dari KPH, maka perlu dilakukan penelitian terhadap pemanfaatan limbah serbuk kayu jati ini karena sangat disayangkan jika tidak dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin. Pada penelitian ini akan dibuat komposit papan partikel dari serbuk kayu jati, dikarenakan papan partikel akan sangat luas dalam penggunaan dan untuk pengembangan penelitian selanjutnya. Untuk mengetahui hasil dari penelitian ini maka dilakukan beberapa jenis pengujian yaitu pengujian tarik dan pengujian impak, dengan pengujian tersebut maka dapat diketahui sifat mekanik dari komposit tersebut. Jika sifat mekanik sudah dapat diketahui maka dapat mempermudah dalam pengaplikasian dan pengembangan penelitian ini. Papan partikel penggunaannya sangat luas seperti pada interior rumah maupun perabot rumah tangga maupun pada otomotif.

  Gambar.1.2. Pemanfaatan Limbah Yang Belum Optimal

1.2 Tujuan Penelitian

  Ada beberapa tujuan penting yang ingin dicapai antara lain, sbb :

  1. Untuk mengetahui kekuatan tarik dan kekuatan impak komposit partikel dari arang kayu jati.

  2. Mengetahui pengaruh suhu pengarangan terhadap kekuatan komposit partikel.

  3. Mengetahui stuktur makro pada bentuk patahan pada pengujian yang dilakukan.

  1.3 Kegunaan Penelitian

  Kegunaan penelitian ini antara lain adalah :

  1. Bagi peneliti, selain sebagai tugas akhir untuk memperoleh gelar S1 penelitian ini juga dapat sebagai acuan untuk dapat membandingkan material yang mengandung bahan asbes dan non asbes.

  2. Bagi pihak lain, penelitian ini dapat digunakan sebagai tambahan pengetahuan dan sebagai informasi yang memadai.

  1.4 Batasan Masalah

  Karena ada banyak hal yang dapat mempengaruhi karakteristik dari komposit maka penulis memberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut:

  1. Pengujian yang dilakukan terhadap komposit ini adalah uji tarik dan uji impak

  2. Suhu pengarangan dimulai dari 200ºC, 300ºC, 400ºC dan 500ºC.

  3. Lama pengarangan 2 jam dengan asumsi panas merata pada serbuk gergaji dalam kaleng dan dengan waktu pemanasan sebelum cetak 50ºC selama 20 menit.

  4. Matrik yang digunakan adalah Epoxy dengan merk dagang ALF.

  5. Serat komposit berbentuk partikel acak dari serbuk gergaji kayu jati.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Komposit

  Definisi komposit adalah gabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda (Van Vlack, 1991 : 591). 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 yang 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. Karena karakteristik pembentuknya berbeda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya (Kilduff, 1994 : 483).

  Banyaknya serat dan ukurannya menentukan kemampuan komposit dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Selain bahan serat komposit juga tidak terlepas dari bahan matrik. Hal ini terjadi karena sekumpulan serat tanpa matrik tidak dapat menahan gaya yang bekerja pada komposit itu dan tanpa matrik maka kita tidak akan menyebutnya komposit. Matrik juga berguna untuk meneruskan gaya dari satu serat keserat lainnya dengan menggunakan mekanisme tegangan geser. Banyak sekali kelebihan dan keunggulan yang diperoleh dari komposit. Keunggulan komposit diantaranya (Surdia, 2006 : 173) : 1.

  Rapat massanya rendah (ringan).

  2. Daya hantar panas dan listrik dapat diatur.

  3. Daya redam bunyi yang baik.

  4. Sifat produk dapat diatur sesuai terapannya.

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

  6. Sifat-sifat fatik (fatigue) umumnya lebih baik dari logam biasa dan ketangguhannya (toughness) baik.

  7. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, dapat memberi kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi logam biasa.

  8. Dapat terhindar dari korosi, hal ini sangat menguntungkan pada pemakaian sebagai elemen-elemen tertentu.

  Disamping keunggulannya, bahan-bahan komposit memiliki kelemahan antara lain:

  1. Harga bahan komposit relatif mahal (khususnya untuk serat sintetis).

  2. Proses pembuatan dan pembentukan komposit relatif lama.

  3. Sifat-sifatnya anisotoprik yaitu sifat-sifat bahan berbeda antara satu lokasi dengan lokasi lainnya, tergantung pada arah pembebanan yang dilakukan.

  4. Banyak bahan komposit, umumnya bahan komposit polimer yang tidak aman terhadap serangan zat-zat kimia atau larutan tertentu.

2.2 Klasifikasi Komposit

  Menurut Schwartz (1997) fase matrik komposit dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam yaitu :

1. Komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC): yang merupakan campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram (Wolfram Carbide).

  2. Komposit matrik keramik (Ceramic Matrix Composite, CMC): Oksida alumunium, karbida silikon dan fiber dapat digunakan sebagai reinforcing

  agents untuk meningkatkan sifat- sifatnya, khususnya untuk pemakain pada suhu tinggi.

  3. Komposit matrik polimer (Polymer Matrix Composite, PMC): Matriknya dapat berupa resin thermosetting epoxy dan polyesther dengan reinforcing

  agents berupa fiber. Misalnya: Phenolik dipadukan dengan serbuk kayu,

  Thermoplastik dipadukan dengan serbuk dan bahan elastomer atau grafit, dsb.

  Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis (Kilduff, 1994) : 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 dari pada matriknya selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen penguat dan matriks (Van Vlack, 1985)

  2. Laminated composites Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun berlapis-lapis.

  Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat termal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.

  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. Komposit Partikel merupakan suatu bahan yang terbentuk dari partikel-partikel yang tersebar di dalam matriks pengikat. Komposit Partikel dapat dibuat dari partikel dan matriks logam maupun non logam atau kombinasi dan keduanya.

  Dalam pembuatan komposit partikel ada beberapa kemungkinan kombinasi yang dapat dilakukan yaitu :

1. Nonmetallic in nonmetallic composites

  Pada jenis ini partikel dan matrik yang digunakan berasal dari bahan bukan logam. Contohnya adalah beton, bahan ini disusun oleh pasir dan kerikil yang dicampur dengan semen dan air yang kemudian bereaksi secara kimia dan kemudian mengeras setelah kering.

  2 . Metallic in nonmetallic composites

  Komposit ini disusun oleh partikel logam yang berada dalam matriks nonlogam. Contoh dari bahan ini adalah : serbuk logam yang dimasukkan dalam resin termoset, komposit ini sangat kuat dan keras selain itu juga mempunyai kemampuan menahan panas yang baik, karena itu bahan ini banyak digunakan dalam bidang elektrik.

  3. Metallic in metallic composites

  Untuk jenis komposit ini masih sangat jarang digunakan dan biasanya merupakan paduan yang nantinya diharapkan akan mempunyai keunggulan-keunggulan tertentu..

  4. Nonmetallic in metallic composites Partikel non logam seperti keramik dapat dimasukan kedalam matriks logam. Dari paduan dua bahan tersebut menghasilkan bahan yang disebut cermet. Cermet biasa digunakan sebagai alat potong yang tahan terhadap temperatur tinggi.

2.3 Komponen Bahan Komposit

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

  1. Serat organik: yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya serat kelapa, serat nanas, serat rami, serat pandan alas, serat kapas, dll.

  2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik (seperti: serat gelas, serat karbon, dll).

2.3.1 Matrik

  Matrik merupakan komponen penyusun komposit dengan jenis yang bermacam-macam. Matrik pada umumnya terbuat dari bahan yang lunak dan liat.

  Polimer plastik merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Polimer adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi. Poliester, vinillester dan epoksi adalah beberapa jenis bahan polimer termoset yaitu mempunyai sifat dapat memadat bila dipanaskan pada tekanan tertentu dan tidak dapat dilelehkan kembali. 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 (Kilduff, 1994 : 439).

  

Epoxy adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan

  hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan menghasilkan massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada logam, kulit, kayu maupun beton. Karakteristik epoxy yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan bahan kimia dan tahan korosi, tahan minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat, mudah pemakaiannya dan tak perlu panas, kurang tahan temperatur tinggi, kurang tahan benturan. Jenis epoxy ini dapat diperkuat dengan logam, keramik, bermacam-macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan epoxy atau serat saja.

  Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan antara resin dan hardener serta proses pengeringannya, epoxy 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 (Surdia, 1999 : 258).

  Resin polyester relatif lebih murah jika dibanding epoxy, tetapi tidak sekuat epoxy. Resin polyester banyak digunakan sebagai matrik pada fiber-reinforcement.

2.3.2 Penguat (Filler)

  Partikel maupun serat merupakan filament dari bahan reinforcing. Jenis serat yang biasa dipakai bisa serat anorganik (seperti: serat gelas, serat karbon, serat boron, kevlar- 49, keramik, logam), ataupun serat organik (seperti: grafit dan serat- serat yang berasal dari tumbuhan). Serat maupun partikel tumbuhan yang bisa dipakai antara lain: pandan, katun, kapas, rami, sutra, serabut kelapa, serabut kelapa sawit, serbuk gergaji, serat pisang, serat nanas, serat enceng gondok, dan sebagainya (Findasari, 2006).

  Penguat organik termasuk salah satu jenis serat yang digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang bersal dari alam. Jenisnya dapat berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal. Fungsi utamanya adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah penguat itu sendiri, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah.

  Pada penelitian ini model penguat yang digunakan adalah partikel kayu jati (Tectona grandis) yang diarangkan, tujuan dari pengarangan ini antara lain dikarenakan :

1. Arang tidak dapat terurai lagi pada alam bebas

  2. Bahan ini tidak akan terserang oleh hewan-hewan yang termasuk pemakan kayu

  3. Kandungan airnya rendah sehingga ikatan matrik dengan serat akan menjadi semakin kuat

2.3.3 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 tertera pada kemasan (Template epoxy).

  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,

vaselin, polyvinyl alcohol, film forming , kertas pembungkus makanan berpelapis

  plastik dan oli.

2.4 Volume Penguat

  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 persamaan- persamaan yang digunakan menggunakan komponen fraksi volume, namun dalam kenyataannya pengukuran dapat dilakukan berdasarkan fraksi berat yaitu dengan mengetahui terlebih dahulu massa jenis partikel yang akan digunakan (Findasari, 2006).

  Sebelum menentukan fraksi volume terlebih dahulu mencari massa jenis serat yang digunakan. Massa jenis partikel arang kayu jati ini diasumsikan 1,46 gram/ml. Fraksi volume merupakan rasio antara volume komponen penyusun dengan volume total komposit. Pada bahan komposit jumlah fraksi volume komponen penyusunnya harus sama dengan satu, dengan mengasumsikan tidak adanya void (Kilduff, 1994 : 460) :

  komposit

  V + V = V ............................................................................ (2.1)

  f m

  Dengan V = volume partikel

  f

  V = volume matrik

  m

  Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan.

2.5 Pengujian Komposit Untuk mengetahui sifat mekanis dari komposit maka dilakukan pengujian.

  Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan uji impak, dengan pengujian akan dapat diperoleh suatu angka yang menunjukkan kekuatan dari komposit.

2.5.1 Pengujian Tarik

  Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit partikel. Metode yang digunakan adalah benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan perlahan-lahan meningkat sampai suatu beban tertentu hingga 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.

  Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik maupun komposit serat dilakukan perhitungan dengan menggunakan rumus berikut (Djaprie, 1995 : 26) :

  P ................................................................................ ....(2.2)

  σ = A

  Dengan σ : kekuatan tarik (MPa)

  P : beban maksimal (Kg) A : luas penampang pengujian (mm²)

  ∆L 100 % .................................................................. ... (2.3) = ×

  ε L Dengan ε : regangan (%)

  ∆L : pertambahan panjang (mm) L : panjang mula-mula (mm)

2.5.2 Pengujian Impak

  Pengujian impak dimaksudkan 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

  o

  dengan cara dilepaskan dari sudut 150 ( α) dan sisi pisau pada palu mengenai benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm

  

o

  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 (Anonim, 2003).

Gambar 2.5 Prinsip pengujian impak (Santoso, 2003) Harga uji impak dapat dicari dengan persamaan : W = GR (cos β - cos α) (joule) ...............................................(2.4). dimana : W = Tenaga patah (joule)

  α = Besar sudut pada saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji

  G = Berat palu (kgf = N) R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,3948 m

  Keuletan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus (Anonim, 2003):

  W

  2 Keliatan = (joule/mm ) .................................................. (2.5) A

  dimana : W = tenaga patah (joule)

  2 A = luas patahan benda uji (mm )

  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 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.

2.5.3 Foto Makro

  Foto makro dilakukan untuk mengetahui bentuk patahan yang terjadi setelah dilakukan uji tarik dan uji impak. Bentuk patahan dapat menunjukkan tingkat kekuatan dari suatu material seperti getas atau elastis.

2.6 Bentuk-bentuk Patahan

  Dari hasil pengujian akan diperoleh jenis patahan yang menunjukkan karakter dari bahan.

  1. Patah liat : pada bahan ductile (liat) akan terlihat arah rambatan retak yang tidak rata, tampak buram dan berserat.

  2. Patah getas : patahan getas akan memberikan tampilan permukaan yang rata tanpa terjadinya tanda-tanda kerusakan yang berarti pada sekitar patahan, permukaannya pun mengkilap.

  3. Patah Campuran : patahan ini mempunyai patahan yang sebagian getas dan sedikit liat.

2.8 Tinjauan Pustaka

  Penelitian ini sebelumnya pernah dilakukan oleh Setyawati (2003) dan Swandono (2008), Yang tujuannya adalah pemanfaatan limbah kayu sebagai bahan penguat komposit. Inti dari penelitian tersebut adalah sebagai berikut :

  Kebutuhan manusia akan kayu sebagai bahan bangunan baik untuk keperluan konstruksi, dekorasi, maupun furniture terus meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk. Jika kita lihat sampai saat ini kegiatan pemanenan dan pengolahan kayu di Indonesia masih menghasilkan limbah dalam jumlah besar. Limbah kayu berupa potongan log maupun sebetan telah dimanfaatkan sebagai inti papan blok dan bahan baku papan partikel. Akan tetapi limbah berupa serbuk gergaji pemanfaatannya masih belum optimal. Untuk industri besar dan terpadu, limbah serbuk kayu gergajian sudah dimanfaatkan menjadi bentuk briket arang dan arang aktif yang dijual secara komersial. Namun untuk industri penggergajian kayu skala industri kecil yang jumlahnya mencapai ribuan unit dan tersebar di pedesaan, limbah ini belum dimanfaatkan secara optimal. Sebagai contoh adalah pada industri penggergajian di Jambi yang berjumlah 150 buah yang kesemuanya terletak ditepi sungai Batanghari, limbah kayu gergajian yang dihasilkan dibuang ke tepi sungai tersebut sehingga terjadi proses pendangkalan dan pengecilan ruas sungai (Pari, 2002). Pada industri pengolahan kayu sebagian limbah serbuk kayu biasanya digunakan sebagai bahan bakar tungku, atau dibakar begitu saja tanpa penggunaan yang berarti, sehingga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan (Febrianto,1999). Dalam rangka efisiensi penggunaan kayu perlu diupayakan pemanfaatan serbuk kayu menjadi produk yang lebih bermanfaat.

  Serbuk kayu sebagai Filler Filler ditambahkan ke dalam matriks dengan tujuan meningkatkan sifat-

  sifat mekanis plastik melalui penyebaran tekanan yang efektif di antara serat dan matriks (Han, 1990). Selain itu penambahan filler akan mengurangi biaya disamping memperbaiki beberapa sifat produknya.

  Bahan-bahan inorganik seperti kalsium karbonat, talc, mika, dan

  

fiberglass merupakan bahan yang paling banyak digunakan sebagai filler dalam

  industri plastik. Penambahan kalsium karbonat, mika dan talc dapat meningkatkan kekuatan plastik, tetapi berat produk yang dihasilkan juga meningkat sehingga biaya pengangkutan menjadi lebih tinggi.

  Selain itu, kalsium karbonat dan talc bersifat abrasif terhadap peralatan yang digunakan, sehingga memperpendek umur pemakaian. Penambahan

  

fiberglass dapat meningkatkan kekuatan produk tetapi harganya sangat mahal.

  Karena itu penggunaan bahan organik, seperti kayu sebagai filler dalam industri plastik mulai mendapat perhatian. Di Indonesia potensi kayu sebagai filler sangat besar, terutama limbah serbuk kayu yang pemanfaatannya masih belum optimal.

  Pada penelitian yang dilakukan Setyawati (2003) kayu yang digunakan adalah campuran dari berbagai jenis kayu sedangkan Swandono (2008) hanya menggunakan serbuk kayu glugu sebagai filler, selain mengoptimalkan penggunaan serbuk gergaji penggunaan filler ini juga dapat mengurangi biaya pembuatan komposit.