Study Sifat Ketangguhan Patahan Tarik Material Hybrid Kompositdengan Penguat Interply Serat Karbon dan Basalt.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

Studi Eksperimen Sifat Mekanis Hibrid Komposit Epoxy dengan
Penguat Serat Karbon dan Serat Basalt pada Beban Tarik
I.D.G Ary Subagia1,a*
1

Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Udayana (UNUD), Kampus Bukit Jimbaran, Badung
Bali (80361)
a

arsubmt@me.unud.ac.id

Abstrak
Penelitian ini telah merancang material hibrid komposit dengan menggunakan dua jenis serat
sebagai hibrid yang diikat dengan epoxy. Kedua serat tersebut adalah serat carbon dan serat basalt
dengan struktur anyaman tunggal. Komposit difabrikasi dengan menggunakan cetakan vacuum
resin transfer (vacuum assisted resin transfer molding, VARTM). Tujuan penelitian ini adalah
untuk menguji sifat mekanis dari material komposit terhadap pembebanan tarik (tensile)
berdasarkan pada variasi jumlah serat basalt dan susunannya pada komposit epoxy dengan penguat

serat karbon yang diuji berdasarkan pada standar ASTM 638 dan ASTM D 3039. Pengujian
dilakukan pada benda kerja hibrid komposit yang didasarkan pada variasi susunan laminasi. Selain
itu sebagai kontrol dipergunakan komposit dengan serat carbon (carbon fiber reinforced polymer,
CFRP dan basalt fiber reinforced polymer, BFRP) Sifat mekanis berupa tegangan tarik (tensile
strength) dan modulus of elasticity komposit dianalisa. Hasil pengujian menunjukkan perubahan
tegangan dan strain yang signifikan dimana dengan susunan berurutan tegangan tarik dan modulus
elastisitas serta durability hibrid komposit meningkat. peningkatan jumlah serat basalt hibrid
dengan serat karbon, terjadi penurunan tegangan tarik. Namun, strain dari hibrid komposit
meningkat. Berdasarkan hasil, dapat disimpulkan bahwa bahwa hibridisasi serat basalt dapat
signifikan mempengaruhi dan meningkatkan durabiliti CFRP, dan menurunkan nilai produksi
karena serat basalt murah serta ramah lingkungan.
Kata kunci : Hibrid Komposit, Serat Carbon, Serat Basalt, Uji Tensil, Brittle, debounding, pulllout.

Pendahuluan
Inovasi teknologi material komposit
sebagai pengganti material tradisional telah
berkembang pesat sejak dua puluh tahun
terakhir [1], karena memiliki sifat mekanis
yang sangat baik, tahan korosi, ringan, densiti
rendah dsb. Komposit fiber reinforced

polimer (FRP) secara luas diaplikasi sebagai
bodi pesawat, kendaraan, kapal laut, alat olah
raga, bahan bangunan dan konstruksi sipil [2].
Tetapi sifat getas (brittle) adalah sifat negatif
dari bahan komposit. Sifat tersebut sangat
berbahaya karena dapat patah tanpa tanda
sebelumnya.
Hibridisasi merupakan cara yang banyak
digunakan untuk memperbaiki sifat buruk
komposit. Banyak peneliti telah menggunakan
teknik hibridisasi untuk memperbaiki
kelemahan material komposit [2-7]. Sebagai
contoh, hibridisasi serat gelas dan serat
karbon. Dihasilkan, tegangan lentur (strain
stress) komposit meningkat, dan penurunan
biaya produksi. Namun, karena sifat serat
gelas beracun dan untuk mewujudkan

material yang ramah lingkungan, sejak
sepuluh tahun yang lalu mulai dikenalkan

material penguat yang dinamakan sebagai
serat basalt. Serat basalt adalah serat yang
dibuat dari batuan gunung berapi melalui
proses pemanasan hingga temperatur di atas
1200oC [8, 9]. Serat basalt memiliki sifat
mekanis yang relatif sama dengan serat gelas
[10, 11], sehigga sangat potensial menjadi
pengganti serat glass dan asbeston [1, 12].
Penelitian ini menggunakan metode
eksperimen. Tujuan penelitian adalah menguji
sifat mekanis dan karakteristik patahan hibrid
komposit epoxy dengan penguat serat carbon
dan serat basalt berdasarkan variasi susunan
dan jumlah serat basalt. Untuk menentukan
sifat mekanis komposit dilakukan dengan
pengujian tarik (tensile test) berdasarkan
standar ASTM D638 dan ASTM D 3039.
Sifat patahan brupa sifat debonding dan pull
out diamati menggunakan Scanning Electron
Microscope (SEM) pada low magnification.

Fabrikasi komposit dan metode

Material 17

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

Serat karbon dan serat basalt yang masing masing diproduksi oleh Hyundai Fiber Co.Ltd
dan Seco-Tech Korea digunakan sebagai
penguat. Kemudian, epoxy dengan modifikasi
aliphatic harderner yang diproduksi oleh Jet
korea Industrial Corporation dipilih sebagai
pengikat. Tipe serat penguat adalah seperti
ditunjukan pada Gambar 1a dan 1b.

Gambar 1. Anyaman tunggal serat a). serat
karbon, b). serat basalt.

menggunakan mesin water jet. Geometri
specimen uji berupa dog-bone didasarkan

pada standar ASTM D 3039
seperti
ditunjukkan pada Gambar 3a.
Pengujian tarik dilakukan menggunakan
mesin pada cross head speed 1mm/mm. (lihat
gambar 3b). Pengujian masing – masing
variasi dilakukan sebanyak 5 kali pengujian.
Diagram tegangan dan regangan ditunjukkan
untuk menganalisa yield strength, strain dan
modulus elastisitas material. Patahan hasil
pengujian tarik untuk mengamati sifat
debounding dan pull out serat dilakukan
menggunakan scanning electron microscope
(SEM) Jeol.JSM-5900. pada pembesaran
rendah (low magnification).

Tabel 1. Konfigurasi laminasi hibrid komposit
serat karbon/basalt/epoxy.
Interply
variasi

Code

CFRP
BFRP
CBC1
CBC2
CBC3
CBC4
CBC5
CBCBC4

C
B
B1
B2
B3
B4
B5
CB4

Komposisi
bahan
CF
BF
10
0
10
9
1
8
2
7
3
6
4
5
5
6
4

Fraksi berat
serat basalt
(wt.%)
0
61.9
6.19
12.4
18.6
24.8
30.9
24.8

Vacuum assisted resin transfer molding
(VARTM) dipergunakan untuk mencetak
panel hibrid komposit. Proses pencetakan
panel ditunjukkan seperti pada Gambar 2.
Masing-masing panel dicetak dengan ukuran
250 x 250 mm yang disusun secara berurutan
seperti Gambar 2a, dan pada Tabel 1. Secara

terstruktur aktifitas pencetakan panel dibagi
menjadi beberapa fase [2] yaitu 1) Fase
laminasi serat karbon dan serat basalt. 2) Fase
pembuatan cetakan dimana susunan serat
dibungkus dengan plastic menggunakan
perekat. 3) Fase pembuatan campuran matrik
menggunaka resin dan pengeras dan di
degasing didalam deccicator pada tekanan 70
cm/Hg2 kurang lebih selama 45 menit. 4) fase
injeksi matrik kedalam cetakan dengan
tekanan 80 kPa. Proses ini dilakukan selama
60 menit hingga seluruh laminasi terlapisi. 5)
fase curing temperatur sebesar 60ºC selama 2
jam dan selanjutnya adalah pembentukan
specimen
uji
tarik
yang
dipotong

Gambar 2. Layout fabrikasi hibrid komposit
dengan (VARTM).
Pengujian tarik ditunjukkan seperti gambar
3a. Penentuan nilai tegangan, regangan dan
modulus elastisitas benda uji masing-masing
variasi dihitung dengan persamaan:
P
 max  max
(1)
Amax

Material 17

i 
Ei 

i

Lg




(2)
(3)

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

dimana: tegangan maksimum ditunjukkan
oleh (εPa), kemudian (mm/mm) adalah
regangan tarik, E (GPa) adalah modulus
elastisitas tarik, P (N) adalah beban, A (mm2)
luas penampang spesimen,
(mm) adalah
pertambahan panjang hasil penunjukan
ekstensometer, L (mm) panjang awal
spesimen.

Variasi
Panel

Tegangan

σ (MPa)

Regangan
Ε (mm/mm)

Modulus Elasticity
E (GPa)

CFRP
BFRP
GFRP
CBC1
CBC2
CBC3
CBC4
CBC5
CBCBC4
BCB2
BCB4

687
402
322
630
602
558
536
502
575
401
500

1.1
2.3
1.9
1.1
1.0
1.15
1.18
1.2
1.2
1.3
1.2

65
18
18
59
55
51
47
40
48
30
38

Hasil dan diskusi
Karakteristik perlakuan tarik pada
material hibrid komposit epoxy dengan
serat carbon-basalt

Gambar 3. a). Uji tarik process, b). Geometri
material uji tarik

Gambar 4. Kurva hubungan tegangan dan
regangan hibrid komposit pada uji tarik.
Tabel 3. Rata-rata tegangan, regangan dan
modulus elastisitas masing - masing variasi.

Gambar 4 menunjukkan kurva tegangan
dan regangan untuk masing - masing variasi.
Dapat diamati bahwa hibrid komposit dengan
semakin tinggi berat fraksi serat basalt yang
tersusun diantara serat karbon (CBC, Tabel 1)
menunjukkan penurunan tegangan secara
linier. Akan tetapi regangan meningkat
walaupun tidak terlalu signifikan. Hasil ini
menunjukkan kesamaan dengan penelitian
yang dilakukan oleh [4]. Selanjutnya, semakin
besar jumlah serat basalt modulus elastisitas
menurun, tapi keuletan (ductility) pada
komposit meningkat [6, 7]. Meningkatnya
keuletan adalah sebabkan karena sifat serat
basalt yang memiliki regangan tarik yang
lebih besar dari pada serat karbon.
Sifat mekanis hibrid komposit epoksi
dengan penguat serat karbon dan serat basalt
juga sangat dipengaruhi oleh susunan lamina.
Dalam penelitian ini susunan serat di
kelompokkan menjadi susunan serat basalt
sebagai inti dari material komposit (CBC).
Kelompok lainnya adalah serat carbon
sebagai inti komposit (yaitu BCB), dan
kelompok susunan antara serat carbon dan
serat basalt yaitu CBCBC. Adapun jumlah
serat laminasi adalah 60wt(%) untuk serat
karbon dan 40wt(%) serat basalt. Sesuai
dengan Gambar 4 dan Tabel 1 diperoleh hasil
untuk kelompok CBCBC memiliki tegangan
tarik dan modulus elastisitas terbesar
dibandingkan dengan kelompok BCB dan
CBC. Namun regangan material rendah.
Karakteristik ini adalah disebabkan distribusi
tegangan yang sama pada kelompok CBCBC.

Material 17

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

Dengan hasil tersebut, maka pengaruh
susunan serat memberikan pengaruh yang
signifikan terhadap nilai tegangan tarik,
regangan dan modulus elastisitas bahan sama
dengan penelitian yang telah dilakukan oleh
[2].

Gambar 5 profil patahan tarik a). CFRP, b).
BFRP, c). GFRP

Gambar 6 Pengamatan SEM untuk patahan a).
CFRP, b). BFRP, dan c). GFRP

Gambar 7. Pengamatan patahan pada SEM
dengan low magnification.

Karakteristik patahan material hibrid
komposit carbon/basalt/epoxy
Gambar 5 menunjukkan karakteristik
patahan akibat beban tarik (tensile) pada
komposit dengan penguat karbon (Gambar
5a), komposit dengan penguat serat basalt
(Gambar 5b), dan komposit berpenguat serat
gelas (Gambar 5c). Sedangkan karakteristik
patahan yang diamati pada SEM dengan
resolusi rendah menunjukkan seperti tanda
panah, karakteristik patahan yang datar dan
tanpa serat (lihat Gambar 6a) adalah profil
patahan dari komposit dengan penguat serat
karbon. Kemudian (Gambar 6b dan 6c) adalah
patahan dari komposit dengan penguat serat
basalt dan serat gelas masing – masing. Dari
patahan akibat pembebanan tarik terlihat
untuk serat basalt memiliki karakteristik
berupa serabut yang tidak beraturan dan
patahan pada komposit dengan penguat serat
gelas karakteristik patahannya ditunjukkan
dengan daerah rata dan sebagian berserabut.
Perilaku patahan ini menunjukkan bahwa
CFRP bersifat getas dan rendah pada sifat
regangan. Sedangkan GFRP dan BFRP
memiliki regangan yang lebih baik sehingga
dapat dikatakan memiliki durability yang
baik. Pada GFRP dan BFRP ketika dilakukan
pembebanan sebelum terjadi patahan pada
daerah konsentrasi tegangan ditunjukkan
adanya perubahan warna menjadi lebih terang
yang menandakan terjadinya deformasi plastic
(lihat Gambar 5a,b,c). Karakteristik tersebut
memiliki kesamaan dengan hasi-hasil
penelitian yang telah dilakukan sebelumnya
[2, 9, 10].
Gambar 7a sampai 7d menunjukkan hasil
pengamatan patahan hibrid komposit epoxy
dengan penguat serat basalt dan karbon.
Karakteristik patahan untuk serat karbon
seperti ditunjukkan oleh tanda panah memiliki
penampang yang rata dibanding dengan serat
basalt masing-masing (Gambar 7a dan 7b).
Serat basal yang
memiliki penampang
patahan yang tidak merata menunjukkan
adanya sifat ductility yang lebih baik dari
pada serat karbon. Kemudian Gambar 7c
menunjukkan terjadinya perilaku delaminasi,
yang mana disebabkan karena sifat kohesif
dari serat sehingga epoxy tidak sepenuhnya
mengikat serat. Kondisi ini banyak terjadi
pada arah melintang dari anyaman (warp).

Material 17

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)
Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

Sedangkan pada arah serat searah dengan arah
pembebanan tarik terjadi kondisi pull-out
(lihat Gambar 7d) walaupun jumlahnya tidak
lebih dari 5% dari jumlah serat pada
penampang patahan.
Kesimpulan
Pada penelitian ini pengujian sifat mekanis
pembebanan tarik untuk material hibrid
komposit epoksi dengan penguat serat karbon
dan serat basalt telah dilaksanakan. Komposit
dibuat menggunakan proses VARTM. Variasi
hibrid komposit adalah menurut jumlah dan
susunan serat basalt pada komposit serat
karbon.
Hasil pengujian yang diproleh dapat
disimpulkan bahwa hibridisasi serat basalt
pada CFRP secara signifikan mempengaruhi
karakteristik mekanis material komposit.
Disamping itu meningkatkan durability. Hasil
pengujian
untuk
susunan
CBCBC
menunjukkan komposis yang paling baik
dengan peningkatan tegangan tarik dan
modulus elastisitas adalah masing masing
6.53% dan 5.32% dikontrol terhadap variasi
CBC dan BCB.
Karakteristik patahan akibat pengaruh
pembebanan tarik banyak terjadi delaminasi
antara epoxy dan serat pada arah warp dan
pull-out ke arah weft.
Ditinjau dari nilai ekonomis hybridisasi
cukup signifikan menurunkan biaya produksi
dibanding dengan komposit murni.
Ucapan Terimakasih
Mengucapkan terima kasih kepada Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
atas dukungan biaya, sehingga peper ini dapat
dipresentasikan pada seminar nasional
tahunan teknik mesin se Indonesia ke 142015.
Referensi

[1] C. Colombo, L. Vergani and M. Burman,
Static and Fatigue Characterisation of
New
Basalt
Fibre
Reinforced
Composites. Composite Structures, 94
(2012) 1165-1174.
[2] I. D. G. Ary Subagia, Yonjig Kim,
Leonard D. Tijing, Cheol Sang Kim and
Ho Kyong Shon, Effect of Stacking
Sequence on the Flexural Properties of

Hybrid Composites Reinforced with
Carbon and Basalt Fibers. Composites
Part B: Engineering, 58 (2014) 251-258.
[3] S. E. Artemenko and Yu. A. Kadykova,
Hybrid Composite Materials. Fibre
Chemistry, 40. No. 6 (2008) 490-492.
[4] S.E. Artemenko and Yu A. Kadykova,
Polymer Composite Materials Based on
Carbon, Basalt, and Glass Fibers. Fibre
Chemistry, 40. No.1 (2008) 37-39.
[5] P.W. SONPAROTE and S. C.
LAKKAD, Mechanical Properties of
Carbon/Glass Fibre Reinforced Hybrids.
Fibre Science and Technology 16 (1982)
309-312.
[6] G KRETSIS, A Review of the Tensile,
Compressive, Flexural and Shear
Properties of Hybrid Fibre Reinforced
Plastics. COMPOSITES, 18. NO 1
(1987) 13-23.
[7] S.-Y. Fua, B. Laukeb, E. Maderb, C.-Y.
Yuea and X. Hua, Tensile Properties of
Short-Glass-Fiber- and Short-CarbonFiber-Reinforced
Polypropylene
Composites. Composites: Part A, 31
(2000) 1117-1125.
[8] V. Fiore, T. Scalici, G. Di Bella and A.
Valenza, A Review on Basalt Fibre and
Its Composites. Composites Part B:
Engineering, 74 (2015) 74-94.
[9] Vivek Dhand, Garima Mittal, Kyong
Yop Rhee, Soo-Jin Park and David Hui,
A Short Review on Basalt Fiber
Reinforced
Polymer
Composites.
Composites Part B: Engineering, 73
(2015) 166-180.
[10] V. Lopresto, C. Leone and I. De Iorio,
Mechanical Characterisation of Basalt
Fibre Reinforced Plastic. Composites
Part B: Engineering, 42 (2011) 717-723.
[11] Antonio Greco, Alfonso Maffezzoli,
Giovanni Casciaro and Flavio Caretto,
Mechanical Properties of Basalt Fibers
and Their Adhesion to Polypropylene
Matrices.
Composites
Part
B:
Engineering, 67 (2014) 233-238.
[12] Tibor CZIGÁNY, János VAD and
Kornél PÖLÖSKEI, Basalt Fiber as a
Reinforcement of Polymer Composites.
PERIODICA POLYTECHNICA SER.
MECH. ENG., 49, NO. 1 (2005) 3-14.

Material 17