PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT TERHADAP KEKUATAN TEKAN KOMPOSIT FIBERGLASS.
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin
Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I
Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama
17. Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made
Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang
Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana
18. Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada
Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made
Gatot Karohika, I Nym Gde Antara
19. Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak
(Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok
Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu
Segara
20. Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi
untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa
21. Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge,
I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati
22. Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring
pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista,
Ketut Astawa, Ainul Ghurri
23. Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api
Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana
24. Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material
pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman
25. Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada
Bilangan Reynolds 90000 Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model
Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto
26. Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap
Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede
Sugita, Made Suarda
27. Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas
pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P.
28. Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material
Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising
Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli , Mutya Vonnisa
29. Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan
Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu,
Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani
30. Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical
Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion
31. Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka
Lesmana, Yohannes Dewanto
32. Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat Furqon, Mochammad
Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana
33. Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU
Buatan China, Suryo Busono
34. Efektivitas Alat Penukar Kalor Double Pipe Bersirip Helical sebagai Pemanas Air
dengan Memanfaatkan Gas Buang Mesin Diesel, Zainuddin, Jufrizal, Eswanto
115
124
133
141
149
158
166
173
180
186
195
203
208
218
224
234
240
247
255
| vi
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
35. Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe Bergelombang yang Berbahan Dasar Campuran Semen
dengan Pasir, Ketut Astawa, Made Sucipta, I Gusti Ngurah Suryana
36. Pemodelan Fungsi Terpadu yang Diterapkan pada Multi-Gripper Fingers dengan
Metode Vacuum-Suction, W. Widhiada
37. Proses Perancangan Ulang pada Alat Penghemat Bahan Bakar Kendaraan Roda
Dua Berkapasitas 115cc Menggunakan Metode DFM, Aschandar Ad Hariadi,
Bimo Pratama, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto
38. Karakteristik Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan
Boronisasi Padat, Erwin Siahaan
39. Analisis Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Baja AISI 4340
Menggunakan Mata Pahat Ceramic dan Carbide, Rosehan, Sobron Lubis, Adiyan
Wiradhika
40. Perancangan Turbin Air Helik (Helical Turbine) untuk Sistem PLTMH Guna
Memanfaatkan Energi Aliran Irigasi Way Tebu di Desa Banjar Agung Udik
Kabupaten Tanggamus, Jorfri B. Sinaga
41. Analisa Performansi Tungku Pembakaran Biomassa dari Limbah Kelapa Sawit,
Barlin, Heriansyah
42. Pengaruh Variable Kecepatan Angin terhadap Turbin Angin Horizontal Aksial
dengan Profil Airfoil Blade Sesuai Standar NACA 2418, Abraham Markus
Martinus, Abrar Riza, Steven Darmawan
43. Program Perancangan Karakteristik Daya Turbin Angin Tipe Horizontal dengan
Variasi Sudut Serang, Darwin Andreas, Abrar Riza, I Made Kartika D.
44. Optimasi Bentuk Rangka dengan Menggunakan Prestress pada Prototipe
Kendaraan Listrik, Didi Widya Utama, William Denny Chandra, R. Danardono
A.S.
45. Desain Reaktor Co-Gasifikasi Fluidized Bed untuk Bahan Bakar Limbah Sampah,
Biomasa dan Batubara, I N. Suprapta Winaya, Rukmi Sari Hartati, I Putu
Lokantara, I GAN Subawa
46. Pembuatan Model Aliran Arus Laut Penggerak Turbin, I Gusti Bagus Wijaya
Kusuma
Bidang Teknik Industri
1. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Keberhasilan Usaha Industri Kecil
Sukses, Aam Amaningsih Jumhur
2. Pengembangan Structural Equation Modeling untuk Pengukuran Kualitas,
Kepuasan, dan Loyalitas Layanan Travel X, Ardriansyah Taufik Krisyandra
3. Kajian Tarif Angkutan Umum Terkait dengan Kebijakan Pemerintah dalam
Penetapan Harga Bahan Bakar Minyak Secara Nasional, (Studi Kasus: Angkutan
Kota di Kota Bandung), Aviasti, Asep Nana Rukmana, Djamaludin
4. Peluang Efisiensi Energi Listrik Gedung Hotel X, Badaruddin
5. Analisis Jenis dan Jumlah Kendaraan Terhadap Tingkat Kebisingan di Kawasan
Perkantoran di Kota Denpasar, Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati
6. Peningkatan Produktivitas pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Udayana Melalui Perancangan Sistem Pengukuran Kinerja yang
Terintegrasi, I Made Dwi Budiana Penindra
7. Analisa Perilaku Guling Kendaraan Truk Angkutan Barang (Studi Kasus pada
Jalur Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, Kadek
Oktapianus Prapta
263
271
280
297
309
315
324
332
340
346
354
363
371
379
388
397
403
409
417
| vii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Pengukuran Kelayakan Beban Kerja pada Proses Palletizing di PT. XYZ dengan
Metode Perhitungan NIOSH, Felicia Wibowo, Helena J. Kristina
Peningkatan Kualitas Daya Listrik dan Penghematan Energi di Industri Tekstil
Menggunakan Filter Harmonisa, Hamzah Hilal
Analisa Kinerja Traksi Kendaraan Truk Muatan Berlebih (Studi Kasus: Pada Jalur
Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, I Kadek
Agus Dwi Adnyana
Analisa Kegagalan Produk Pengecoran Aluminium (Studi Kasus di CV. Nasa
Jaya Logam), Is Prima Nanda
Pemanfaatkan Energi Matahari untuk Tata Udara Ruangan dengan Dinding Lilin,
Isman Harianda
Usulan Penentuan Jumlah Tenaga Kerja dengan Penambahan Kebutuhan Lini
Konveyor dengan Analisa Transfer Line pada PT. Astra Komponen Indonesia,
Lina Gozali, Andres, Andrian Hartanto
Perencanaan Persediaan Bahan-Bahan Baku PFG 120 pada PT XYZ, Mellisa
Handryani Christine, Laurence
Penilaian Kinerja Suatu Perusahaan dengan Kriteria Malcolm Baldrige, Syahida
Nurul Haq, Aam Amaningsih Jumhur
Potensi Risiko Kelelahan Pengemudi Travel Jakarta-Bandung Berdasarkan
Lamanya Waktu Kerja dan Usulan Penanggulangannya, Rida Zuraida, Nike
Septivani
Peningkatan Kualitas Produksi Karung Plastik Bermerk pada PT. XYZ
Menggunakan Metode DMAIC, Samuel Cahya Saputra, Yuliana
Pengembangan Model Pengukuran dan Pengevaluasian Jam Tangan Pria dan
Kemasannya dengan Mempertimbangkan Faktor Emosi Konsumen Berdasarkan
Konsep Kansei Engineering, Tommy Hilman, Bagus Arthaya dan Johanna
Renny Octavia Hariandja
Rancang Bangun Alat Proses Penggorengan Kemplang (Kerupuk) dengan Bahan
Bakar Gas Elpiji untuk Industri Rumahan di Pedesaan Pulau Bangka, Zulfan Yus
Andi, Dhanni Tri Andini Setyaning, Wenny Azela, Isfarina, Rismandika
Logistik Bencana Berbasis SCM Komersial: Pembelajaran dari Erupsi Gunung
Merapi 2010, Adrianus Ardya Patriatama dan Agustinus Gatot Bintoro
Usulan Peningkatkan Kualitas Produksi PIN Di PT. X, Lithrone Laricha
Salomon, Moree Wibowo, Andres
Identifikasi Variabel-Variabel yang Mempengaruhi Minat Konsumen dalam
Pembelian Produk Handphone Samsung dengan Menggunakan Structural
Equation Modeling, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Martin
Aplikasi Metode Service Quality (Servqual) untuk Peningkatan Kualitas
Pelayanan Kawasan Wisata Kawah Putih Perum Perhutani Unit III Jawa Barat dan
Banten, Hendang Setyo Rukmi, Ambar Hasrsono, Sesar Triwibowo
Pemilihan Tempat Konferensi Nasional dengan Menggunakan Metode Analytical
Hierarchy Process, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Muhammad Reza
Utama
Multidisciplinary Research: Perspectives from Industrial and Systems
Engineering, Strategic Management and Psychology, Khristian Edi Nugroho
Soebandrija
Optimasi Penentuan Kapasitas Produksi dengan Menggunakan Metode Simplek
(Studi Kasus), Mulyadi Ilyas
424
435
442
450
456
464
472
481
486
493
502
511
520
528
536
545
555
564
573
| viii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
27. Pengembangan Model Sistem Produksi Industri Kecil dan Menengah yang Berada
dalam Lingkungan Just in Time, Slamet Setio Wigati dan Agustinus Gatot
Bintoro
28. Analisa Efektifitas Modifikasi Filter Oli pada Compressor Atlas Copco dengan
Overall Equipment Effectiveness di PT. GTU, Silvi Ariyanti, Yusup Hardiana
29. Usulan Peningkatan Produktifitas Melalui Perbaikan Stasiun Kerja dan Metode
Kerja (Studi Kasus: di PT. X), I Wayan Sukania, Nofi Erni, Handika
30. Pengurangan Penumpukan Produk Pada Stasiun Kerja Dengan Menggunakan
Analisis Sistem Antrian di PT. KMM, Ahmad
31. Pengukuran Tingkat Kepuasan Pelanggan Terhadap Layanan di Bengkel XYZ
Dengan menggunakan Metode Servqual, IPA, dan Kano, Ahmad, Wilson Kosasih
578
588
598
604
613
| ix
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT TERHADAP KEKUATAN
TEKAN KOMPOSIT FIBERGLASS
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali 80362
e-mail: komaladewijegeg@yahoo.co.id
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume serat terhadap kekuatan
tekan komposit polyester yang diperkuat dengan serat gelas atau Glass Fiber Reinforced
Polymer (GFRP). Dalam aplikasinya seperti untuk body kendaraan, kompo sit ini banyak
mengalami pembebanan tekan, maka perlu diperhatikan kekuatan dari material tersebut
agar nantinya dalam pengoperasiannya tidak terjadi kegagalan material yang menyebabkan
kecelakaan yang fatal. Proses pembuatan spesimen menggunakan metode press hand lay –
up, dengan resin unsaturated polyester (UPRs) jenis Yukalac 157 BQTN. Serat yang
digunakan adalah serat gelas jenis E–class WR 600 dan pengerasnya menggunakan
hardener jenis metal etil keton peroxide (MEKPO). Variasi fraksi volume serat adalah 44,8,
34,7 dan 24,4%. Spesimen pengujian tekan sesuai dengan ASTM D 695. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa bertambahnya fraksi volume serat dalam komposit menyebabkan
naiknya kekuatan tekan komposit GFRP. Nilai tertinggi sebesar 47578,33 N pada komposit
dengan 57 lapis serat.
Kata kunci: komposit, woven roving/ polyester, fraksi volume, kekuatan tekan.
1. Pendahuluan
Perkembangan ilmu dan teknologi yang semakin pesat dewasa ini banyak
memberikan terobosan baru dalam kehidupan manusia. Perkembangan ini juga merambah
pada teknologi bahan teknik dan material rekayasa, karena tuntutan perkembangan jaman
para ahli dipaksa untuk mendapatkan bahan yang kuat, ringan namun relatif murah. Guna
menanggapi permasalahan tersebut maka teknologi polimer dan komposit mulai
dikembangkan untuk mendapatkan berbagai bahan dengan sifat mekanis yang diinginkan
untuk berbagai keperluan. Salah satu material komposit yang saat ini banyak digunakan
adalah polymer yang diperkuat serat gelas atau Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP).
GFRP yang lebih umum disebut fiberglass, banyak digunakan sebagai body kendaraan
khususnya untuk bagian yang membutuhkan material ringan dengan kekuatan dan
ketahanan korosi yang tinggi.
Berdasarkan penelitian sebelumnya bahwa pengujian lelah semakin tinggi fraksi
serat pada bahan komposit, umur lelahnya semakin tinggi pula (I Made Astika 2007).
Penambahan Lapisan serat pada komposit GFRP akan mengakibatkan peningkatan
pada fraksi berat serat dan fraksi volume serat, yang berakibat pada peningkatan kekuatan
dan juga modulus lentur komposit GFRP (NPG Suardana, I W Surata 2007).
Serat gelas yang umum digunakan sebagai komposit adalah yang berbentuk
lembaran serat pendek dengan orientasi acak yang disebut chopped random mat dan
anyaman seperti kain yang disebut woven. Untuk mendapatkan bentuk dan karakteristik
komposit yang diinginkan, lembaran serat dapat disusun berlapis – lapis dalam polymer
sebagai matrik pengisi, dengan fraksi volume serat yang bervariasi.
Penggunaan GFRP baik sebagai peralatan medis, pesawat udara, kapal laut,
otomotif. dalam pengoperasiannya banyak mengalami tekanan, dan pembebanan, terutama
pada tingkat desain yang rumit dengan tingkat orientasi pembebanan yang cukup tinggi,
yang sering mengakibatkan material mengalami kegagalan. Maka untuk itu karakteristik
dan sifat mekanis yang perlu diperhatikan salah satunya adalah kekuatan tekan dari
TM-02 | 7
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
material yang digunakan, agar dalam pengaplikasiannya tidak terjadi kegagalan material
yang dapat mengakibatkan kecelakaan yang fatal.
2. Komposit Berpenguat Serat Gelas
Komposit berpenguat serat gelas atau yang dalam teknologi komposit disebut
GFRP, digolongkan sebagai komposit yang menggunakan polymer sebagai matrik dan
serat sebagai penguat (PMC – FRC).Umumnya GFRP terdiri dari resin unsaturated
polyester (UPRs) sebagai matrik,pengeras atau hardener, dan serat gelas sebagai penguat.
2.1. Serat Gelas
Serat gelas dalam teknologi komposit didefinisikan sebagai suatu material yang
memiliki perbandingan panjang lebih dari 100 kali dari diameternya dengan panjang
minimum 25 mm dan diameter 5 – 20 !m.serat dapat berupa serat panjang (filamen) atau
serabut pendek (staple) juga dapat berupa serat organik yang diperoleh dari alam dan serat
sintetik yang sengaja dibuat dari senyawa kimia (Jacobs, 1994). Serat gelas yang
digunakan dalam komposit GFRP merupakan serat sintetik yang dibuat dari bahan dasar
silikon (Si). Berdasarkan karakteristik dan fungsinya serat gelas dapat dibagi menjadi tiga
jenis yaitu:
1. E – class, merupakan serat gelas yang didesain untuk peralatan - peralatan elektronik
dan peralatan umum lainnya yang membutuhkan sifat isolator dan konduktifitas
thermal yang rendah, dengan komposisi 55,2% SiO2, 8% AL2 O3,18,7% CaO , 4,6%
MgO , O,3% Na2 O, 0,2% K 2 O, 7,3% B2 O3 . Serat E – class memiliki kekuatan tarik
1750 MPa dan modulus elastis 70 GPa (Chawla, 1987). Serat jenis ini paling banyak
digunakan karena harganya relatif lebih murah.
2. S – class, merupakan serat gelas yang didesain kusus untuk peralatan yang
membutuhkan kekuatan dan ketahanan terhadap panas yang tinggi, dengan komposisi
65% SiO2, , 25% AL2 O3 , 10% MgO.
3. C – class, merupakan serat gelas yang didesain khusus untuk peralatan yang
membutuhkan ketahanan terhadap korosi yang tinggi,dengan komposisi 65% SiO2, 4%
AL2 O 3, 14% CaO, 3% MgO, 8,5% Na2 O, 5% B2 O3.
Serat gelas umumnya dibentuk berupa serat panjang kontinu (yarn), kumpulan serat
panjang kontinu (roving), kumpulan serat pendek dengan orientasi acak (chopped strand
mat), dan serat panjang kontinu yang disusun seperti anyaman/kain (woven).
3. Proses Produksi Komposit Berpenguat Serat
Beberapa teknik yang umum digunakan dalam proses pembentukan komposit
khususnya komposit berpenguat serat (FRC) adalah:
1. Pultrusion, merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat dimana dalam
prosesnya serat dicelupkan kedalam wadah berisi resin kemudian melalui beberapa die.
Teknik ini khusus digunakan untuk memproduksi benda berbentuk datar (flat) dan
batang dengan penampang “L” “T” ( L dan T - beam)
2. Filament winding, merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat yang
dalam prosesnya serat yang telah dilapisi resin dialirkan ke mandreal Teknik ini khusus
digunakan untuk memproduksi benda berdiameter sperti pipa.
3. Lay-up merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat yang dalam
prosesnya serat ditumpuk kemudian dilapisi dengan resin yang dapat dikerjakan
dengan menggunakan mesin atau tangan (hand lay- up). Proses ini memiliki
kemudahan dan keunggulan yang lebih dibanding dengan teknik yang lain. Dengan
proses lay-up dapat dihasilkan produk komposit yang beraneka bentuk dengan desain
yang rumit sekalipun.
TM-02 | 8
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4. Teknik semprot, merupakan proses pembentukan komposit dimana pada teknik ini
serat dipotong pendek-pendek dicampur resin kemudian disemprotkan dibentuk lapisan
demi lapisan.
5. Transfer molding, merupakan proses pembentukan komposit, dengan mengalirkan
campuran resin dan serat pendek ke beberapa cetakan sekaligus. Teknik ini digunakan
untuk memproduksi komposit dalam jumlah besar.
4. Kuat Tekan
Tegangan tekan berlawan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah
kedua gaya menjauhi ujung benda (kedua gaya saling berlawanan), sedangkan pada
tegangan tekan arah kedua gaya saling mendekati. Kekuatan tekan material adalah adalah
nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian.
Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika
dalam pengujian nantinya, spesimen (berbentuk balok) akan mengalami perubahan panjang
dan terjadi perubahan dimensi kearah lateral. (Ismoyo, 1999). Perubahan benda karena
tegangan tekan dapat dilihat pada gambar 1.
P
Gambar 1. Perubahan benda Akibat penekanan
Keterangan:
A = Luas Penampang
P = Gaya yang Bekerja sebagai penekanan
L0 = Panjang awal
L = Perubahan Panjang, Dimana L = L0 - L1
4.1. Pengujian Tekan
Akibat beban tekan yang diberikan yang merupakan fungsi dari luas penampang
yang mana material akan cenderung mengalami perubahan kearah lateral. Pada uji tekan
gaya yang diberikan ditunjukkan seperti gambar 2.
P
P
P
Gambar 2. Skematik Uji tekan
TM-02 | 9
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Sebuah batang komposit yang dikenai beban tekan akan mengalami perubahan
panjang. Adapun kurva tegangan regangan akibat beban tekan ditunjukkan pada gambar 3
Gambar 3. Kurva Tegangan Regangan
Pada material yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan
maka material ini tidak akan berubah kebentuk semula. Perubahan panjang disebut
regangan teknik ( t ) yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi ( L)
terhadap panjang mula – mula (L0 ). Tegangan yang dihasilkan yang pada proses ini
dinamakan tegangan teknik t dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi
(P) pada suatu luas penampang (A0 ). Adapun rumusan akibat beban tekan dapat ditentukan
dengan persamaan sebagai berikut:
P
s=
(1)
A
Dimana:
s = Tegangan
P = Gaya Penekanan (N)
A = Luas Penampang (m2 )
Regangan akibat beban tekan statis dapat ditentukan dengan persamaan sebagai
berikut:
DL
e=
(2)
L
Dimana:
e = Regangan
DL = Panjang akhir – Panjang awal (m)
L = Panjang awal (m)
Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tekan
maupun tarik merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang
akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi lebih besar.
Robert Hook (1689) telah mengamati sebuah fenomena hubungan antara tegangan
dan regangan pada daerah elastis suatu bahan tertentu dan menyimpulkan bahwa dalam
batas batas tertentu tegangan pada suatu material ialah proporsional terhadap regangan
yang dihasilkan. Teori ini kemudian disebut dengan istilah hukum hook. Namun teori ini
hanya berlaku pada batas elastis material, dimana besarnya tegangan akan berbanding lurus
terhadap pertambahan regangan yang terjadi. Dan bila beban dihilangkan, maka sifat ini
akan menyebabkan material kembali kedalam bentuk semula. Berdasarkan yang dialami
oleh material maka karakteristik material tersebut dapat diketahui, seperti modulus
elastisitas. Berdasarkan hokum hook modulus elastisitas dapat ditentukan berdasarkan
persamaan sebagai berikut:
TM-02 | 10
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
E=
s
e
(3)
Dimana:
E = Modulus Elastisitas
Atau
PxL o
E=
AxDL
Parameter lain yang digunakan untuk dapat mengetahui karakteristik dari material
komposit adalah fraksi serat dalam komposit, adalah perbandingan matrik dan penguat/
serat yang dapat ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume serat (Vf) atau fraksi berat serat
(Wf). Fraksi berat serat lebih mudah untuk diukur ketika membuat komposit (Jamasri,
2005). Fraksi berat serat dan fraksi volume serat dapat dihitung dengan persamaan:
wf
× 100 %
(4)
Wf =
wc
vf
(5)
Vf =
´ 100 %
vc
wf
vf =
(6)
rf
Keterangan:
Wf = Fraksi berat serat (%)
wf = Berat serat (g)
wc = Berat komposit (g)
Vf = Fraksi volume serat (%)
vf = Volume serat (cm3 )
vc = Volume komposit (cm3 )
r f = Massa jenis serat (gram/cm3)
4.2. Spesimen Uji Tekan
Spesimen uji tekan yang dibuat dari komposit yang berbentuk balok yang memiliki
dimensi panjang, lebar maupun tinggi yaitu 12,7 mm x 12,7 mm x 25,4 mm.Pengujian ini
sesuai dengan America Society for Testing and Materials (ASTM) D695 dengan
spesifikasi gambar sebagai berikut:
Gambar 4. Spesimen Uji Tekan
TM-02 | 11
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
5. Data Hasil Pengujian dan Pembahasan
Dari tabel pengambilan data dilakukan analisa data sehingga mendapatkan data
hasil pengujian. Adapun hasil pengujiannya adalah sebagai berikut:
Fraksi Volume
Serat
44,8 : 55,2
34,7 : 65,3
24,4 : 75,6
Tabel 1. Tabel Hasil Uji Tekan
DL
F
s = (N
e=
2)
mm
L
A
294,99
0,101
241,26
0,089
182,47
0,066
E=
s N
(
)
mm 2
e
2920,69
2710,79
2764,70
Dari hasil pengujian dan pengolahan data dapat dibuat grafik dan diagram batang
tegangan-regangan seperti gambar sebagai berikut:
Gambar 5. Grafik Tegangan – Regangan
Gambar 6. Diagram Hasil Pengujian Tekan
Pembahasan
Berdasarkan grafik tegangan-regangan komposit GFRP diatas (gbr 5) dan juga sifat
mekanis komposit GFRP, dapat dianalisis bahwa untuk masing-masing jenis komposit
GFRP dengan ketebalan yang sama (25,4mm) untuk tiap penambahan lapisan serat terjadi
peningkatan kekuatan tekan (σ) yaitu masing-masing 94,83% untuk komposit dengan 44
lapis serat dan sebesar 86,65% untuk komposit dengan 57 lapis serat dan terjadi penurunan
sebesar 181,48% untuk 31 lapis serat. Dari grafik tegangan regangan modulus elastisitas
TM-02 | 12
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
yang merupakan rasio dalam batasan elastis dari nilai pembebanan dan regangan,
menunjukkan dan dapat membuktikan bahwa fraksi-fraksi serat yang lebih banyak ( 44 dan
57 lapis serat) dapat memberikan nilai yang lebih tinggi.
Pengaruh matrik dalam mendistribusikan beban sangat mempengaruhi kekuatan
komposit. Nilai kuat tekan komposit dengan fraksi volume serat 44,8% memiliki kekuatan
yang paling tinggi yang mana memiliki kekuatan tekan sebesar 47578,33N. Sedangkan
untuk fraksi volume serat 34,7% didapat nilai tekan sebesar 38913N dan untuk fraksi
volume serat 24,4% didapat nilai tekan sebesar 29430N. Hal ini berarti bahwa memang
terjadi peningkatan kekuatan tekan seiring dengan peningkatan fraksi berat serat dengan
ketebalan tetap.
Dari proses pecetakan komposit yang berpenguat serat gelas acak yang diproduksi
dengan teknik press hand lay-up diperoleh bahwa untuk membuat komposit GFRP dengan
ketebalan 25,4 mm jumlah lapisan serat maksimum yang digunakan adalah 57 lapis serat
dengan fraksi volume serat 44,8% ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan nilai
kekuatan tekan yang maksimal dengan cara memperbesar fraksi volume serat.
6. Kesimpulan
Dari hasil pengujiandan analisa data yang telah dilakukan dapat disimpulkan
bahwa:
- Semakin tinggi fraksi volume serat dalam komposit menyebabkan naiknya kekuatan
tekan. Hal ini ditunjukkan dalam grafik tegangan regangan dimana fraksi volume 44,8 :
55,2 menghasilkan nilai tekan tertinggi sedangkan nilai tekan terendah adalah fraksi
volume 24,4 : 75,6.
- Kenaikan jumlah lapisan serat pada komposit GFRP dengan ketebalan tetap bererti
peningkatan pada fraksi volume serat sehingga mengakibatkan peningkatan pada
kekuatan tekan komposit GFRP.
Daftar Pustaka
1. Astika, I Made. (2007)” Pengaruh Fraksi volume serat terhadap umur Lelah Woven
roving/Polyester komposit” Vol 2 no 1, Jurnal Teknik Mesin Mesin Universitas
Udayana.
2. Suardana, Surata, I Wayan (2007). “Pengaruh Jumlah lapisan serat Terhadap sikap
Mekanisnya”, Vol 2 no 1, Jurnal Teknik Mesin Universitas Udayana.
3. Kusmawanto Ade M. (2004)”Pengaruh Jumlah Lapisan serat terhadap ketangguhan
Kompisit Polymer Serat gelas Acak yang diproduksi Dengan Teknik Press Hand Lay
Up” Tugas Akhir..
4. Ivana Such, Hand Book of Die Design, Mc Graw-Hill, 2002.
TM-02 | 13
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
16. Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar dengan Media Radiator pada Mesin Bensin
Bertipe Injeksi Terhadap Unjuk Kerja Mesin, I Gusti Ngurah Putu Tenaya, I
Gusti Ketut Sukadana, dan I Gusti Ngurah Bagus Surya Pratama
17. Strain-Hardening Baja Karbon AISI 1065 Akibat Beban Gelinding-Gesek, I Made
Astika, Tjokorda Gde Tirta Nindhia, I Made Widiyarta, I Gusti Komang
Dwijana dan I Ketut Adhi Sukma Gusmana
18. Pengaruh Temperatur Tuang Paduan Perunggu Terhadap Sifat Kekerasannya Pada
Proses Pembuatan Genta Dengan Metoda Pasir Cetak (Sand Casting), I Made
Gatot Karohika, I Nym Gde Antara
19. Ketahanan Aus Baja Carbon AISI 1065 dengan Pengerasan Permukaan Kontak
(Quench-Hardening) terhadap Beban Gelinding-Luncur, I Made Widiyarta, Tjok
Gde Tirta Nindia, I Putu Lokantara, I Made Gatot Karohika dan I Ketut Windu
Segara
20. Pengembangan Kurva P-h dalam Pemodelan Elemen Hingga Vickers Indentasi
untuk Memprediksi Kekerasan Vickers (HV), I Nyoman Budiarsa
21. Studi Profil Temperatur Reaktor Fluidized Bed Pada Gasifikasi Sewage Sludge,
I Nyoman Suprapta Winaya, I Nyoman Adi Subagia, Rukmi Sari Hartati
22. Pengaruh Pemasangan Ring Berpenampang Segiempat dengan Posisi Miring
pada Permukaan Silinder terhadap Koefisien Drag, Si Putu Gede Gunawan Tista,
Ketut Astawa, Ainul Ghurri
23. Pengaruh Perlakuan Diammonium Phosphate (DAP) Terhadap Ketahanan Api
Komposit Plastik Daur Ulang-Serat Alam, I Putu Lokantara, NPG Suardana
24. Analisa Pengaruh Viskositas Pelumas terhadap Permukaan Penampang Material
pada Proses Ekstrusi Pengerjaan Dingin, Jhonni Rahman
25. Simulasi Numerik Aero-Akustik Aliran Udara Yang Melalui Silinder Pada
Bilangan Reynolds 90000 Menggunakan Model Turbulensi Les Dan Model
Akustik FWH, M. Luthfi, Sugianto
26. Pengaruh Konsentrasi Kalium Hidroksida (KOH) pada Elektrolit terhadap
Performa Alkaline Fuel Cell, Made Sucipta, I Made Suardamana, I Ketut Gede
Sugita, Made Suarda
27. Makrostruktur dan Permukaan Patah dalam Uji Tarik terhadap Perlakuan Panas
pada Baja Karbon Rendah, Nofriady H. dan Ismet Eka P.
28. Model Penentuan Koefisien Serap (Absorbsi) dan Kekuatan Tarik Material
Komposit Epoxy dengan Pengisi Serat Rockwool sebagai Knalpot Rendah Bising
Secara Eksperimen, Nurdiana, Zulkifli , Mutya Vonnisa
29. Pengaruh Waktu Tahan dan Laju Pemanasan terhadap Besar Butir Austenit dan
Kekerasan pada Proses Heat Treatment Baja HSLA, Richard A.M. Napitupulu,
Otto H. S, Charles Manurung, Humisar Sibarani
30. Analisa Kualitas Permukaan Baja AISI 4340 terhadap Variasi Arus pada Electrical
Discharge Machining (EDM), Sobron Lubis, Sofyan Djamil, Ivan Dion
31. Rancangan Launcher Roket Air, Suherlan, Dzulfi S Prihartanto, Gede Eka
Lesmana, Yohannes Dewanto
32. Analisa Kerja Roket Air Satu Tingkat, Ahmad Hidayat Furqon, Mochammad
Ilham Attharik, Pirnardi, dan I Gede Eka Lesmana
33. Analisis Penggunaan Differensial Proteksi pada Motor-Motor Listrik, PLTU
Buatan China, Suryo Busono
34. Efektivitas Alat Penukar Kalor Double Pipe Bersirip Helical sebagai Pemanas Air
dengan Memanfaatkan Gas Buang Mesin Diesel, Zainuddin, Jufrizal, Eswanto
115
124
133
141
149
158
166
173
180
186
195
203
208
218
224
234
240
247
255
| vi
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
35. Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap
Radiasi Surya Tipe Bergelombang yang Berbahan Dasar Campuran Semen
dengan Pasir, Ketut Astawa, Made Sucipta, I Gusti Ngurah Suryana
36. Pemodelan Fungsi Terpadu yang Diterapkan pada Multi-Gripper Fingers dengan
Metode Vacuum-Suction, W. Widhiada
37. Proses Perancangan Ulang pada Alat Penghemat Bahan Bakar Kendaraan Roda
Dua Berkapasitas 115cc Menggunakan Metode DFM, Aschandar Ad Hariadi,
Bimo Pratama, Gede Eka Lesmana, Yohannes Dewanto
38. Karakteristik Kekerasan Permukaan Baja Karbon Rendah Dengan Perlakuan
Boronisasi Padat, Erwin Siahaan
39. Analisis Kekasaran Permukaan pada Proses Pembubutan Baja AISI 4340
Menggunakan Mata Pahat Ceramic dan Carbide, Rosehan, Sobron Lubis, Adiyan
Wiradhika
40. Perancangan Turbin Air Helik (Helical Turbine) untuk Sistem PLTMH Guna
Memanfaatkan Energi Aliran Irigasi Way Tebu di Desa Banjar Agung Udik
Kabupaten Tanggamus, Jorfri B. Sinaga
41. Analisa Performansi Tungku Pembakaran Biomassa dari Limbah Kelapa Sawit,
Barlin, Heriansyah
42. Pengaruh Variable Kecepatan Angin terhadap Turbin Angin Horizontal Aksial
dengan Profil Airfoil Blade Sesuai Standar NACA 2418, Abraham Markus
Martinus, Abrar Riza, Steven Darmawan
43. Program Perancangan Karakteristik Daya Turbin Angin Tipe Horizontal dengan
Variasi Sudut Serang, Darwin Andreas, Abrar Riza, I Made Kartika D.
44. Optimasi Bentuk Rangka dengan Menggunakan Prestress pada Prototipe
Kendaraan Listrik, Didi Widya Utama, William Denny Chandra, R. Danardono
A.S.
45. Desain Reaktor Co-Gasifikasi Fluidized Bed untuk Bahan Bakar Limbah Sampah,
Biomasa dan Batubara, I N. Suprapta Winaya, Rukmi Sari Hartati, I Putu
Lokantara, I GAN Subawa
46. Pembuatan Model Aliran Arus Laut Penggerak Turbin, I Gusti Bagus Wijaya
Kusuma
Bidang Teknik Industri
1. Faktor-Faktor yang Berpengaruh Terhadap Keberhasilan Usaha Industri Kecil
Sukses, Aam Amaningsih Jumhur
2. Pengembangan Structural Equation Modeling untuk Pengukuran Kualitas,
Kepuasan, dan Loyalitas Layanan Travel X, Ardriansyah Taufik Krisyandra
3. Kajian Tarif Angkutan Umum Terkait dengan Kebijakan Pemerintah dalam
Penetapan Harga Bahan Bakar Minyak Secara Nasional, (Studi Kasus: Angkutan
Kota di Kota Bandung), Aviasti, Asep Nana Rukmana, Djamaludin
4. Peluang Efisiensi Energi Listrik Gedung Hotel X, Badaruddin
5. Analisis Jenis dan Jumlah Kendaraan Terhadap Tingkat Kebisingan di Kawasan
Perkantoran di Kota Denpasar, Cok Istri Putri Kusuma Kencanawati
6. Peningkatan Produktivitas pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin
Universitas Udayana Melalui Perancangan Sistem Pengukuran Kinerja yang
Terintegrasi, I Made Dwi Budiana Penindra
7. Analisa Perilaku Guling Kendaraan Truk Angkutan Barang (Studi Kasus pada
Jalur Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, Kadek
Oktapianus Prapta
263
271
280
297
309
315
324
332
340
346
354
363
371
379
388
397
403
409
417
| vii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
Pengukuran Kelayakan Beban Kerja pada Proses Palletizing di PT. XYZ dengan
Metode Perhitungan NIOSH, Felicia Wibowo, Helena J. Kristina
Peningkatan Kualitas Daya Listrik dan Penghematan Energi di Industri Tekstil
Menggunakan Filter Harmonisa, Hamzah Hilal
Analisa Kinerja Traksi Kendaraan Truk Muatan Berlebih (Studi Kasus: Pada Jalur
Denpasar-Gilimanuk), I Ketut Adi Atmika, I Made Gatot Karohika, I Kadek
Agus Dwi Adnyana
Analisa Kegagalan Produk Pengecoran Aluminium (Studi Kasus di CV. Nasa
Jaya Logam), Is Prima Nanda
Pemanfaatkan Energi Matahari untuk Tata Udara Ruangan dengan Dinding Lilin,
Isman Harianda
Usulan Penentuan Jumlah Tenaga Kerja dengan Penambahan Kebutuhan Lini
Konveyor dengan Analisa Transfer Line pada PT. Astra Komponen Indonesia,
Lina Gozali, Andres, Andrian Hartanto
Perencanaan Persediaan Bahan-Bahan Baku PFG 120 pada PT XYZ, Mellisa
Handryani Christine, Laurence
Penilaian Kinerja Suatu Perusahaan dengan Kriteria Malcolm Baldrige, Syahida
Nurul Haq, Aam Amaningsih Jumhur
Potensi Risiko Kelelahan Pengemudi Travel Jakarta-Bandung Berdasarkan
Lamanya Waktu Kerja dan Usulan Penanggulangannya, Rida Zuraida, Nike
Septivani
Peningkatan Kualitas Produksi Karung Plastik Bermerk pada PT. XYZ
Menggunakan Metode DMAIC, Samuel Cahya Saputra, Yuliana
Pengembangan Model Pengukuran dan Pengevaluasian Jam Tangan Pria dan
Kemasannya dengan Mempertimbangkan Faktor Emosi Konsumen Berdasarkan
Konsep Kansei Engineering, Tommy Hilman, Bagus Arthaya dan Johanna
Renny Octavia Hariandja
Rancang Bangun Alat Proses Penggorengan Kemplang (Kerupuk) dengan Bahan
Bakar Gas Elpiji untuk Industri Rumahan di Pedesaan Pulau Bangka, Zulfan Yus
Andi, Dhanni Tri Andini Setyaning, Wenny Azela, Isfarina, Rismandika
Logistik Bencana Berbasis SCM Komersial: Pembelajaran dari Erupsi Gunung
Merapi 2010, Adrianus Ardya Patriatama dan Agustinus Gatot Bintoro
Usulan Peningkatkan Kualitas Produksi PIN Di PT. X, Lithrone Laricha
Salomon, Moree Wibowo, Andres
Identifikasi Variabel-Variabel yang Mempengaruhi Minat Konsumen dalam
Pembelian Produk Handphone Samsung dengan Menggunakan Structural
Equation Modeling, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Martin
Aplikasi Metode Service Quality (Servqual) untuk Peningkatan Kualitas
Pelayanan Kawasan Wisata Kawah Putih Perum Perhutani Unit III Jawa Barat dan
Banten, Hendang Setyo Rukmi, Ambar Hasrsono, Sesar Triwibowo
Pemilihan Tempat Konferensi Nasional dengan Menggunakan Metode Analytical
Hierarchy Process, Hendang Setyo Rukmi, Hari Adianto, Muhammad Reza
Utama
Multidisciplinary Research: Perspectives from Industrial and Systems
Engineering, Strategic Management and Psychology, Khristian Edi Nugroho
Soebandrija
Optimasi Penentuan Kapasitas Produksi dengan Menggunakan Metode Simplek
(Studi Kasus), Mulyadi Ilyas
424
435
442
450
456
464
472
481
486
493
502
511
520
528
536
545
555
564
573
| viii
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
27. Pengembangan Model Sistem Produksi Industri Kecil dan Menengah yang Berada
dalam Lingkungan Just in Time, Slamet Setio Wigati dan Agustinus Gatot
Bintoro
28. Analisa Efektifitas Modifikasi Filter Oli pada Compressor Atlas Copco dengan
Overall Equipment Effectiveness di PT. GTU, Silvi Ariyanti, Yusup Hardiana
29. Usulan Peningkatan Produktifitas Melalui Perbaikan Stasiun Kerja dan Metode
Kerja (Studi Kasus: di PT. X), I Wayan Sukania, Nofi Erni, Handika
30. Pengurangan Penumpukan Produk Pada Stasiun Kerja Dengan Menggunakan
Analisis Sistem Antrian di PT. KMM, Ahmad
31. Pengukuran Tingkat Kepuasan Pelanggan Terhadap Layanan di Bengkel XYZ
Dengan menggunakan Metode Servqual, IPA, dan Kano, Ahmad, Wilson Kosasih
578
588
598
604
613
| ix
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
PENGARUH FRAKSI VOLUME SERAT TERHADAP KEKUATAN
TEKAN KOMPOSIT FIBERGLASS
AAIA Sri Komaladewi, I Made Astika, I G K Dwijana
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Badung Bali 80362
e-mail: komaladewijegeg@yahoo.co.id
Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh fraksi volume serat terhadap kekuatan
tekan komposit polyester yang diperkuat dengan serat gelas atau Glass Fiber Reinforced
Polymer (GFRP). Dalam aplikasinya seperti untuk body kendaraan, kompo sit ini banyak
mengalami pembebanan tekan, maka perlu diperhatikan kekuatan dari material tersebut
agar nantinya dalam pengoperasiannya tidak terjadi kegagalan material yang menyebabkan
kecelakaan yang fatal. Proses pembuatan spesimen menggunakan metode press hand lay –
up, dengan resin unsaturated polyester (UPRs) jenis Yukalac 157 BQTN. Serat yang
digunakan adalah serat gelas jenis E–class WR 600 dan pengerasnya menggunakan
hardener jenis metal etil keton peroxide (MEKPO). Variasi fraksi volume serat adalah 44,8,
34,7 dan 24,4%. Spesimen pengujian tekan sesuai dengan ASTM D 695. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa bertambahnya fraksi volume serat dalam komposit menyebabkan
naiknya kekuatan tekan komposit GFRP. Nilai tertinggi sebesar 47578,33 N pada komposit
dengan 57 lapis serat.
Kata kunci: komposit, woven roving/ polyester, fraksi volume, kekuatan tekan.
1. Pendahuluan
Perkembangan ilmu dan teknologi yang semakin pesat dewasa ini banyak
memberikan terobosan baru dalam kehidupan manusia. Perkembangan ini juga merambah
pada teknologi bahan teknik dan material rekayasa, karena tuntutan perkembangan jaman
para ahli dipaksa untuk mendapatkan bahan yang kuat, ringan namun relatif murah. Guna
menanggapi permasalahan tersebut maka teknologi polimer dan komposit mulai
dikembangkan untuk mendapatkan berbagai bahan dengan sifat mekanis yang diinginkan
untuk berbagai keperluan. Salah satu material komposit yang saat ini banyak digunakan
adalah polymer yang diperkuat serat gelas atau Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP).
GFRP yang lebih umum disebut fiberglass, banyak digunakan sebagai body kendaraan
khususnya untuk bagian yang membutuhkan material ringan dengan kekuatan dan
ketahanan korosi yang tinggi.
Berdasarkan penelitian sebelumnya bahwa pengujian lelah semakin tinggi fraksi
serat pada bahan komposit, umur lelahnya semakin tinggi pula (I Made Astika 2007).
Penambahan Lapisan serat pada komposit GFRP akan mengakibatkan peningkatan
pada fraksi berat serat dan fraksi volume serat, yang berakibat pada peningkatan kekuatan
dan juga modulus lentur komposit GFRP (NPG Suardana, I W Surata 2007).
Serat gelas yang umum digunakan sebagai komposit adalah yang berbentuk
lembaran serat pendek dengan orientasi acak yang disebut chopped random mat dan
anyaman seperti kain yang disebut woven. Untuk mendapatkan bentuk dan karakteristik
komposit yang diinginkan, lembaran serat dapat disusun berlapis – lapis dalam polymer
sebagai matrik pengisi, dengan fraksi volume serat yang bervariasi.
Penggunaan GFRP baik sebagai peralatan medis, pesawat udara, kapal laut,
otomotif. dalam pengoperasiannya banyak mengalami tekanan, dan pembebanan, terutama
pada tingkat desain yang rumit dengan tingkat orientasi pembebanan yang cukup tinggi,
yang sering mengakibatkan material mengalami kegagalan. Maka untuk itu karakteristik
dan sifat mekanis yang perlu diperhatikan salah satunya adalah kekuatan tekan dari
TM-02 | 7
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
material yang digunakan, agar dalam pengaplikasiannya tidak terjadi kegagalan material
yang dapat mengakibatkan kecelakaan yang fatal.
2. Komposit Berpenguat Serat Gelas
Komposit berpenguat serat gelas atau yang dalam teknologi komposit disebut
GFRP, digolongkan sebagai komposit yang menggunakan polymer sebagai matrik dan
serat sebagai penguat (PMC – FRC).Umumnya GFRP terdiri dari resin unsaturated
polyester (UPRs) sebagai matrik,pengeras atau hardener, dan serat gelas sebagai penguat.
2.1. Serat Gelas
Serat gelas dalam teknologi komposit didefinisikan sebagai suatu material yang
memiliki perbandingan panjang lebih dari 100 kali dari diameternya dengan panjang
minimum 25 mm dan diameter 5 – 20 !m.serat dapat berupa serat panjang (filamen) atau
serabut pendek (staple) juga dapat berupa serat organik yang diperoleh dari alam dan serat
sintetik yang sengaja dibuat dari senyawa kimia (Jacobs, 1994). Serat gelas yang
digunakan dalam komposit GFRP merupakan serat sintetik yang dibuat dari bahan dasar
silikon (Si). Berdasarkan karakteristik dan fungsinya serat gelas dapat dibagi menjadi tiga
jenis yaitu:
1. E – class, merupakan serat gelas yang didesain untuk peralatan - peralatan elektronik
dan peralatan umum lainnya yang membutuhkan sifat isolator dan konduktifitas
thermal yang rendah, dengan komposisi 55,2% SiO2, 8% AL2 O3,18,7% CaO , 4,6%
MgO , O,3% Na2 O, 0,2% K 2 O, 7,3% B2 O3 . Serat E – class memiliki kekuatan tarik
1750 MPa dan modulus elastis 70 GPa (Chawla, 1987). Serat jenis ini paling banyak
digunakan karena harganya relatif lebih murah.
2. S – class, merupakan serat gelas yang didesain kusus untuk peralatan yang
membutuhkan kekuatan dan ketahanan terhadap panas yang tinggi, dengan komposisi
65% SiO2, , 25% AL2 O3 , 10% MgO.
3. C – class, merupakan serat gelas yang didesain khusus untuk peralatan yang
membutuhkan ketahanan terhadap korosi yang tinggi,dengan komposisi 65% SiO2, 4%
AL2 O 3, 14% CaO, 3% MgO, 8,5% Na2 O, 5% B2 O3.
Serat gelas umumnya dibentuk berupa serat panjang kontinu (yarn), kumpulan serat
panjang kontinu (roving), kumpulan serat pendek dengan orientasi acak (chopped strand
mat), dan serat panjang kontinu yang disusun seperti anyaman/kain (woven).
3. Proses Produksi Komposit Berpenguat Serat
Beberapa teknik yang umum digunakan dalam proses pembentukan komposit
khususnya komposit berpenguat serat (FRC) adalah:
1. Pultrusion, merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat dimana dalam
prosesnya serat dicelupkan kedalam wadah berisi resin kemudian melalui beberapa die.
Teknik ini khusus digunakan untuk memproduksi benda berbentuk datar (flat) dan
batang dengan penampang “L” “T” ( L dan T - beam)
2. Filament winding, merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat yang
dalam prosesnya serat yang telah dilapisi resin dialirkan ke mandreal Teknik ini khusus
digunakan untuk memproduksi benda berdiameter sperti pipa.
3. Lay-up merupakan proses pembentukan komposit berpenguat serat yang dalam
prosesnya serat ditumpuk kemudian dilapisi dengan resin yang dapat dikerjakan
dengan menggunakan mesin atau tangan (hand lay- up). Proses ini memiliki
kemudahan dan keunggulan yang lebih dibanding dengan teknik yang lain. Dengan
proses lay-up dapat dihasilkan produk komposit yang beraneka bentuk dengan desain
yang rumit sekalipun.
TM-02 | 8
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
4. Teknik semprot, merupakan proses pembentukan komposit dimana pada teknik ini
serat dipotong pendek-pendek dicampur resin kemudian disemprotkan dibentuk lapisan
demi lapisan.
5. Transfer molding, merupakan proses pembentukan komposit, dengan mengalirkan
campuran resin dan serat pendek ke beberapa cetakan sekaligus. Teknik ini digunakan
untuk memproduksi komposit dalam jumlah besar.
4. Kuat Tekan
Tegangan tekan berlawan dengan tegangan tarik. Jika pada tegangan tarik, arah
kedua gaya menjauhi ujung benda (kedua gaya saling berlawanan), sedangkan pada
tegangan tekan arah kedua gaya saling mendekati. Kekuatan tekan material adalah adalah
nilai tegangan tekan uniaksial yang mempunyai modus kegagalan ketika saat pengujian.
Kekuatan tekan biasanya diperoleh dari percobaan dengan alat pengujian tekan. Ketika
dalam pengujian nantinya, spesimen (berbentuk balok) akan mengalami perubahan panjang
dan terjadi perubahan dimensi kearah lateral. (Ismoyo, 1999). Perubahan benda karena
tegangan tekan dapat dilihat pada gambar 1.
P
Gambar 1. Perubahan benda Akibat penekanan
Keterangan:
A = Luas Penampang
P = Gaya yang Bekerja sebagai penekanan
L0 = Panjang awal
L = Perubahan Panjang, Dimana L = L0 - L1
4.1. Pengujian Tekan
Akibat beban tekan yang diberikan yang merupakan fungsi dari luas penampang
yang mana material akan cenderung mengalami perubahan kearah lateral. Pada uji tekan
gaya yang diberikan ditunjukkan seperti gambar 2.
P
P
P
Gambar 2. Skematik Uji tekan
TM-02 | 9
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
Sebuah batang komposit yang dikenai beban tekan akan mengalami perubahan
panjang. Adapun kurva tegangan regangan akibat beban tekan ditunjukkan pada gambar 3
Gambar 3. Kurva Tegangan Regangan
Pada material yang mengalami deformasi plastis jika terus diberikan tegangan
maka material ini tidak akan berubah kebentuk semula. Perubahan panjang disebut
regangan teknik ( t ) yang didefinisikan sebagai perubahan panjang yang terjadi ( L)
terhadap panjang mula – mula (L0 ). Tegangan yang dihasilkan yang pada proses ini
dinamakan tegangan teknik t dimana didefinisikan sebagai nilai pembebanan yang terjadi
(P) pada suatu luas penampang (A0 ). Adapun rumusan akibat beban tekan dapat ditentukan
dengan persamaan sebagai berikut:
P
s=
(1)
A
Dimana:
s = Tegangan
P = Gaya Penekanan (N)
A = Luas Penampang (m2 )
Regangan akibat beban tekan statis dapat ditentukan dengan persamaan sebagai
berikut:
DL
e=
(2)
L
Dimana:
e = Regangan
DL = Panjang akhir – Panjang awal (m)
L = Panjang awal (m)
Pada prakteknya nilai hasil pengukuran tegangan pada suatu pengujian tekan
maupun tarik merupakan nilai teknik. Regangan akibat beban tekan yang terjadi, panjang
akan menjadi berkurang dan diameter pada spesimen akan menjadi lebih besar.
Robert Hook (1689) telah mengamati sebuah fenomena hubungan antara tegangan
dan regangan pada daerah elastis suatu bahan tertentu dan menyimpulkan bahwa dalam
batas batas tertentu tegangan pada suatu material ialah proporsional terhadap regangan
yang dihasilkan. Teori ini kemudian disebut dengan istilah hukum hook. Namun teori ini
hanya berlaku pada batas elastis material, dimana besarnya tegangan akan berbanding lurus
terhadap pertambahan regangan yang terjadi. Dan bila beban dihilangkan, maka sifat ini
akan menyebabkan material kembali kedalam bentuk semula. Berdasarkan yang dialami
oleh material maka karakteristik material tersebut dapat diketahui, seperti modulus
elastisitas. Berdasarkan hokum hook modulus elastisitas dapat ditentukan berdasarkan
persamaan sebagai berikut:
TM-02 | 10
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
E=
s
e
(3)
Dimana:
E = Modulus Elastisitas
Atau
PxL o
E=
AxDL
Parameter lain yang digunakan untuk dapat mengetahui karakteristik dari material
komposit adalah fraksi serat dalam komposit, adalah perbandingan matrik dan penguat/
serat yang dapat ditunjukkan dalam bentuk fraksi volume serat (Vf) atau fraksi berat serat
(Wf). Fraksi berat serat lebih mudah untuk diukur ketika membuat komposit (Jamasri,
2005). Fraksi berat serat dan fraksi volume serat dapat dihitung dengan persamaan:
wf
× 100 %
(4)
Wf =
wc
vf
(5)
Vf =
´ 100 %
vc
wf
vf =
(6)
rf
Keterangan:
Wf = Fraksi berat serat (%)
wf = Berat serat (g)
wc = Berat komposit (g)
Vf = Fraksi volume serat (%)
vf = Volume serat (cm3 )
vc = Volume komposit (cm3 )
r f = Massa jenis serat (gram/cm3)
4.2. Spesimen Uji Tekan
Spesimen uji tekan yang dibuat dari komposit yang berbentuk balok yang memiliki
dimensi panjang, lebar maupun tinggi yaitu 12,7 mm x 12,7 mm x 25,4 mm.Pengujian ini
sesuai dengan America Society for Testing and Materials (ASTM) D695 dengan
spesifikasi gambar sebagai berikut:
Gambar 4. Spesimen Uji Tekan
TM-02 | 11
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
5. Data Hasil Pengujian dan Pembahasan
Dari tabel pengambilan data dilakukan analisa data sehingga mendapatkan data
hasil pengujian. Adapun hasil pengujiannya adalah sebagai berikut:
Fraksi Volume
Serat
44,8 : 55,2
34,7 : 65,3
24,4 : 75,6
Tabel 1. Tabel Hasil Uji Tekan
DL
F
s = (N
e=
2)
mm
L
A
294,99
0,101
241,26
0,089
182,47
0,066
E=
s N
(
)
mm 2
e
2920,69
2710,79
2764,70
Dari hasil pengujian dan pengolahan data dapat dibuat grafik dan diagram batang
tegangan-regangan seperti gambar sebagai berikut:
Gambar 5. Grafik Tegangan – Regangan
Gambar 6. Diagram Hasil Pengujian Tekan
Pembahasan
Berdasarkan grafik tegangan-regangan komposit GFRP diatas (gbr 5) dan juga sifat
mekanis komposit GFRP, dapat dianalisis bahwa untuk masing-masing jenis komposit
GFRP dengan ketebalan yang sama (25,4mm) untuk tiap penambahan lapisan serat terjadi
peningkatan kekuatan tekan (σ) yaitu masing-masing 94,83% untuk komposit dengan 44
lapis serat dan sebesar 86,65% untuk komposit dengan 57 lapis serat dan terjadi penurunan
sebesar 181,48% untuk 31 lapis serat. Dari grafik tegangan regangan modulus elastisitas
TM-02 | 12
Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013
Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 14 November 2013
yang merupakan rasio dalam batasan elastis dari nilai pembebanan dan regangan,
menunjukkan dan dapat membuktikan bahwa fraksi-fraksi serat yang lebih banyak ( 44 dan
57 lapis serat) dapat memberikan nilai yang lebih tinggi.
Pengaruh matrik dalam mendistribusikan beban sangat mempengaruhi kekuatan
komposit. Nilai kuat tekan komposit dengan fraksi volume serat 44,8% memiliki kekuatan
yang paling tinggi yang mana memiliki kekuatan tekan sebesar 47578,33N. Sedangkan
untuk fraksi volume serat 34,7% didapat nilai tekan sebesar 38913N dan untuk fraksi
volume serat 24,4% didapat nilai tekan sebesar 29430N. Hal ini berarti bahwa memang
terjadi peningkatan kekuatan tekan seiring dengan peningkatan fraksi berat serat dengan
ketebalan tetap.
Dari proses pecetakan komposit yang berpenguat serat gelas acak yang diproduksi
dengan teknik press hand lay-up diperoleh bahwa untuk membuat komposit GFRP dengan
ketebalan 25,4 mm jumlah lapisan serat maksimum yang digunakan adalah 57 lapis serat
dengan fraksi volume serat 44,8% ini menunjukkan bahwa untuk mendapatkan nilai
kekuatan tekan yang maksimal dengan cara memperbesar fraksi volume serat.
6. Kesimpulan
Dari hasil pengujiandan analisa data yang telah dilakukan dapat disimpulkan
bahwa:
- Semakin tinggi fraksi volume serat dalam komposit menyebabkan naiknya kekuatan
tekan. Hal ini ditunjukkan dalam grafik tegangan regangan dimana fraksi volume 44,8 :
55,2 menghasilkan nilai tekan tertinggi sedangkan nilai tekan terendah adalah fraksi
volume 24,4 : 75,6.
- Kenaikan jumlah lapisan serat pada komposit GFRP dengan ketebalan tetap bererti
peningkatan pada fraksi volume serat sehingga mengakibatkan peningkatan pada
kekuatan tekan komposit GFRP.
Daftar Pustaka
1. Astika, I Made. (2007)” Pengaruh Fraksi volume serat terhadap umur Lelah Woven
roving/Polyester komposit” Vol 2 no 1, Jurnal Teknik Mesin Mesin Universitas
Udayana.
2. Suardana, Surata, I Wayan (2007). “Pengaruh Jumlah lapisan serat Terhadap sikap
Mekanisnya”, Vol 2 no 1, Jurnal Teknik Mesin Universitas Udayana.
3. Kusmawanto Ade M. (2004)”Pengaruh Jumlah Lapisan serat terhadap ketangguhan
Kompisit Polymer Serat gelas Acak yang diproduksi Dengan Teknik Press Hand Lay
Up” Tugas Akhir..
4. Ivana Such, Hand Book of Die Design, Mc Graw-Hill, 2002.
TM-02 | 13