ANALISIS SIFAT MEKANIK MATERIAL KOMPOSIT POLIMER BERONGGA (POLYMERIC COMPOSITE FOAM) DENGAN VARIASI POLYURETHANE YANG AKAN DIGUNAKAN PADA PESAWAT UAV

ANDRI SETIAWAN NIM : 090401054

TUGAS AKHIR YANG DIAJUKAN UNTUK MEMENUHI SALAH SATU SYARAT MEMPEROLEH GELAR SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014

Abstrak

Komposit adalah suatu material yang terdiri dari campuran atau kombinasi dua atau lebih material baik secara mikro atau makro, dimana sifat material yang tersebut berbeda bentuk dan komposisi kimia dari zat asalnya. Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk komponen tunggal. Tujuan penelitian ini adalah mendapatkan karakteristik mekanik komposit polymeric foam diperkuat serat Batang Kelapa Sawit yang digunakan pada badan pesawat. Uji tarik adalah suatu metode yang digunakan untuk menguji kekuatan suatu bahan/material dengan cara memberikan beban gaya yang sesumbu. Kekuatan tekan adalah kapasitas dari suatu bahan atau struktur dalam menahan beban yang akan mengurangi ukurannya. Nilai Tegangan rata-rata dari hasil pengujian tarik adalah 6,1784 MPa dan hasil pengujian tekan adalah 13,18619473MPa. Nilai Regangan rata-rata dari hasil pengujian tarik adalah 0,014216 mm/mm dan hasil pengujian tekan adalah 0,241212618 mm/mm. Nilai Modulus Elastisitas rata-rata dari hasil pengujian tarik adalah 450,52476567221 MPa dan hasil pengujian tekan adalah 54,6442656 MPa.

Kata Kunci : Komposit ; Material Komposit ; Uji Tarik ; Kekuatan Tekan

Abstract Composite is a material consisting of a mixture or combination of two or more materials either micro or macro, where the material properties of the different shapes and chemical composition of the substance came from. Composite material is a material made of two or more materials that remain separate and distinct in a macroscopic level while forming a single component. The purpose of this study is to get the mechanical characteristics of composite reinforced polymeric foam Oil Palm Trunk fiber used in body planes. Tensile test is a method used to test the strength of a substance / material by providing a load coaxial style. Compressive strength is the capacity of a material or structure to withstand the load that will reduce its size. The average voltage value of the test results is 6,1784 MPa and tensile test results press is 13,18619473 MPa. Strain the average value of the tensile test results is 0,14216 mm/mm and the results of the test press is 0,241212618 mm/mm. Modulus of Elasticity value of the average of the test results is 450,52476567221 MPa and tensile test results press is 54.6442656 MPa.

Keywords: Composites; Composite Materials; Tensile Test; Compressive Strength

Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW.

Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Pengecoran Logam, yaitu “Analisis Sifat Mekanik Material Komposit Polimer Berongga Dengan Variasi Polyurethan Yang Akan Digunakan Pada Pesawat UAV”.

Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda H. Sutar dan Ibunda Hj. Herlina, abang tersayang Rizky Haryanto atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.

3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.

4. Teman satu tim (Adi Surya Taniwan dan Frans Dinata) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.

5. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.

6. Abang, adik-adik dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.

Medan, 10 Juni 2014 Penulis,

Andri Setiawan NIM : 090401054

DAFTAR ISI ABSTRAK

…………………………………………………………………………..i

ABSTRACT

…………………………………………………………………………ii

KATA PENGANTAR

……………………………………………………………...iii

DAFTAR ISI

………………………………………………………………………..v

DAFTAR GAMBAR

………………………………………………………….......vii

DAFTAR NOTASI

…………………………………………………………….......ix

DAFTAR TABEL

………………………………………………………………….x

BAB I PENDAHULUAN

…………………………………………………………...1

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

1.2 Rumusan Masalah……………………………………………………………..2

1.3 Tujuan Penelitian……………………………………………………………...2

1.3.1 Tujuan Umum…………………………………………………………..2

1.3.2 Tujuan Khusus………………………………………………………….2

1.4 Batasan Masalah……………………………………………………………....2

1.5 Sistematika Penulisan………………………………………………………....3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

................................................................................4

2.1 Komposit……………………………………………………………………....4

2.1.1 Karakteristik dan Aplikasi Bahan Komposit…………………………....5

2.2 Material Komposit…………………………………………………………….6

2.2.1 Klasifikasi Komposit…………………………………………………....7

2.3 Komposit dari Serat Alam…………………………………………………….9

2.4 Uji Tarik……………………………………………………………………...11

2.4.1 Bentuk dan Dimensi Spesimen Uji……………………………………..12

2.4.2 Pengukuran Keliatan (Keuletan)………………………………………..15

2.4.3 Modulus Elastisitas…………………………………….……………….15

2.5 Kekuatan Tekan…………..………………………….………………………16

2.5.1 Beban Tekan Statik Aksial……………………………………………...17

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

………………………………………..19

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian……………………………………………….19

3.1.1 Waktu Penelitian……………………………………………………..19

3.1.2 Tempat Penelitian ……………………………………………………19

3.2 Diagram Alir Penelitian……………………………………………………..19

3.3 Bahan dan Alat Penelitian…………………………………………………..21

b. Regangan………………………………………………………………...40

……………………………………………………………...64

DAFTAR PUSTAKA

5.2 Saran………………………………………………………………………...63

5.1 Kesimpulan………………………………………………………………….63

…………………………………………63

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

4.3 Shape Factor...................................................................................................59

d. Grafik Tegangan-Regangan (Stress-strain)………………………………57

c. Modulus Elastisitas………………………………………………………55

b. Regangan………………………………………………………………...53

a. Tegangan………………………………………………………………....51

4.2.2 Hasil Pengujian Tekan…………………………………………………46

d. Grafik Tegangan-Regangan (Stress-Strain)……………………………...44

c. Modulus Elastisitas……………………………………………………....43

a. Tegangan………………………………………………………………....39

3.3.1 Alat dan Bahan……………………………………..………………...21

4.2.1 Hasil Pengujian Tarik…………………………………………………..34

4.2 Hasil Pengujian …………………………………………………………….33

4.1 Hasil Pembuatan Spesimen………………………………………………....33

………………………………………....33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

3.7.1 Prosedur Pengujian…………………………………………………….32

3.7 Pengujian Tekan…………………………………………………………….32

3.6.2 Prosedur Pengujian…………………………………………………….32

3.6.1 Set Up Pengujian Tarik………………………………………………...31

3.6 Pengujian Tarik……………………………………………………………...30

3.5 Pembuatan Spesimen ……………………………………………………….29

3.4.2 Cetakan Spesimen Uji Tekan…………………………………………29

3.4.1 Cetakan Spesimen Uji Tarik………………………………………….28

3.4 Cetakan Spesimen ………………………………………………………….28

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman

Gambar 2.1 Fibrous Composite ................................................................................... 5Gambar 2.2 Laminated Composite .............................................................................. 6Gambar 2.3 Particulate Composite .............................................................................. 6Gambar 2.4 Serat Batang Kelapa Sawit....................................................................... 8Gambar 2.5 Mesin uji tarik dilengkapi spesimen ukuran standar................................ 9Gambar 2.6 Dimensi dan ukuran spesimen untuk uji tarik........................................ 10Gambar 2.7 Contoh kurva uji tarik ............................................................................ 11Gambar 2.8 Tipikal kurva respon tegangan-regangan terhadap material foam akibat beban tekan statik aksial. ...................................................................... 16Gambar 2.9 Diagram uji tekan statik ......................................................................... 16Gambar 3.1 Jangka sorong......................................................................................... 18Gambar 3.2 Timbangan Digital ................................................................................. 18Gambar 3.3. Cawan Tuang ........................................................................................ 19Gambar 3.4. Kaca....................................................................................................... 19Gambar 3.5. Alat Pengaduk ....................................................................................... 19Gambar 3.6. Alat Uji Tarik ........................................................................................ 20Gambar 3.7. Alat Uji Tekan....................................................................................... 21Gambar 3.8. Serat batang kelapa sawit ...................................................................... 21Gambar 3.9 Polyester (Resin Tak Jenuh)................................................................... 22Gambar 3.10. Katalis MEKP (Methyl Ethyl Keton Peroksida) ................................. 23Gambar 3.11 Isocyanate............................................................................................ 24Gambar 3.12. Polyester Polyol .................................................................................. 24Gambar 3.13. Cetakan spesimen uji tarik .................................................................. 25Gambar 3.14 Proses Dimensi cetakan sampel uji tarik.............................................. 25Gambar 3.15 Spesimen uji tekan ............................................................................... 25Gambar 3.16 (a) Spesimen uji tarik, (b) Spesimen uji tekan ..................................... 27Gambar 3.17 Set up pengujian tarik........................................................................... 27Gambar 4.1 Bentuk spesimen (a) Uji Tarik dan (b) Uji Tekan ................................. 30Gambar 4.2. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen I ............................. 31Gambar 4.3. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen II ............................31Gambar 4.4. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen III...........................32Gambar 4.5. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen I ............................. 32Gambar 4.6. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen II ............................ 33Gambar 4.7. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen III........................... 33Gambar 4.8. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen I ............................. 34Gambar 4.9. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen II ............................ 34Gambar 4.10. Kurva Hasil uji tarik P (kgf) vs L (mm) spesimen III......................... 35Gambar 4.11. Daerah Patahan spesimen setelah uji kekuatan tarik a. 10% BA, b.20%

BA, dan c. 30% BA. ............................................................................. 35

Gambar 4.12. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen I .......................... 42Gambar 4.13. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen II......................... 42Gambar 4.14. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen III ....................... 43Gambar 4.15. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen I .......................... 43Gambar 4.16. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen II......................... 44Gambar 4.17. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen III ....................... 44Gambar 4.18. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen I .......................... 45Gambar 4.19. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen II......................... 45Gambar 4.20. Kurva Hasil uji tekan P (kgf) vs L (mm) spesimen III ....................... 46Gambar 4.21. Daerah Pecahan spesimen setelah uji kekuatan tekan a. 10% BA,

b. 20% BA, dan c. 30% BA. ................................................................. 46

Daftar Notasi Simbol Keterangan Satuan

σ Tegangan MPa

Luas penampang mm

2 L o

Panjang Awal cm L f Panjang Akhir cm ε

Regangan P Beban kgf D Diameter mm E Modulus Elastisitas kg/mm

 Densitas g/cm

f Tegangan patah MPa

DAFTAR TABEL Tabel Halaman

Tabel 2.1 Karakteristik mekanik polyester resin BTN 157 ........................................ 7Tabel 2.2 Harga Modulus Elastisitas pada berbagai suhu ........................................ 14Tabel 3.1 Spesifikasi Timbangan Digital .................................................................. 18Tabel 3.2 Spesifikasi Alat Uji Tarik ......................................................................... 20Tabel 3.3 Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh........................................ 22Tabel 4.1 Nilai Tegangan........................................................................................... 37Tabel 4.2 Nilai Regangan .......................................................................................... 39Tabel 4.3 Nilai Modulus Elastisitas ........................................................................... 41Tabel 4.4 Nilai Tegangan.......................................................................................... 48

Tabel: 4.5 Nilai Regangan ......................................................................................... 50 Tabel: 4.6.Nilai Modulus Elastisitas .......................................................................... 52

ANALISIS SIFAT MEKANIK MATERIAL KOMPOSIT POLIMER BERONGGA (POLYMERIC COMPOSITE FOAM) DENGAN VARIASI POLYURETHANE YANG AKAN DIGUNAKAN PADA PESAWAT UAV