Sugiyanto S951002008

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

OPTIMASI KEKUATAN

SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS

TESIS

Disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Magister Program Studi Teknik Mesin

Oleh : Sugiyanto NIM. S951002008

MAGISTER TEKNIK MESIN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

HALAMAN PERSETUJUAN

OPTIMASI KEKUATAN

SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS

TESIS

SUGIYANTO NIM. S951002008

Komisi Pembimbing

Nama Tanda Tangan Tanggal

Pembimbing I Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 197101031997021001

27 Juli 2012

Pembimbing II Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002

27 Juli 2012

Telah dinyatakan memenuhi syarat Pada tanggal 12 Juli 2012

Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pasca Sarjana UNS

Dr. Techn. Suyitno, ST., MT NIP. 197409022001121002

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

iii

HALAMAN PENGESAHAN

OPTIMASI KEKUATAN

SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS

TESIS

SUGIYANTO NIM. S951002008

Tim Penguji

Jabatan Nama Tanda Tangan Tanggal

Ketua Stefanus Adi Kristiawan, ST., M.Sc.(Eng), Ph.D

NIP. 196905011995121001

27 Juli 2012

Sekretaris Eko Surojo, ST., MT NIP. 196904112000031006

27 Juli 2012

Anggota Penguji

Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT NIP. 197101031997021001

27 Juli 2012

Anggota Penguji

Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT NIP. 196810041999031002

27 Juli 2012

Telah dipertahankan di depan penguji Dinyatakan telah memenuhi syarat

pada tanggal 27 Juli 2012

Direktur Program Pasca Sarjana UNS Ketua Prodi Magister Teknik Mesin

Prof. Dr. Ir. Ahmad Yunus, M.S NIP. 19610717 1986 1 001

Dr. Techn. Suyitno, ST., MT NIP. 197409022001121002

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id PERNYATAAN ORISINALITAS DAN PUBLIKASI ISI TESIS

Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa :

1. Tesis yang berjudul : “ OPTIMASI KEKUATAN SAMBUNGAN KOMPOSIT SERAT GELAS” ini adalah karya penelitian saya sendiri dan bebas plagiat, serta tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik serta tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis digunakan sebagai acuan dalam naskah ini dan disebutkan dalam sumber acuan serta daftar pustaka. Apabila di kemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan perundang-undangan (Permendiknas No.17, tahun 2010)

2. Publikasi sebagian atau keseluruhan isi tesis pada jurnal atau forum ilmiah lain harus seijin dan menyertakan tim pembimbing sebagai author dan PPs UNS sebagai institusinya. Apabila dalam waktu sekurang-kurangnya satu semester (enam bulan sejak pengesahan Tesis) saya tidak melakukan publikasi dari sebagian atau keseluruhan Tesis ini, maka Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS berhak mempublikasikannya pada jurnal ilmiah yang diterbitkan oleh Prodi Magister Teknik Mesin PPs UNS. Apabila saya melakukan pelanggaran dari ketentuan publikasi ini, maka saya bersedia mendapatkan sanksi akademik yang berlaku.

Surakarta, 27 Juli 2012 Mahasiswa

Sugiyanto

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul "Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat Gelas". Adapun tujuan penulisan Tesis ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Magister Teknik di Prodi Magister Teknik Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam kepada semua pihak yang telah membantu dalam penelitian dan penulisan Tesis ini, khususnya kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT selaku pembimbing I

2. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo., MT selaku selaku pembimbing II dan Ketua Laboratorium Material Teknik Mesin UNS.

3. Bapak Dr. Techn. Suyitno, ST., MT selaku Ketua Prodi Magister Teknik Mesin UNS dan Pembimbing Akademik.

4. Para Dosen Prodi Magister Teknik Mesin UNS

5. Bapak Teguh Triyono. ST selaku Ketua Laboratorium Proses Produksi FT UNS. 6. Bapak, Ibu, dan Mertua tercinta yang telah memberikan sumbangan besar baik

moril maupun materil.

7. Istri dan kedua anak saya yang setia menemaniku dan memberiku semangat. 8. Maruto Adhi Prabowo, Arifin Muntoha, Endriyanto yang membantu dalam

pengujian dan pembuatan spesimen.

9. Rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Mesin UNS.

Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penulisan Tesis. Penulis berharap penelitian ini dapat dikembangkan dan dilanjutkan oleh para pembaca.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap Tesis ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Surakarta, Juli 2012

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

vii

Sugiyanto. 2012.NIM : S951002008 Optimasi Kekuatan Sambungan Komposit Serat gelas. TESIS. Pembimbing I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana, Universitas Sebelas Maret Surakarta.

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan komposit serat gelas. Bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah resin unsaturated polyester 157 BQTN, serat gelas jenis E-Glass. Pembuatan komposit dilakukan dengan cara hand lay-up. Parameter penelitian ini adalah kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive. Jenis sambungan komposit yang digunakan adalah lap joint. Sesuai dengan ASTM D 5868-95, pengujian geser dengan Universal Testing Machine. Hasil penelitian menunjukkan semakin kasar permukaan semakin tinggi kekuatan geser. Spesimen dengan kekasaran permukaan 12,54 µm kekuatan gesernya 4,37 MPa. Untuk variasi tebal adhesive, semakin tebal adhesive semakin rendah kekuatan gesernya. Berturut-turut, sambungan komposit jenis adhesive

kekuatan tertingi pada adhesive epoksi, polyester dan chloroprene. Kata kunci: Komposit, kekasaran, tebal, jenis adhesive, kekuatan geser

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Sugiyanto. 2012. NIM S951002008, Strength Optimization Glass Fiber Composite Joint. Thesis. Supervisor I: Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, ST., MT, II: Ir. Wijang Wisnu Raharjo. MT. Program Study of Mechanical Engeneering. Pos-graduate Program of Sebelas Maret University, Surakarta.

ABSTRACT

This research aims to investigate the influence of surface roughness, thick and type of adhesive joint strength glass fiber of composite. The composite were made from polyester resin 157 BQTN and glass fiber type E-Glass. Composite was produced by hand lay-up method. The parameter in this research are surface roughness, adhesive thickness and adhesive type. The adhesive were used to embed the composite surface by using a lap joint type. Accordance to ASTM 5868-95, the specimen were conducted to Universal Testing Machine for shear testing. The result shows the high of surface, the higher of shear strenght. The specimen which 12,54 µm of surface roughness has 4,37 MPa of shear strength. For the variation of adhesive thickness, the more thickness of adhesive causes the decreacing of joint strength. Respectevely, the composite joint which has higher strength are epoxy adhesive, polyester and chloroprene.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

ix DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Halaman Persetujuan ... ii

Halaman Pengesahan ... iii

Pernyataan Orisinilitas dan Publikasi Ilmiah ... iv

Kata Pengantar ... v

Abstrak ... vi

Daftar Isi ... ix

Daftar Tabel ... xi

Daftar Gambar ... xii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Perumusan Masalah ... 4

C. Tujuan Penelitian ... 4

D. Manfaat Penelitian ... 5

BAB II. TINJAUN PUSTAKA ... 6

A. Komposit ... 7

B. Adhesive ... 11

C. Kekasaran Permukaan ... 15

D. Tegangan Geser ... 15

BAB III. METODE PENELITIAN ... 17

A. Alat dan Bahan ... 18

B. Pelaksanaan Penelitian ... 19

C. Diagram Alir Penelitian ... 20

D. Pengujian Sambungan Komposit ... 25

F. Hasil Pengujian Spesimen Sambungan ... 27

G. Foto SEM ... 28

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 29

A. Kekasaran Permukaan ... 29

B. Tebal Adhesive ... 32

C. Jenis Adhesive ... 35

D. Pembahasan Proses Pengujian ... ... 37

BAB V. PENUTUP... 39

A. Kesimpulan ... 39

B. Saran ... 39

DAFTAR PUSTAKA ... 40 LAMPIRAN

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat ... 9

Tabel 2. Spesifikasi epoksi... 12

Tabel 3. Spesifikasi chloroprene ... 13

Tabel 4. Spesifikasi resin polyester ... 14

Tabel 5. Angka kekasaran permukaan ... 22

Tabel 6. Hasil perhitungan terhadap kekasaran ... 29

Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive ... 32

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Serat gelas acak ... 9

Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser ... 16

Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian ... 17

Gambar 4. Bahan yang digunakan penelitian ... 18

Gambar 5. Diagram alir penelitian ... 20

Gambar 6. Kekasaran permukaan ... 22

Gambar 7. Sambungan tumpang/lap joint ASTM D 5868-95 ... 22

Gambar 8. Proses pres pembuatan sambungan komposit ... 23

Gambar 9. Sambungan komposit dengan variasi kekasaran ... 23

Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive ... 24

Gambar 11. Sambungan komposit dengan jenis adhesive polyester ... 25

Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95 ... 26

Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit ... 26

Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM ... 26

Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi 27

Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive... 27

Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm ... 28

Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan ... 29

Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm ... 29

Gambar 20. Ilustrasi alur luasan penampang kerusakan ... 30

Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm ... 30

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

xiii

Gambar 23. Konsentrasi tegangan ... 31

Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser ... 33

Gambar 25. Kerusakan di area komposit ... 33

Gambar 26. Foto SEM dengan tebal adhesive 0,25 mm . ... 33

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal adhesive 1,75 mm . ... 34

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan ... 35

Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive ... 36

Gambar 30. Foto SEM dengan polyester ... 36

Gambar 31. Foto SEM dengan chloroprene ... 36

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Dewasa ini perkembangan material komposit di bidang rekayasa sangat pesat. Pemanfaatannya sebagai bahan pengganti logam sudah semakin luas, seperti untuk peralatan olah raga, sarana transportasi (darat, laut dan udara), konstruksi dan dunia antariksa. Keuntungan penggunaan material komposit antara lain: tahan korosi, rasio antara kekuatan dan densitasnya cukup tinggi (ringan), murah dan proses pembuatannya mudah. Di bidang transportasi terutama otomotif, penggunaan material komposit sampai sekarang masih berkembang. Hal ini disebabkan karena material logam semakin mahal serta tingkat kebutuhan komponen otomotif semakin besar. Material komposit sebagai pengganti material logam sudah mulai diterapkan seperti di INKA Madiun. Penggunaan material komposit hampir 60 % menggantikan bahan dari logam dan pengurangan berat sampai 25%-30%. Adapun serat yang banyak digunakan adalah jenis serat gelas/buatan yaitu serat gelas jenis E – Glass dalam bentuk serat acak maupun serat anyam.

Material komposit mempunyai sifat ringan sehingga apabila digunakan untuk konstruksi dan komponen kendaraan akan menghemat pemakaian bahan bakar. Selain itu komposit mempunyai sifat struktur yang dapat disambung antara komposit dengan komposit tanpa harus melalui proses pemanasan dan pemesinan, sehingga akan menghemat energi. Struktur material komposit dapat digunakan sebagai

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 2

material sambungan dengan menggunakan suatu adhesive sehingga akan mengurangi ketergantungan material logam sebagai bahan tambahan yang harganya mahal. Dengan penggunaan sambungan material komposit ini dikembangkan untuk mendukung pengembangan konstruksi kendaraan berbahan bakar energi terbarukan.

Hufenbach (2007) meneliti tentang sistem penyambungan antara komposit-logam aluminium dengan sambungan keling. Kedua material dikenai uji tarik dan geser statis. Pada pengujian ini terjadi kelelahan dan terjadi perambatan retak di sekitar lubang sambungan keling.

Penggunaan material komposit pada suatu struktur harus memenuhi kriteria kemampuan, kenyamanan dan keamanan yaitu sambungan (Schwartz 1984). Metode penyambungan yang dapat diterapkan pada material komposit adalah mechanical method, dan adhesive bonding, serta gabungan keduanya. Mechanical method menggunakan baut/pin dan sejenisnya sebagai media penyambung, sedangkan adhesive bonding menggunakan adhesive/perekat sebagai media penyambung (Schwartz 1984). Ketiga metode penyambungan tersebut, adhesive bonding merupakan metode yang paling tepat untuk menyambung elemen-elemen tersebut. Metode ini tidak akan merusak serat dan distribusi beban akan merata, mampu menahan beban yang lebih besar daripada mechanical method, dan penggunaan metode penyambungan ini tidak menambah berat material (Fassio 2005).

Menurut Fassio (2005) efisiensi suatu struktur yang terbuat dari elemen-elemen fiber reinforced polymer (FRP), sangat dipengaruhi oleh kekuatan/ketangguhan sambungannya, sehingga perlu model sambungan yang tepat. Tokgoz (1998) melakukan pengujian tarik terhadap sambungan kayu tipe end

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 3

grained joint, yang meliputi tiga model sambungan, yaitu model half lap joint, mortise and tenon, serta double mortise and tenon. Dari ketiga model sambungan tersebut, half lap joint merupakan model sambungan yang paling kuat.

Sambungan adhesive merupakan solusi dalam rangka penghematan bahan dan estetika/kerapian. Sambungan adhesive selalu digunakan secara luas dalam berbagai jenis sambungan struktur yang terbuat dari bahan logam, komposit dan keramik. Selama ini proses penyambungan dilakukan dengan sambungan las, sambungan mur-baut, sambungan keling, brazing dan lain-lain. Penggunaan sambungan adhesive mempunyai kelebihan tentang variasi temperatur, menahan kelembaban, ketahanan terhadap fatik, mudah menyambung bahan yang berbeda, tidak mengubah sifat bahan yang disambung dan mengurangi kemungkinan korosi yang terjadi (Yusep 2005).

Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih homogen dan sangat kuat.

Penelitian-penelitian yang sudah dilakukan menunjukkan bahwa kekuatan yang diperoleh dari suatu material berbanding lurus dengan biaya yang dikeluarkan. Hal ini tidak menguntungkan karena dapat mengurangi nilai jual terhadap produk tersebut. Mengkaitkan dengan rancangan sambungan, perlu dilakukan suatu rancangan yang efektif dan aman yaitu pemakaian kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 4

Penelitian mengenai sambungan masih banyak membahas sambungan logam, termasuk penelitian-penelitian di atas, sedangkan sambungan komposit belum banyak yang mempergunakannya. Dengan pertimbangan di atas, maka perlu dilakukan penelitian tentang sambungan komposit-komposit. Sambungan yang digunakan lap joint, yang diperluas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive dan jenis adhesive.

B. Perumusan Masalah

Dari uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahan, bagaimana pengaruh pemakaian kekasaran permukaan, tebal adhesive serta jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui pengaruh kekasaran permukaan terhadap karakteristik kekuatan sambungan serat gelas.

2. Mengetahui pengaruh tebal adhesive terhadap kekuatan sambungan serat gelas. 3. Mengetahui pengaruh jenis adhesive terhadap kekuatan sambungan

4. Mengetahui tentang patah permukaan (fracture surface) terhadap kekuatan sambungan serat gelas.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 5

D. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dipakai sebagai kajian teoritis dan praktis bagi pihak-pihak terkait yang berkompeten dalam bidang penelitian dan industri, yaitu:

1. Secara teoritis dapat dipakai untuk mengetahui seberapa besar pengaruh kekuatan sambungan material komposit serat gelas dengan kekasaran permukaan, tebal adhesive, jenis adhesive yang berbeda.

2. Secara praktis dapat dipakai sebagai bahan pertimbangan bagi bidang industri pemakai material komposit terhadap sambungan yang selama ini memakai sambungan logam.

3. Hasil dari penelitian ini dapat digunakan sebagai salah satu bahan pertimbangan dan referensi untuk membuat penelitian tentang sambungan komposit.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Teknologi material komposit dengan menggunakan serat gelas sebagai penguat telah banyak dikembangan untuk dapat menggantikan material logam. Hal ini disebabkan karena material logam terbatas dan mahal. Serat gelas yang digunakan sebagai penguat komposit tersebut mempunyai berbagai keunggulan, diantaranya; harga murah, mampu meredam suara, ramah lingkungan, mempunyai densitas rendah, dan kemampuan mekanik yang tinggi. Komposit serat gelas banyak digunakan sebagai interior mobil, peredam akustik, body kendaraan dan panel pintu hal ini disebabkan karena penggunaan serat gelas sebagai penguat komposit dapat mengurangi pemakaian material logam hampir 80%.

Broughton (2008) meneliti tentang pengaruh panjang ikatan terhadap kekuatan sambungan adhesive dengan uji tarik. Jenis sambungan tipe single-lap joint dengan variasi panjang ikatan 12,5 mm; 25,0 mm; dan 50,0 mm, dengan dimensi spesimen mengacu pada ASTM D 3164-97. Hasil penelitian menunjukkan semakin panjang ikatan, maka semakin kuat sambungan tersebut.

Canyurt (2008) melakukan penelitian tentang sambungan model U atau model lurus dengan material komposit-komposit, komposit–aluminium 5083, komposit–logam ST 37. Jenis adhesive Loctite Hysol 9464 A&B dengan ketebalan ta

= 0,1 mm, 0,2 mm, 0,4 mm. Pengujian tarik didapatkan tegangan tarik/tekan maksimum pada komposit-logam ST 37 sebesar 37,38 kN.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 7

Brian (2009) mengatakan model sambungan X yang diterapkan pada geladak kapal mengalami kegagalan dalam kasus penekanan dan tarik, hal ini disebabkan oleh beban tarik pada sambungan jenis X akibat cacat pada corenya. Jenis adhesive yang digunakan adalah Reichhold NORPOL FI-177 model isotropic, material elastis dan linier. Pengujian tekan dengan adhesive ini mendapatkan Modulus Young sebesar 289 MPa dan Poisson ratio 0,30 MPa.

Antonino (2010) melakukan penelitian antara komposit-logam aluminium

menggunakan adhesive adekti dan SP 106, tebal 0,5 dan 1,5 mm dengan sambungan

tumpang. Hasil pengujian geser ASTM D1002 menunjukkan tebal adhesive akan

mempengaruhi tingkat kegagalan pada permukaan logam.

A. Komposit

Material komposit adalah kombinasi antara dua bahan atau lebih yang memilik sejumlah sifat yang tidak mungkin dimiliki oleh masing-masing komponen. Pada bahan komposit bahan pembentuknya masih terlihat seperti aslinya (Budinski 2003). Salah satu bahan komposit adalah plastik yang diperkuat serat. Dipilihnya serat gelas oleh pendesain material karena dapat menghasilkan sifat gabungan yang tidak mungkin diperoleh pada jenis bahan lain seperti ringan, tangguh, tahan korosi, warna tahan lama, transparan, mudah pemrosesannya (Hosen 2001).

FRP (Fiber Reinforced Plastic) mempunyai dua unsur bahan yaitu serat dan bahan pengikat serat yang disebut dengan matriks. Unsur utama dari bahan komposit adalah serat, serat inilah yang menentukan karakteristik suatu bahan seperti kekuatan, keuletan, kekakuan dan sifat mekanik yang lain. Serat menahan sebagian

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 8

besar gaya yang bekerja pada material komposit, sedangkan matriks mengikat serat, melindungi dan meneruskan gaya antar serat.

1. Serat

Serat dalam bahan komposit berperan sebagai bagian utama yang menahan

beban, sehingga besar kecilnya kekuatan bahan komposit sangat tergantung dari kekuatan serat pembentuknya. Semakin kecil bahan (diameter serat mendekati ukuran kristal) maka semakin kuat bahan tersebut, karena minimnya cacat pada material. Selain itu serat juga merupakan unsur yang terpenting, karena seratlah nantinya yang akan menentukan sifat mekanik komposit tersebut seperti kekakuan, keuletan, kekuatan. Serat terdiri dari serat alam (jute, kapas, wol, sutra, dan rami) dan serat sintetis (gelas, karbon, rayon, dan nilon ).

Serat gelas

Serat gelas banyak digunakan sebagai bahan komposit, seperti yang telah diterapkan di INKA Madiun. Serat gelas mempunyai kekuatan tarik yang tinggi serta tahan terhadap bahan kimia dan mempunyai sifat isolasi yang baik. Sementara kekurangannya dari serat gelas adalah modulus tariknya rendah, massa jenis relatifnya tinggi, sensitif terhadap gesekan dan kekerasannya tinggi. Fungsi utama dari serat gelas adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matriks yang diteruskan ke serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 9

Gambar 1. Serat gelas acak

(Sumber: Justus Semarang, 2011)

Serat yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat gelas jenis E – glass model acak. Serat gelas jenis E-glass adalah salah satu jenis serat yang dikembangkan sebagai penyekat atau bahan isolasi. Jenis ini mempunyai kemampuan bentuk yang baik. Adapun kelebihan serat gelas jenis E-glass adalah produksi tinggi, kekuatan tinggi, densitas relatif rendah, tidak mudah terbakar, tahan terhadap panas, relatif tidak peka terhadap kelembaban, sebagai isolator yang baik. Kekurangan dari serat gelas jenis E-glass adalah modulus rendah, densitas lebih tinggi dibanding dengan serat karbon dan serat organik.

Tabel 1. Sifat mekanik dari beberapa jenis serat gelas (Mueler 2003)

No

Jenis serat

E - glass C-glass S-glass

1 Isolator listrik yang baik

Tahan terhadap korosi

Modulus lebih tinggi

2 Kekakuan tinggi Kekuatan lebih rendah dari E-glass

Lebih tahan terhadap suhu tinggi

3 Kekuatan tinggi Harga lebih mahal dari E-glass

Harga lebih mahal dari E-glass

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 10

Spesifikasi serat gelas jenis E-glass adalah diameter 5-25 mm, kekuatan tarik 1800 MPa, modulus elastisitas 69,0-73,0 GPa, massa jenis 2,55 g/cm3, regangan maksimum 2,5-30 %, spesifik kekuatan tarik 73,4 MPa, spesifik kekakuan 2,98 MPa (Mueler 2003)

2. Matriks

Dalam pembuatan sebuah komposit, matriks berfungsi sebagai pengikat bahan penguat, dan juga sebagai pelindung partikel dari kerusakan oleh faktor lingkungan. Beberapa bahan matriks dapat memberikan sifat-sifat yang diperlukan sebagai keliatan dan ketangguhan. Penelitian ini matriks yang digunakan adalah polimer termoset dengan jenis resin polyester.

Matriks resin polyester paling banyak digunakan terutama untuk aplikasi konstruksi ringan dan harganya murah. Resin polyester ini mempunyai karakteristik yang khas yaitu dapat diwarnai, transparan, dapat dibuat kaku dan fleksibel, tahan air, tahan cuaca dan bahan kimia. Resin polyester dapat digunakan pada suhu kerja mencapai 79°C atau lebih tergantung partikel resin dan keperluannya.

Keuntungan lain matriks resin polyester adalah mudah dikombinasikan dengan serat dan dapat digunakan untuk semua bentuk bentuk penguatan plastik. 3. Fraksi volume

Jumlah kandungan serat dalam komposit, merupakan hal yang menjadi perhatian khusus pada komposit berpenguat serat. Untuk memperoleh komposit berkekuatan tinggi, distribusi serat dengan matriks harus merata pada proses pencampuran agar mengurangi timbulnya void.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 11

B. Adhesive

Kata adhesive berasal dari bahasa latin adhaerere yang berarti melekatkan. Secara terminologi, adhesi adalah suatu proses interaksi zat padat maupun cair dari suatu bahan (adhesive atau adherent) dengan bahan yang lain (adherend) pada sebuah

permukaan. Adhesive juga harus mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia dan panas, supaya dalam keadaan tersebut daya adhesive tidak mudah rusak. Adhesive dapat digolongkan menjadi 2 yaitu thermoplastik dan thermosetting. Dalam penelitian ini adhesive yang digunakan dalam sambungan komposit adalah epoksi resin, polyester resin, chloroprene.

1. Epoksi

Resin epoksi merupakan jenis resin termoset. Resin epoksi mempunyai kegunaan yang luas dalam industri kimia teknik, listrik, mekanik, dan sipil sebagai bahan perekat, cat pelapis, dan benda-benda cetakan. Resin epoksi mempunyai ketahanan kimia yang baik, tahan terhadap suhu tinggi, sedikit mengalami penyusutan, kekuatan mekanis yang baik. Adhesive ini memiliki kelemahan tidak tahan terhadap larutan asam.

Resin epoksi berbentuk cair dengan 2 campuran, satu epoksi hardener tipe general purpose (polyaminoamida), kedua epoksi resin tipe general purpose (bispenola epichlorohidrin) dengan perbandingan 1 : 1.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 12

Tabel 2. Spesifikasi Epoksi

Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal

Massa jenis Gram/cm3 1,17

Penyerapan air (suhu ruang) °C 0,2

Kekuatan tarik Kgf/mm2 5,95

Kekuatan tekan Kgf/mm2 14

Kekuatan lentur Kgf/mm2 12

Temperatur pencetakan °C 90

Sumber : Justus Semarang, 2011

Produk resin epoksi merupakan kondensat dari isfenol dan epiklorhidrin. Resin epoksi dengan pengeras dan menjadi unggul dalam kekuatan mekanis dan ketahanan kimia. Sifatnya bervariasi bergantung pada jenis, kondisi dan pencampuran dengan pengerasnya. Sifat lain adalah mempunyai kekuatan tinggi dan suhu tinggi, relatif pada suhu rendah, mudah digunakan, biaya rendah, mampu tahan pada suhu -40°C sampai +100°C (Banea 2009).

Yusep (2005) meneliti tentang penggunaan adhesive epoksi sebagai media perekat pada plat paduan Aluminium 2024-T3. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan geser jenis adhesive resin epoksi sebesar 13,692 MPa, karena adhesive resin epoksi mempunyai kelebihan dari jenis yang lain yaitu ikatan adhesivenya lebih homogen dan sangat kuat.

Resin epoksi juga banyak dipakai untuk pengecoran, pelapisan, dan perlindungan bagian-bagian listrik, campuran cat dan perekat. Resin epoksi, yang telah diawetkan mempunyai sifat daya tahan kimia dan stabilitas dimensi yang baik, sifat listrik yang baik, kuat dan daya lekat pada gelas dan logam yang baik. Resin epoksi digunakan untuk membuat panel sirkuit cetak, tangki, dan cetakan,

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 13

karena resin epoksi tahan aus dan tahan kejut, bahan ini banyak digunakan untuk membuat cetakan tekan untuk pembentukan logam.

2. Chloroprene adhesive

Perekat serbaguna dengan kemampuan cepat merekat dan dalam kondisi permukaan kotor serta mampu tahan suhu -40°C sampai +120°C (Banea 2009) dan mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia, sinar matahari, cuaca.

Tabel 3. Spesifikasi Chloroprene

Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal

Spesific grafity - 1,23

Tensile strength Psi 4000

Viscocity Cps 4000

Flexure modulus Kg/mm2 300

Elongasi % 1,6

Sumber : Justus Semarang, 2011

Adhesive ini digunakan menyambung logam dengan logam atau plastik, sebagai perekat untuk lantai, laminasi kertas, tekstil dan sebagai perekat lainnya (Glen 2009). Chloroprene memiliki kekuatan tarik yang tinggi yaitu 20,7-27,6 MPa. Chloroprene tersusun atom monomer-monomer C4H5CL yang membuat

rantai molekul yang saling berdekatan. 3. Resin polyester adhesive

Resin polyester selain berfungsi sebagai matriks dalam struktur komposit, resin polyester ini sebagai adhesive. Adhesive ini terbentuk dari reaksi antara dipolyalcohol dan asam polibasa (Glen 2009).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 14

Tabel 4. Spesifikasi resin polyester 157 BQTN-EX

Sifat-sifat Satuan Nilai Tipikal

Spesific grafity - 1,215

Barcol hardness - 40

Heat distortion temp C 70

Water absorbtion %

%

0,188 0,466

Tensile strength Kgf/mm2 5,5

Flexure strength Kgf/mm2 9,4

Flexure modulus Kgf/mm2 300

Elongasi % 1,6

Sumber : Justus Semarang, 2011

Keunggulan dari resin polyester adhesive adalah pengerjaan mudah, proses pengerasan/curing cepat tanpa menimbulkan gas, warnanya terang, dimensinya stabil dan memiliki sifat fisis serta tahanan listrik yang baik. Pemberian bahan tambah katalis MEKPO pada resin polyester berfungsi untuk mempercepat proses pengerasan cairan resin polyester/curing pada suhu lebih tinggi. Penambahan katalis dalam jumlah yang banyak akan menimbulkan panas yang berlebih pada proses curing. Hal ini dapat menurunkan kualitas/ merusak produk komposit. Oleh karena itu pemakaian katalis dibatasi maksimal 1% dari volume resin (Justus 2001)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 15

C. Kekasaran Permukaan

Permukaan adalah batas yang memisahkan benda padat dengan sekelilingnya. Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam pemberian adhesive sebagai media penyambung. Proses penyambungan secara lap joint kedua penampang permukaan komposit memerlukan kekasaran. Parameter kekasaran permukaan berguna untuk mengindentifikasi besarnya kekasaran permukaan. Pengukuran kekasaran menggunakan alat pengukur kekasaran (Surface Roughness Tester ).

Daniel (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan komposit dengan mesin freis. Parameter yang digunakan adalah kecepatan potong 46 rpm, 70 rpm, 105 rpm didapatkan tingkat kekasaran permukaan sebesar 5,6 µm, 3,6 µm, 3,2 µm. Naven (2009) membuat kekasaran permukaan dengan mesin CNC untuk material pipa komposit. Putaran mesin yang digunakan 4500 Rpm dengan hasil kekasaran minimum 2,3 µm dan maksimum 4,07 µm.

Syed (2010) melakukan pembuatan kekasaran permukaan dengan mesin bubut untuk pipa komposit bahan serat gelas jenis E-glass dan adhesive yang digunakan epoxy. Variasi kecepatan potong 40 rpm, 60 rpm, 95 rpm, 145 rpm, 225 rpm dengan hasil 3,85 µm, 3,73 µm, 3,40 µm, 3,04 µm, 3,20 µm.

D. Tegangan Geser

Tegangan geser merupakan tegangan yang bekerja sejajar atau menyinggung permukaan. Ketika suatu penampang mendapat dua gaya yang sama besar dan berlawanan arah, dan bekerja secara tangensial pada penampang tersebut, akibatnya benda tersebut cenderung robek melalui penampang tersebut.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 16

P Material komposit Adhesive

P Material komposit

Gambar 2. Ilustrasi pengujian geser

Tegangan geser (Popov 1996) :

A P =

t _{………... (1)}

Dimana :

t _{= Tegangan geser (MPa)}

P = Beban tarik (N)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 17

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

(a) (b)

(c) (d) Gambar 3. Alat yang digunakan penelitian Keterangan :

a) Mesin uji Universal Testing Machine ( UTM ) merk Sans/SHT-1046 b) Timbangan elektronik HR 200 AND

c) Universal Milling Machine model Wannan Machine Tool Works d) Surface Roughness Tester SURFOME 120 A

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 18

2. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f) Gambar 4. Bahan yang digunakan dalam penelitian

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 19

Keterangan :

a) Serat gelas acak sumber dari PT. Justus Kimia Raya Semarang. b) Resin Unsaturated polyester Yucalac® 157 BQTN-EX.

c) Katalis MEKPO (Methyl Ethyl Ketone Perokside)

d) Releaser Mirror Glase Wax/FRP Wax, sumber dari PT. Justus e) Adhesive epoxy,

f) Chloroprene dari PT. Justus Kimia Raya Semarang.

B. Pelaksanaan dan Pengambilan Data Penelitian

a. Pembuatan Spesimen, Pengujian Kekasaran Permukaan, Pengujian Geser di Laboratorium Program Studi Teknik Mesin UNS.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 20

C. Diagram Alir Penelitian

Gambar 5. Diagram alir penelitian Mulai

Serat Gelas Acak Matriks ( UPRs BQTN 157 EX )

Selesai Hasil Akhir

Variabel kekasaran permukaan:(12,54 µm, 8,43 µm, 5,08 µm, 1,36 µm) ( Tebal adhesive 0,25 mm, Adhesive Epoksi)

Pembuatan spesimen,

Tebal Adhesive: (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm) (Kekasaran 12,54 µm, Adhesive Epoksi)

Pembuatan spesimen, Jenis Adhesive: Epoksi, Polyester, Chloroprene (Kekasaran 12,54 µm, Tebal 0,25 mm)

Pengujian Geser, Foto SEM

Hasil Tahap I

Hasil Tahap

Pengujian Geser, Foto SEM

Pengujian Geser, Foto SEM Hasil Tahap II Spesimen Vf = 0,3

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 21

Langkah penelitian

1. Persiapan pembuatan spesimen

Pembuatan spesimen menggunakan fraksi volume 30% (0,3) yaitu perbandingan volume antara serat dan matriks sebesar 30% serat dan 70% matriks. Katalis yang digunakan sebesar 1 % dari berat resin. Spesimen dibuat secara hand lay-up, dimana serat gelas ditempatkan pada dasar cetakan, yang sebelumnya telah dituang campuran resin polyester BQTN 157-EX dan katalis MEKPO. Kemudian di atas serat gelas dituang campuran resin termosetting BQTN 157-EX dan katalis MEKPO sampai semua serat gelas terendam. Cetakan penutup dipasang di atas spesimen dan dibiarkan mengeras pada temperatur ruang selama 2 jam.

2. Pembuatan kekasaran permukaan

Dalam pembuatan sambungan komposit, kedua permukaan komposit dikasarkan dengan proses pemesinan menggunakan mesin milling. Variasi kekasaran permukaan yang didapatkan berdasarkan variabel yaitu putaran spindle/kecepatan potong (55 Rpm, 102 Rpm, 178 Rpm, 310 Rpm) dengan kecepatan makan tetap (24,5 feed per menit) dan sudut pahat potong 15º. Kedalaman pemotongan 0,1 mm dibuat seragam. Setelah didapatkan kekasaran permukaan, dilakukan pengukuran kekasaran permukaan dengan Surface Roughness Tester untuk mendapatkan angka kekasaran (Ra) seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 22

Tabel 5. Angka kekasaran permukaan hasil pengukuran No Putaran Spindle

(Rpm)

Harga Kekasaran (µm)

Angka Kekasaran

Tingkat Kekasaran

1 55 12,54 _{N10 Sangat Kasar}

2 102 8,43 _{N9 - N10 Kasar}

3 178 5,08 _{N8 – N9 Agak Kasar}

4 301 1,36 N7 Agak Halus

(a) (b)

(c) (d) Gambar 6. Kekasaran permukaan

a) 12,54 µm, c) 5,08 µm b) 8,43 µm, d)1,36 µm

3. Pembuatan sambungan komposit

g) h) i)

t

64,5 mm 101,6 mm

Gambar 7. Sambungan tumpang/lap joint ASTM 5868-95

25,4 m

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 23

a. Kekasaran permukaan

Pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95. Dalam pembuatan sambungan komposit dengan variabel kekasaran permukaan sebagai berikut: tebal adhesive 0,25 mm, adhesive yang digunakan epoksi, variasi kekasaran permukaan seperti pada Tabel 5. Untuk menentukan ketebalan sambungan adhesive, diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai tebal ± 0,25 mm (diukur dengan mikrometer). Proses penyambungan dengan cara dipres terlihat Gambar 8. Proses pengeringan selama 24 jam. Setiap variabel berjumlah 5 spesimen seperti Gambar 9. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 8. Proses pres pembuatan sambungan komposit

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 24

b. Tebal adhesive

Dalam pembuatan sambungan komposit mengacu pada ASTM D 5868-95 dengan variasi tebal adhesive. Variabel yang digunakan adalah tebal (0,25 mm, 0,75 mm, 1,25 mm, 1,75 mm), adhesive yang digunakan epoksi serta kekasaran permukaan yang mempunyai kekuatan sambungan paling besar. Adapun cara pembuatan sambungan prinsipnya sama seperti pembuatan sambungan pada kekasaran permukaan. Tebal adhesive diambil secara urut sebesar 0,25 mm dan seterusnya. Untuk menentukan ketebalan adhesive diperlukan alat bantu berupa plat yang mempunyai tebal 0,25 mm sampai 1,75 mm (diukur dengan mikrometer). Setelah dilakukan proses penyambungan, selanjutnya dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam. Spesimen sambungan komposit setelah jadi, dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 10. Sambungan komposit dengan variasi tebal adhesive

c. Jenis adhesive

Jenis adhesive yang digunakan dalam sambungan tumpang/lap joint ini ada 3 yaitu epoxy adhesive, chloroprene adhesive, polyester

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 25

adhesive resin. Ketiga jenis adhesive tersebut dicari jenis adhesive yang mempunyai kekuatan sambungan yang paling kuat atau baik. Dalam pembuatan sambungan jenis adhesive ini menggunakan tebal adhesive 0,25 mm dengan kekasaran permukaan 12,54 µm. Perbandingan pemakaian adhesive epoksi 1 : 1, untuk adhesive resin polyester 100 ml dan 1% katalis, serta chloroprene. Setiap sambungan dikeringkan dalam suhu ruang selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan pengujian geser dengan Universal Testing Machine (UTM) dan foto SEM.

Gambar 11. Sambungan komposit dengan adhesive polyester

D. Pengujian Sambungan Komposit

Pengujian yang dilakukan adalah pengujian geser di Laboratorium Material Teknik Mesin UNS dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM).

1. Beban rata-rata dengan kelajuan : 50 mm/menit 2. Beban maksimum mesin uji tarik : 100 ton

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 26

Gambar 12. Skema pengujian geser sesuai ASTM 5868-95

Gambar 13. Alat bantu menjepit sambungan komposit

Gambar 14. Alat bantu di cekam pada mesin UTM P

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 27

E.Hasil Pengujian Spesimen Sambungan 1. Kekasaran permukaan

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 15. Penampang sobekan variasi kekasaran, tebal 0,25 mm, epoksi (a) 12,54 µm (b) 8, 43 µm (c) 5,08 µm (d) 1,36 µm

1. Tebal adhesive

(a) (b)

(c) (d)w Gambar 16. Penampang sobekan variasi tebal adhesive

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 28

2. Jenis adhesive

(a) (b)

(c)

Gambar 17. Penampang sobekan pada jenis adhesive tebal 0,25 mm (a) Adhesive epoksi (b) Adhesive polyester (c) Chloroprene

F.. Foto SEM

Foto SEM ini digunakan untuk mengetahui tentang ikatan adhesive yang terjadi pada permukaan sambungan komposit.

G. Analisis Data dan Pembahasan

Analisa dilakukan dengan cara memproses data yang diperoleh dari hasil pengujian. Dari data tersebut diperoleh nilai kekuatan sambungan. Pengamatan foto SEM dilakukan untuk mendukung analisis dari sifat mekanis yang diperoleh.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 29

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Kekasaran Permukaan

Tabel 6. Hasil perhitungan terhadap kekasaran

No Kekasaran permukaan (µm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 1.36 4.26

2 5.08 3.49

3 8.43 3.22

4 12.54 2.93

Gambar 18. Hubungan kekasaran dan tegangan yang dihasilkan

(a) (b)

Gambar 19. Kerusakan di area komposit (a) 1,36 µm (b) 12,54 µm 1

2

3 (a) (b)

Keterangan :

1. Kerusakan di komposit

2. Kerusakan di adhesive + polyester 3. Kerusakan di adhesive

Gambar 20. Ilustrasi alur luasan penampang kerusakan (a) Alur pendek (b) Alur lebar

29 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

0 2 4 6 8 10 12 14

Kekasaran (µm)

T e g a n g a n G e se r ( MP a )

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 30

Gambar 21. Foto SEM dengan kekasaran 1,36 µm

Gambar 22. Foto SEM dengan kekasaran 12,54 µm

Semakin kasar permukaan sambungan, semakin tinggi kekuatan gesernya (Gambar 18). Kekuatan geser terendah disebabkan oleh ikatan adhesive epoksi di komposit lemah. Hal ini dibuktikan dengan adanya sebagian serat gelas yang lepas dari komposit. Sementara itu pada permukaan komposit yang lebih kasar memiliki kekuatan ikatan pada permukaan komposit yang kuat sehingga kekuatan gesernya juga lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh permukaan kontak dengan adhesive yang lebih besar pada permukaan yang lebih kasar.menjadikan semakin tinggi pula kekuatan adhesive dalam mengikat komposit. Kekuatan geser yang tinggi juga dibuktikan adanya serat gelas yang terlepas dari komposit cukup banyak (Gambar 19).

Epoksi Matriks

Serat Gelas

Epoksi

Serat gelas Matriks

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 31

Pengujian geser dengan alur yang pendek menyebabkan mengikatnya adhesive ke permukaan komposit rendah, sementara itu dengan luasan alur yang lebar mengikatnya adhesive semakin kuat (Gambar 20). Sifat mengikat antara campuran matrik polyester dengan adhesive epoksi cukup baik sehingga kerusakan terjadi pada komposit.

Konsentrasi tegangan

Komposit

Gambar 23. Konsentrasi tegangan

Kerusakan diawali dari ujung sambungan, sehingga mempengaruhi perubahan bentuk dan akan terjadi konsentrasi tegangan (Gambar 23). Dalam pengujian sambungan komposit alat bantu tidak mampu menjamin terjadinya geser murni, mengakibatkan terjadinya geser desak pada spesimen uji geser. Kemungkinan kerusakan spesimen akan terjadi pada 3 area yaitu komposit, campuran+adhesive, adhesive.Gaya desak arah taransversal akan mengakibatkan gaya desak luaran lateral. Bagian spesimen dari 3 area tersebut diatas akan menyebabkan kerusakan akibat gaya desak. Kerusakan spesimen terjadi pada area komposit.

Gambar 21. memperlihatkan kerusakan yang terjadi di daerah komposit, hal ini menunjukkan bahwa campuran antara polyester dan adhesive mempunyai ikatan yang cukup baik. Spesimen sambungan komposit terjadi perubahan bentuk, dimana serat gelas yang lepas dari komposit dari matriks polyester tidak terlalu banyak. Komposit dengan alur kasar adhesive epoksi mengikat di permukaan sambungan akan kuat. Permukaan komposit yang kasar ternyata kerusakan juga terjadi pada kompositnya, hal ini disebabkan komposit serat gelas dengan matriks polyester lebih lemah dibandingkan dengan adhesive epoksi (Gambar 23).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 32

B. Tebal Adhesive

Tabel 7. Hasil perhitungan terhadap tebal adhesive No Tebal adhesive (mm) Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 0.25 4.26

2 0.5 3.49

3 1.25 3.22

4 1.75 2.93

Gambar 24. Hubungan antara tebal adhesive dengan tegangan geser

Gambar 25. Kerusakan di area komposit

Gambar 26. Foto SEM dengan tebal 0,25 mm 0 1 2 3 4 5 6

0 0.5 1 1.5 2

Tebal Adhesive mm

T eg a n g a n G es e r (M P Epoksi Matriks Serat Gelas

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 33

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal 1,75 mm

Gambar 24. menunjukkan semakin tebal adhesive, kekuatan gesernya semakin turun. Hal ini disebabkan mengikatnya adhesive di permukaan komposit tidak kuat. Gaya geser yang terjadi pada adhesive akan menyebabkan tegangan geser, gaya

geser yang diberikan akan menyebabkan regangan geser (γ) yaitu adanya perubahan atau pergeseran adhesive. Perubahan atau pergeseran akibat tebal adhesive berbeda, maka regangan geser akan dipengaruhi oleh tebal tipisnya adhesive pada daerah komposit. Regangan geser akan semakin kecil jika tebal bertambah, sehingga tegangan geser yang bekerja menjadi turun.

Hal ini menunjukkan kekuatan komposit serat gelas dengan matriks polyester lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan adhesive epoksi, sehingga kerusakan di 3 area terjadi pada komposit (Gambar 25).

Tebal adhesive 0,25 mm memiliki kekuatan geser paling tinggi, tetapi kerusakan terjadi pada kompositnya (Gambar 26). Tebal adhesive 1,75 mm terjadi kerusakan di komposit, hal ini disebabkan permukaan sambungan komposit memiliki kekuatan yang lebih rendah/lemah dibandingkan dengan adhesive yang digunakan,

Epoksi Serat Gelas

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 34

hal ini terlihat kemampuan mengikat adhesive di komposit kurang sehingg serat gelas terlepas dari kompositnya (Gambar 27).

C. Jenis Adhesive

Tabel 8. Hasil perhitungan jenis adhesive

No Jenis adhesive Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 Epoksi 4.48

2 Polyester 2.86

3 Chloroprene 0.15

Hubungan antara Variasi Adhesive dengan Tegangan Geser

0 1 2 3 4 5 6

Epoksi Polyester Chloroprene Variasi Adhesive T e g a n g a n G e s e r ( M p a )

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan yang dihasilkan

(a) (b) Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 35

Gambar 30. Foto SEM pada adhesive polyester

Gambar 31. Foto SEM pada adhesive chloroprene

Gambar 28. memperlihatkan sambungan komposit dengan adhesive epoksi memiliki kekuatan geser tertinggi diantara dibandingkan adhesive lain (polyester dan chloroprene. Adhesive epoksi memiliki kekuatan ikatan yang tinggi dengan polyester, karena epoksi dan polyester mempunyai kemiripan unsur kimia yang

sama, seperti C, H dan O. Hal yang sama juga terjadi pada adhesive polyester mempunyai kekuatan geser lebih tinggi dibandingkan dengan lem kuning. Hal ini

disebabkan adhesive polyester mempunyai sifat mengikat kuat dengan komposit yang terbuat dari matrik polyester. Sambungan dengan adhesive polyester saat pengujian pada 3 area tersebut, terjadi kerusakan di komposit dengan adhesive Adhesive polyester

Lem Kuning Serat gelas

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 36

polyester. Namun kekuatan ikatan adhesive chloroprene terhadap polyester jauh lebih rendah, karena unsur-unsur yang terkandung didalalm chloroprene sangat berbeda dengan unsur-unsur yang ada pada polyester (Gambar 29). (Gambar 30). memperlihatkan adhesive polyester dengan matriks polyester terjadi suatu ikatan yang kuat yang ditunjukkan dengan adanya serat gelas yang terlepas dari kompositnya. (Gambar 31). memperlihatkan lem kuning hanya menempel di permukaan komposit, sehingga kerusakan terjadi pada adhesive dan alur pada komposit tampak tanpa adanya lem kuning tersisa.

D. Pembahasan Proses Pengujian

1. Sebelum pengujian, dilakukan mengukur dimensi spesimen sesuai dengan ASTM 5868-95. Hasil pengukuran spesimen sambungan mayoritas tepat ukurannnya sesuai dengan ASTM 5868-95, namun ada ukuran yang lebih atau kurang dengan selisih 0,01 mm. Kemudian dilakukan penjepitan di alat bantu.

2. Proses pengujian, tahap awal pembebanan sampai batas tertentu spesimen akan mengalami pergeseran, jika pada saat itu spesimen dilepas dari tegangan tanpa meninggalkan bentuk. Regangan tetap hanya boleh sampai 0,01%. Jika beban dinaikkan akan perubahan bentuk atau deformasi elastis. Pembebanan terus dinaikkan, maka tegangan akan mencapai titik puncak sehingga spesimen akan sobek. Hal ini akan terlihat bahwa spesimen menahan beban geser maksimum sebesar kN dalam bentuk grafik serta angka pembebanan pada komputer. Hasil beban geser maksimum (P kN) dalam bentuk grafik serta didapatkan data rata-rata setiap spesimen yang mempunyai beban yang tertinggi. Hasil pembebanan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 37

digunakan untuk menghitung tegangan geser dengan beban dibagi luas penampang area geser. Tegangan geser hasil perhitungan akan didapatkan nilai tegangan geser yang optimum.

3. Hasil pengujian didapat bahwa ukuran spesimen sambungan yang berbeda, mempengaruhi besarnya beban yang diterima oleh komposit. Begitu juga alat bantu yang digunakan perlu adanya perbaikan untuk penelitian lebih lanjut (Gambar 32).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 38

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa :

1. Kekasaran suatu permukaan sangat berpengaruh terhadap kekuatan sambungan, tetapi kerusakan sambungan banyak terjadi pada kompositnya. 2. Ketebalan adhesive mempunyai pengaruh terhadap kekuatan sambungan,

tetapi kerusakan sambungan juga terjadi pada komposit.

3. Sifat mampu ikat terjadi pada epoksi dan polyéster, sedangkan chloroprene tidak mengikat hanya menempel dipermukaan komposit.

4. Hasil foto SEM untuk mengetahui perbedaan kegagalan ikatan adhesive pada komposit.

B. SARAN

Untuk lebih mengembangkan di bidang sambungan komposit, maka penulis memberikan saran :

1. Penelitian lanjutan tentang beberapa jenis sambungan, material yang digunakan, dan jenis adhesive yang lain.

2. Penggunaan alat bantu harus diperhatikan, hal ini sangat berguna apabila untuk menguji tebal adhesive yang tipis.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

Gambar 27. Foto SEM dengan tebal 1,75 mm

Gambar 24. menunjukkan semakin tebal adhesive, kekuatan gesernya semakin turun. Hal ini disebabkan mengikatnya adhesive di permukaan komposit tidak kuat. Gaya geser yang terjadi pada adhesive akan menyebabkan tegangan geser, gaya

geser yang diberikan akan menyebabkan regangan geser (γ) yaitu adanya perubahan atau pergeseran adhesive. Perubahan atau pergeseran akibat tebal adhesive berbeda, maka regangan geser akan dipengaruhi oleh tebal tipisnya adhesive pada daerah komposit. Regangan geser akan semakin kecil jika tebal bertambah, sehingga tegangan geser yang bekerja menjadi turun.

Hal ini menunjukkan kekuatan komposit serat gelas dengan matriks polyester

lebih rendah dibandingkan dengan kekuatan adhesive epoksi, sehingga kerusakan di 3 area terjadi pada komposit (Gambar 25).

Tebal adhesive 0,25 mm memiliki kekuatan geser paling tinggi, tetapi kerusakan terjadi pada kompositnya (Gambar 26). Tebal adhesive 1,75 mm terjadi kerusakan di komposit, hal ini disebabkan permukaan sambungan komposit memiliki kekuatan yang lebih rendah/lemah dibandingkan dengan adhesive yang digunakan,

Epoksi Serat Gelas

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id gelas terlepas dari kompositnya (Gambar 27).

C. Jenis Adhesive

Tabel 8. Hasil perhitungan jenis adhesive

No Jenis adhesive Tegangan geser yang dihasilkan (MPa)

1 Epoksi 4.48

2 Polyester 2.86

3 Chloroprene 0.15

Hubungan antara Variasi Adhesive

dengan Tegangan Geser

0 1 2 3 4 5 6

Epoksi Polyester Chloroprene

Variasi Adhesive

T e g a n g a n G e s e r ( M p a )

Gambar 28. Histogram jenis adhesive terhadap tegangan yang dihasilkan

(a) (b) Gambar 29. Kerusakan di area (a) komposit (b) adhesive

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

Gambar 30. Foto SEM pada adhesivepolyester

Gambar 31. Foto SEM pada adhesivechloroprene

Gambar 28. memperlihatkan sambungan komposit dengan adhesive epoksi memiliki kekuatan geser tertinggi diantara dibandingkan adhesive lain (polyester dan

chloroprene. Adhesive epoksi memiliki kekuatan ikatan yang tinggi dengan

polyester, karena epoksi dan polyester mempunyai kemiripan unsur kimia yang

sama, seperti C, H dan O. Hal yang sama juga terjadi pada adhesive polyester mempunyai kekuatan geser lebih tinggi dibandingkan dengan lem kuning. Hal ini

disebabkan adhesive polyester mempunyai sifat mengikat kuat dengan komposit yang terbuat dari matrik polyester. Sambungan dengan adhesive polyester saat pengujian pada 3 area tersebut, terjadi kerusakan di komposit dengan adhesive Adhesive polyester

Lem Kuning Serat gelas

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id lebih rendah, karena unsur-unsur yang terkandung didalalm chloroprene sangat berbeda dengan unsur-unsur yang ada pada polyester (Gambar 29). (Gambar 30). memperlihatkan adhesive polyester dengan matriks polyester terjadi suatu ikatan yang kuat yang ditunjukkan dengan adanya serat gelas yang terlepas dari kompositnya. (Gambar 31). memperlihatkan lem kuning hanya menempel di permukaan komposit, sehingga kerusakan terjadi pada adhesive dan alur pada komposit tampak tanpa adanya lem kuning tersisa.

D. Pembahasan Proses Pengujian

1. Sebelum pengujian, dilakukan mengukur dimensi spesimen sesuai dengan ASTM 5868-95. Hasil pengukuran spesimen sambungan mayoritas tepat ukurannnya sesuai dengan ASTM 5868-95, namun ada ukuran yang lebih atau kurang dengan selisih 0,01 mm. Kemudian dilakukan penjepitan di alat bantu.

2. Proses pengujian, tahap awal pembebanan sampai batas tertentu spesimen akan mengalami pergeseran, jika pada saat itu spesimen dilepas dari tegangan tanpa meninggalkan bentuk. Regangan tetap hanya boleh sampai 0,01%. Jika beban dinaikkan akan perubahan bentuk atau deformasi elastis. Pembebanan terus dinaikkan, maka tegangan akan mencapai titik puncak sehingga spesimen akan sobek. Hal ini akan terlihat bahwa spesimen menahan beban geser maksimum sebesar kN dalam bentuk grafik serta angka pembebanan pada komputer. Hasil beban geser maksimum (P kN) dalam bentuk grafik serta didapatkan data rata-rata setiap spesimen yang mempunyai beban yang tertinggi. Hasil pembebanan

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id digunakan untuk menghitung tegangan geser dengan beban dibagi luas penampang area geser. Tegangan geser hasil perhitungan akan didapatkan nilai tegangan geser yang optimum.

3. Hasil pengujian didapat bahwa ukuran spesimen sambungan yang berbeda, mempengaruhi besarnya beban yang diterima oleh komposit. Begitu juga alat bantu yang digunakan perlu adanya perbaikan untuk penelitian lebih lanjut (Gambar 32).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa :

1. Kekasaran suatu permukaan sangat berpengaruh terhadap kekuatan sambungan, tetapi kerusakan sambungan banyak terjadi pada kompositnya. 2. Ketebalan adhesive mempunyai pengaruh terhadap kekuatan sambungan,

tetapi kerusakan sambungan juga terjadi pada komposit.

3. Sifat mampu ikat terjadi pada epoksi dan polyéster, sedangkan chloroprene

tidak mengikat hanya menempel dipermukaan komposit.

4. Hasil foto SEM untuk mengetahui perbedaan kegagalan ikatan adhesive pada komposit.

B. SARAN

Untuk lebih mengembangkan di bidang sambungan komposit, maka penulis memberikan saran :

1. Penelitian lanjutan tentang beberapa jenis sambungan, material yang digunakan, dan jenis adhesive yang lain.

2. Penggunaan alat bantu harus diperhatikan, hal ini sangat berguna apabila untuk menguji tebal adhesive yang tipis.