PENGARUH PERLAKUAN KIMIA PADA SERAT WIDURI (Calotropis gigantea) TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT TUGAS AKHIR - Pengaruh perlakuan kimia pada serat widuri (Calotropis gigantea) terhadap sifat mekanis komposit = the effects of chemical treatment on widuri (

  

PENGARUH PERLAKUAN KIMIA

PADA SERAT WIDURI (Calotropis gigantea)

TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  Disusun Oleh :

  

ANDRY BUDHI SANTOSO

025214070

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

THE EFFECTS OF CHEMICAL TREATMENT

ON WIDURI (Calotropis gigantea) FIBER TO MECHANICAL PROPERTIES OF COMPOSITE FINAL PROJECT Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering

  By :

ANDRY BUDHI SANTOSO 025214070 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

  Kupersembahkan untuk : Allah swt Papah dan Mamah badelan ku Kakak-kakak ’ i

You

_... so much

KATA PENGANTAR

  Assalamu’alaikum Wr.Wb

  Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pengaruh Perlakuan Kimia Serat Widuri (Calotropis gigantea) Terhadap Sifat Mekanis Komposit”dengan baik.

  Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan pendidikan Strata-1 di Universitas Sanata Dharma. Penulis mengucapkan terima kasih kepada beberapa pihak atas bantuan, bimbingan dan nasihat yang diberikan. Ucapan terima kasih penulis ditujukan kepada :

  1. Romo Ir. Greg Heliarko, SJ., SS.,B.ST., MA., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

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

  3. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

  4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing atas segala bimbingan, kepercayaan, saran, kesabaran, dan kritik selama penyusunan Tugas Akhir ini..

  5. Bapak Ir. FX Agus Unggul Santosa, Kepala Laboratorium Bahan dan Manufaktur Universitas Sanata Dharma.

  6. Seluruh dosen Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma untuk segala ilmu, pengetahuan, pengalaman, dan bantuan untuk memajukan kami.

  7. Orang tuaku, Bapak Badelan dan Ibu Dewi Sudjinah atas doa, semangat, kasih sayang, dan semua yang telah diberikan.

  8. Kakakku Rosalia dan Media, adikku Alma dan Salju, terima kasih telah membuatku selalu tersenyum.

  9. Bapak Martono, Laboran Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.

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

  11. Teman-teman seperjuangan Tugas Akhir : Lambang, Bob, Budi, Agiet, Beni, Lukaz, Doni, Diah, dan Angga atas kerjasamanya.

  12. Sahabat-sahabat penulis : Adi, Bagas, Fasha, Anton, Danang, Natalia, Marko, Mas Pen, dan semua teman yang telah memberi dukungan selama penyusunan Tugas Akhir ini.

  Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan guna penyempurnaan Tugas Akhir ini.

  Wassalamu’alaikum Wr.Wb

  Yogyakarta, 1 Oktober 2007 Penulis

  

DAFTAR ISI

  2.2 Klasifikasi Komposit .................................................................... 8

  2.4.1 Jenis Serat ..................................................................... 16

  2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan FRP ..................... 16

  2.3.4 Larutan Kimia ............................................................... 14

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

  2.3.2 Serat .............................................................................. 13

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

  2.3 Komponen Bahan Komposit ........................................................ 11

  2.1 Pengertian Komposit .................................................................... 6

  HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i TITLE ...................................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................. iv HALAMAN PERSEMBAHAN .............................................................................. v PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................................... vi KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii DAFTAR ISI ............................................................................................................ ix DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii

  BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 6

  1.4 Sistematika Pembahasan .............................................................. 5

  1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 4

  1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................... 4

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

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

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

  2.4.2 Orientasi Serat ............................................................... 17

  2.4.3 Komposisi dan Bentuk Serat ......................................... 17

  2.4.4 Faktor Matrik ................................................................ 18

  2.4.5 Fase Ikatan .................................................................... 19

  2.5 Fraksi Volume .............................................................................. 19

  2.6 Pengujian Komposit ..................................................................... 20

  2.6.1 Pengujian Tarik ............................................................. 20

  2.6.2 Pengujian Impak ............................................................ 21

  2.6.3 Foto Makro .................................................................... 22

  2.6.4 Foto Mikro .................................................................... 23

  2.7 Bentuk-bentuk Patahan ................................................................ 23

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................ 25

  3.1 Penyusun Bahan Komposit .......................................................... 25

  3.2 Persiapan Benda Uji ..................................................................... 26

  3.2.1 Alat dan Bahan .............................................................. 26

  3.2.2 Pembuatan Serat Widuri ............................................... 29

  3.2.3 Perlakuan Serat Widuri ................................................. 32

  3.3 Pembuatan Cetakan ...................................................................... 36

  3.3.1 Cetakan Uji Tarik .......................................................... 36

  3.3.2 Cetakan Uji Impak ........................................................ 37

  3.4 Pembuatan Komposit ................................................................... 37

  3.4.1 Pencetakan Benda Uji Matrik Untuk Pengujian Tarik .. 38

  3.4.2 Pencetakan Benda Uji Matrik Untuk Pengujian Impak 39

  3.4.3 Benda Uji Komposit........................................................ 40

  3.4.4 Pencetakan Komposit Untuk Pengujian Tarik ................ 41

  3.4.5 Pencetakan Komposit Untuk Pengujian Impak .............. 43

  3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji .................................................... 44

  3.5.1 Benda Uji Matrik Untuk Pengujian Tarik ..................... 44

  3.5.2 Benda Uji Komposit Untuk Pengujian Tarik .................. 45

  3.5.3 Benda Uji Matrik dan Komposit Untuk Pengujian Impak 46

  3.6 Metode Pengujian ........................................................................ 47

  3.6.1 Metode Pengujian Tarik ................................................ 47

  3.6.2 Metode Pengujian Impak .............................................. 48

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 50

  4.1 Hasil Pengujian Tarik ................................................................... 50

  4.2 Hasil Pengujian Impak ................................................................. 53

  4.3 Pengamatan Bentuk Patahan ........................................................ 56

  4.4 Pengamatan Struktur Mikro ........................................................ 58

  4.5 Kerusakan Pada Komposit ........................................................... 62

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 64

  5.1 Kesimpulan .................................................................................. 64

  5.2 Saran ............................................................................................. 65 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 66 LAMPIRAN ............................................................................................................ 67

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata Komposit ................... 51Tabel 4.2. Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata Komposit Tanpa NaCl 51Tabel 4.3. Tenaga Patah dan Keuletan Rata-Rata Komposit ........................ 54Tabel 4.4. Tenaga Patah dan Keuletan Rata-Rata Komposit tanpa NaCl ...... 54

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya . 3Gambar 2.1. Unsur Pembentuk Komposit Serat ............................................... 6Gambar 2.2. Diagram Klasifikasi Komposit Serat ............................................ 10Gambar 2.3. Bentuk Reinforcing Agent ............................................................ 12Gambar 2.4. Perbandingan permukaan serat akibat Alkali Treatment .............. 16Gambar 2.5. Jenis-jenis Orientasi Serat .............................................................. 17Gambar 2.6. Prinsip Pengujian Impak .............................................................. 21Gambar 2.7. Bentuk Patahan Liat ..................................................................... 23Gambar 2.8. Bentuk Patahan Getas .................................................................... 24Gambar 2.9. Bentuk Patahan Campuran ............................................................. 24Gambar 3.1. Skema Jalan Penelitian ................................................................. 25Gambar 3.2. Resin dan Hardener Epoxy ........................................................... 27Gambar 3.3. Tumbuhan Widuri ........................................................................ 28Gambar 3.4. Release Agent ( MAA ) ................................................................ 29Gambar 3.5. Buah Widuri Yang Masih Dipohon .............................................. 29Gambar 3.6. Pemisahan Serat Dari Bijinya ........................................................ 30Gambar 3.7. Serat Widuri Yang Dipisahkan Dari Tongkolnya ........................ 30Gambar 3.8. Serat Basah Yang Sudah Dibersihkan .......................................... 31Gambar 3.9. Serat Widuri Yang Telah Dikeringkan ......................................... 31Gambar 3.10. Akuarium Untuk Perendaman Serat ............................................. 34Gambar 3.11. Proses Perendaman Serat ............................................................. 35Gambar 3.12. Perbandingan Serat Sebelum dan Setelah Perendaman ............... 36Gambar 3.13. Skema Cetakan Uji Tarik ............................................................. 37Gambar 3.14. Skema Cetakan Uji Impak ............................................................ 37Gambar 3.15. Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik ..................................... 39Gambar 3.16. Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak Matrik .................................... 40Gambar 3.17. Dimensi Benda Uji Tarik Matrik ................................................... 44Gambar 3.18. Benda Uji Tarik Matrik ................................................................ 45Gambar 3.19. Dimensi Benda Uji Tarik Komposit ............................................. 45Gambar 3.20. Benda Uji Tarik Komposit ........................................................... 46Gambar 3.21 Dimensi Benda Uji Impak ............................................................ 46Gambar 3.22 Benda Uji Matrik Epoxy ............................................................... 47Gambar 3.23 Mesin Uji Tarik ............................................................................ 48Gambar 3.24. Mesin Uji Impak Charpy .............................................................. 49Gambar 4.1. Grafik Kekuatan Tarik Rata-Rata Komposit ................................ 52Gambar 4.2. Grafik Regangan Rata-Rata Komposit ......................................... 53Gambar 4.3. Grafik Tenaga Patah Rata-Rata Komposit ................................... 55Gambar 4.4. Grafik Keuletan Rata-Rata Komposit .......................................... 56Gambar 4.5. Foto Makro Patahan Matrik Uji Impak Epoxy ............................. 56Gambar 4.6. Patahan Komposit Tanpa Perendaman ......................................... 57Gambar 4.7. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 2,5 % .... 58Gambar 4.8. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 5 % ....... 58Gambar 4.9. Patahan Komposit Perendaman Serat (NaOH + NaCl) 7,5 % .... 58Gambar 4.10. Foto Struktur Mikro Komposit Tanpa Perendaman Serat ........... 59Gambar 4.11. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH+NaCl) 2,5% 59Gambar 4.12. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH+NaCl) 5%... 60Gambar 4.13. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman (NaOH+NaCl) 7,5% 60Gambar 4.14. Foto Mikro Kawat Tembaga ........................................................ 61

  INTISARI

  Penelitian ini menyelidiki pengaruh perlakuan kimia serat terhadap sifat mekanis komposit yang berpenguat serat widuri (Calotropis gigantea) menggunakan orientasi serat acak (isotropic). Bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy merk DYNASTI. Perlakuan kimia pada serat dilakukan dengan merendam serat widuri selama 3 jam dalam larutan NaOH (Sodium Hydroxida) dan diteruskan dengan merendam di dalam NaCl (Natrium Hydroxida) yang telah dilarutkan dalam aquades. Variasi konsentrasi yang digunakan adalah 2,5% NaOH dan 2,5% NaCl, 5% NaOH dan 5% NaCl, 7,5% NaOH dan 7,5% NaCl.

  Proses pembuatan komposit ini menggunakan media kaca sebagai cetakan. Cetakan uji tarik dan uji impak dibuat dengan ukuran 250 x 200 x 4 mm dan 150 x 60 x 10 mm. Hasil komposit yang diperoleh selanjutnya dibuat benda uji standar pengujian ASTM A370 untuk uji impak dan uji tarik komposit serta ASTM D 638-1 untuk uji tarik matrik pengikat. Untuk mengetahui sifat mekanis komposit, maka dilakukan berbagai jenis pengujian. Pengujian yang dilakukan yaitu pengujian tarik, pengujian impak, pengamatan struktur makro dan pengamatan struktur mikro.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa perendaman NaOH dan NaCl pada serat tidak menunjukkan perubahan yang signifikan terhadap sifat mekanis komposit. Komposit tanpa perendaman serat NaOH dan NaCl mempunyai harga kekuatan tarik tertinggi diatas konsentrasi yang lain, yaitu 16,6 MPa. Nilai energi patah dan keuletan yang paling besar ada pada komposit dengan perendaman 2,5% NaOH dan NaCl. Jenis patahan yang terjadi adalah patah getas dan campuran.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Dalam kehidupan sehari-hari, manusia selalu melakukan aktifitas guna memenuhi kebutuhannya. Untuk menunjang aktifitasnya tersebut, tak jarang manusia memerlukan alat bantu. Alat bantu tersebut sangat bermacam- macam bila dilihat bahan bakunya, baik yang berbahan dasar logam maupun non logam.

  Dimungkinkan juga menggabungkan kedua bahan dasar tersebut guna mendapatkan suatu alat yang sesuai dengan kebutuhan.

  Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, manusia berusaha untuk menemukan bahan-bahan yang lebih baik. Sesuai kondisi saat ini, bahan-bahan yang dianggap cukup baik adalah bahan- bahan yang memenuhi beberapa kriteria berikut di bawah ini :

  1. Kuat.

  2. Ringan.

  3. Ramah lingkungan.

  4. Murah. Komposit dianggap dapat memenuhi beberapa kriteria tersebut, sehingga dewasa ini penelitian dan pemanfaatan bahan-bahan komposit berkembang pesat.

  Begitu pula yang terjadi dalam dunia teknik, dewasa ini bahan- bahan komposit bahan dengan sifat yang merupakan gabungan dari komponen penyusunnya. Bahan- bahan logam sering digunakan dalam dunia teknik. Akan tetapi dengan semakin berkembangnya pengetahuan dan penelitian tentang bahan- bahan komposit, penggunaan bahan-bahan komposit dalam beberapa hal terbukti lebih efektif dibandingkan dengan bahan logam. Beberapa keunggulan komposit bila dibandingkan dengan bahan logam antara lain adalah (Jones, R.M, 1975)

  1. Dapat dirancang dengan kekuatan dan kekakuan tinggi, sehingga dapat memberikan kekuatan dan kekakuan spesifik yang melebihi sifat logam.

  2. Sifat-sifat kekakuan dan kekerasan yang baik.

  3. Dapat dirancang sedemikian rupa sehingga terhindar dari korosi.

  4. Memiliki daya redam terhadap getaran dan bunyi yang baik.

  5. Bahan komposit dapat memberikan penampilan dan kehalusan permukaan lebih baik.

  Dari sekian macam jenis komposit, salah satunya yang sering dimanfaatkan adalah komposit serat. Komposit serat merupakan perpaduan antara matriks dan serat sebagai penguatnya. Pada umumnya, serat yang digunakan mempunyai kekuatan tarik yang lebih besar dari pada matrik.. Setelah kedua komponen tersebut dipadukan, diharapkan akan terbentuk komposit dengan harga kekuatan, harga kekakuan, serta karakteristik yang terletak diantara karakteristik serat dan karakteristik matrik yang penyusunnya. Hal tersebut dapat dilihat pada

Gambar 1.1 berikut ini:

  σ Fiber Composit Matriks ε

Gambar 1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen Penyusunnya (Sumber : Jones, R.M, 1975)

  Pada komposit berpenguat serat dapat kita jumpai berbagai jenis bahan serat yang digunakan, yang secara garis besar dapat dikelompokan menjadi dua yaitu serat sintetik dan serat organik atau serat alam. Serat sintetik atau buatan dapat berupa : serat gelas, aramid, carbon, grafite, kevlar, dan ceramic.

  Sedangkan serat alam berupa : katun, kapas, rami, sutra, serabut kelapa, serabut kelapa sawit, serat nanas, serat enceng gondok, dan sebagainya.

  Hampir semua serat yang dipakai sebagai bahan dasar pembuatan komposit serat alam dapat ditemukan di Indonesia. Salah satunya adalah serat widuri yang biasanya terdapat di pesisir pantai. Namun demikian pemanfaatannya masih sangat terbatas dan belum memberikan nilai ekonomis yang berarti bagi masyarakat, padahal didalamnya tersimpan potensi yang sangat besar salah satunya sebagai bahan komposit. Penelitian pada komposit berpenguat serat widuri, serat diambil pada bagian buah widuri untuk mengetahui sifat – sifat mekanik komposit. Keunggulan barang yang dihasilkan dari serat alam tersebut antara lain tahan terhadap korosi, ringan, pewarnaan dan tekstur dapat dimodifikasi serta lebih kedap suara bila dibandingkan material dari semen.

  1.2 Tujuan Penelitian

  Dalam hal ini penulis mengadakan penelitian tentang komposit serat widuri yang bertujuan untuk mengetahui :

  1. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan perendaman NaOH dan NaCl terhadap kekuatan tarik serat dan regangan pada pengujian tarik komposit

  2. Pengaruh perlakuan kimia terhadap serat widuri dengan perendaman NaOH dan NaCl terhadap ketahanan patah dan keuletan pada pengujian impak komposit.

  3. Mengetahui struktur makro yang digunakan sebagai analisa patahan dan mengetahui struktur mikro pada resin Epoxy dan komposit dengan atau tanpa perendaman NaOH dan NaCl pada serat widuri.

  1.3 Batasan Masalah

  Karena begitu banyak hal yang dapat diteliti serta hal yang dapat mempengaruhi karakteristik dari komposit serat widuri, maka penulis mempunyai batasan penelitian pada hal- hal sebagai berikut :

  1. Pengujian yang dilakukan pada komposit adalah pengujian tarik dan pengujian impak.

  2. Sebagai bahan penguat komposit, digunakan serat widuri (Calotropis gigantea ), yang disusun secara isotropik.

  3. Matrik sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin epoxy dengan merk DYNASTY.

  4. Pada penelitian ini dilakukan perlakukan kimia serat dengan perendaman NaOH dan NaCl ( 2,5% ; 5% ; 7,5% ). Perendaman NaOH dilakukan selama 3 jam, kemudian dilanjutkan dengan perendaman NaCl selama 2 jam. Pada perendaman NaCl dilakukan dalam oven dengan suhu 70

  C.

  5. Fraksi volume serat 10%.

1.4 Sistematika Pembahasan

  Pada bab selanjutnya, BAB II akan diuraikan akan diuraikan tentang pengertian komposit dan jenis–jenis komposit, khususnya komposit serat, bahan penguat dan matrik pengikat. Proses pembuatan benda uji, pengujian mekanik yang dilakukan pada benda uji akan diuraikan pada BAB III. Sedangkan pada BAB IV berisi tentang data dari hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis, dan pada BAB V berisikan kesimpulan dan saran-saran oleh penulis agar apabila dilakukan penelitian-penelitian yang sejenis akan dicapai hasil yang lebih akurat.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Pengertian Komposit

  Definisi dari komposit adalah gabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut dengan matrik yang memiliki fungsi sebagai pengikat dan fase yang kedua disebut dengan reinforcement yang memiliki fungsi untuk memperkuat bahan komposit secara keseluruhan. Unsur utama penyusun komposit adalah serat, serat merupakan penentu karakteristik komposit seperti kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanis yang lain. Serat berfungsi untuk menahan sebagian besar gaya-gaya yang bekerja pada komposit dan matrik berfungsi untuk melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik. Karena karakteristik pembentuknya berbeda, maka akan dihasilkan material baru yaitu komposit yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Gambar 2.1 menunjukkan unsur-unsur pembentuk komposit serat.

Gambar 2.1 Unsur Pembentuk Komposit Serat

  (Sumber : Hadi , B.K., 2000) Komposit serat dapat diklasifikasikan kedalam berbagai jenis tergantung kemampuan komposit dalam menahan gaya-gaya yang bekerja. Komposit serat kontinyu memiliki kekuatan yang sangat kuat dan liat dibandingkan dengan serat tidak kontinyu. Selain bahan serat komposit juga tidak terlepas dari bahan matrik. Hal ini dapat dimengerti karena sekumpulan serat tanpa matrik tidak dapat menahan gaya dalam arah tekan dan transversal. Matrik juga berguna untuk meneruskan gaya dari satu serat keserat lainnya dengan menggunakan mekanisme tegangan geser. Secara garis besar komposit serat dibagi menjadi dua yaitu serat kontinyu (continous) dan serat tidak kontinyu (discontinous).

  Pada bahan komposit, unsur pembentuk komposit serat dicampur secara makroskopis, yaitu bisa dibedakan atau dilihat dan bisa dipisahkan lagi secara fisis maupun mekanis. Berbeda dengan paduan atau alloy yang penggabungan unsur-unsurnya dilakukan secara mikroskopis, yaitu tidak bisa dibedakan atau dilihat dan pemisahan bahan sulit dilakukan. Pada komposit sifat-sifat unsur pembentuknya masih terlihat jelas, sedangkan pada paduan sudah tidak lagi tampak nyata.

  Banyak sekali kelebihan dan keunggulan yang diperoleh dari komposit. Keunggulan komposit diantaranya : 1. Rapatannya rendah (ringan).

  2. Daya hantar thermal dan listrik dapat diatur.

  3. Daya redam bunyi yang baik.

  4. Sifat produk dapat diatur dulu sesuai terapannya.

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

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

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

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

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

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

  2. Proses pembuatan dan pembentukan komposit relatif lama dan mahal.

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

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

2.2 Klasifikasi Komposit

  Secara umum komposit dapat dikelompokkan kedalam tiga jenis (Jones, R.M, 1975) yaitu : 1.

   Fibrous composites

  Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa serat organic atau serat sintetik) yang memiliki bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polymer, logam maupun keramik. Agar dapat membentuk produk yang efektif dan baik maka komponen penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriknya selain itu juga harus ada ikatan permukaan antara komponen penguat dan matrik. (Van Vlack, L.H., 1985).

2. Laminated composites

  Komposit ini terdiri dari dua atau lebih material yang disusun berlapis-lapis. Pelapisan ini bertujuan untuk mendapatkan sifat- sifat yang baru seperti kekuatan, kekakuan, ketahanan korosi, sifat thermal juga untuk penampilan yang atraktif.

  3. Particulated composites Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada

  dalam matrik. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu jenis material dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan metal atau dari bahan non-metal. Ada dua jenis

  particulated composites , yaitu :

  1. Partikel komposit organik 2. Partikel komposit non organik.

  Secara garis besar, komposit serat terbagi menjadi dua macam, yaitu

  

continuous fiber dan discontinuous fiber. Klasifikasi komposit serat dapat dilihat

pada Gambar 2.2.

  Komposit serat Serat satu lapis Serat multi lapis Laminat Hibrid Serat kontinu Serat tidak kontinu

  Serat satu arah Serat dua arah Arah acak Arah teratur

Gambar 2.2 Diagram Klasifikasi Komposit Serat

  (Sumber : Hadi B.K, 2000) Sedangkan untuk komposit menurut jenis matrik yang digunakan dapat dibedakan menjadi :

  1. Komposit Matrik Logam (Metal Matriks Composite) Pada komposit ini matriks yang digunakan adalah logam sedangkan bahan penguatnya dapat berupa partikel keramik atau fiber yang dapat terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron. Cermet merupakan salah satu tipe paling umum dari komposit matrik logam. Cermet merupakan suatu bahan komposit matrik logam dengan reinforcing agent berupa keramik.

  2. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matriks Composite) Keramik memiliki sifat-sifat yang cukup menarik seperti : kekakuan, kekerasan dan kekuatan tekan yang tinggi serta kerapatan yang rendah.

  (toughness) dan tegangan tarik rendah. Pembuatan komposit dengan matrik keramik sangat sulit dan memerlukan biaya yang mahal. Metode yang biasa digunakan adalah metode metalurgi serbuk sebagai matriks yang dapat digunakan : Alumina (Al

  2 O 3 ), Karbida boron (B

  4 C), Nitrid

  boron (BN), Karbida silicon (SiC), Nitrid silicon (Si

  3 N 4 ), Karbida

  titanium (TiC). Sebagai fibernya dapat digunakan karbon, SiC dan Al

2 O 3.

  3. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matriks Composites) Komposit jenis ini adalah jenis yang paling banyak digunakan karena mudah dalam proses pembuatannya dan murah. Bahan penguat dari komposit ini dapat berupa fiber, partikel dan flake, yang masing-masing dibedakan lagi menjadi bahan penguat organic dan metal. Dalam perdagangan dikenal ada tiga kategori komposit sintetik : Plastic

  molding compound , Rubber reinforced dengan karbon titan, Fiber reinforced polymer

2.3 Komponen Bahan Komposit

  Secara umum komposit terdiri dari dua fase saja, yaitu fase pertama yang disebut matrik, dan fase keduanya adalah fase penguat (reinforcing agent). Fase kedua ini terdapat atau disisipkan ke dalam fase pertama, yang fungsinya sebagai penguat bahan komposit secara keseluruhan. Reinforcing agent dapat berupa serat (fiber), partikel, dan flake yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Bentuk Reinforcing Agent

  (a) fiber, (b) partikel dan (c) flake

2.3.1 Matrik

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

  Polimer plastik merupakan bahan umum yang biasa digunakan. Polimer adalah bahan matrik yang tidak dapat menerima suhu tinggi. Poliester, vinillester dan epoksi adalah beberapa jenis bahan polimer termoset yaitu mempunyai sifat dapat memadat bila dipanaskan pada tekanan tertentu dan tidak dapat dilelehkan kembali. Resin polyester tak jenuh adalah bahan matrik thermosetting yang paling luas dalam penggunaan sebagai matrik pengikat plastik, dari bagian yang menggunakan proses pengerjaan yang sangat sederhana sampai produk yang dikerjakan dengan proses menggunakan cetakan mesin.

  Epoxy adalah bahan yang terdiri dari dua komponen yaitu resin dan

  hardener, bila dicampur dengan perbandingan yang tepat akan menghasilkan massa yang padat dan dapat melekat dengan baik pada logam, kulit, kayu maupun beton. Karakteristik epoxy yaitu ringan dan tidak menimbulkan tegangan, tahan bahan kimia dan tahan korosi, tahan minyak, kuat tapi dapat dimesin dan dicat, bermacam-macam serat sehingga jauh menguntungkan bila hanya menggunakan epoxy atau serat saja.

  Kekerasan dan keuletan dapat ditentukan dengan mengatur perbandingan antara resin dan hardener serta proses pengeringannya, epoxy kebanyakan dipakai untuk perbaikan peralatan dari logam, perawatan mesin, perekat bagi logam yang tidak boleh dilas. Keistimewaan lain yaitu mempunyai sifat susut muai yang sangat rendah, tahan tekanan, erosi dan abrasi.

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

  reinforced plastic.

2.3.2 Serat

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

  Serat organik termasuk salah satu jenis serat yang digunakan dalam pembuatan komposit yaitu serat yang bersal dari alam. Penampang serat dapat berbentuk bulat, segitiga atau heksagonal. Diameter serat, tergantung pada bahannya, dapat bervariasi dari 0,0025 mm sampai 0,13 mm.

  Fungsi utama serat adalah sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin banyak jumlah serat maka kekuatan komposit akan bertambah.

  2.3.3 Bahan – bahan tambahan Katalis adalah bahan pemicu (initiator) yang berfungsi untuk

  mempersingkat proses curing pada temperatur ruang. Komposisi katalis pada komposit harus sangat diperhatikan. Komposit dengan kadar katalis yang terlalu sedikit akan mengakibatkan proses curing yang terlalu lama. Dan apabila pada proses pembuatan terjadi kelebihan katalis, maka akan menimbulkan panas yang berlebihan sehingga akan merusak produk. Tetapi di dalam resin epoxy, katalisnya biasa disebut sebagai hardener. Sedangkan komposisi pencampuran antara resin dan hardener adalah 1 : 1 atau 2 : 1.

  Karena proses pembuatan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan cetakan, maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan terhadap cetakan yaitu dengan mengunakan release agent. Release agent atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror glass, vaselin, polyvinyl alcohol, film forming , dan oli.

  2.3.4 Larutan Kimia

  Dalam hal ini larutan kimia yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan NaOH (Natrium Hidroksida) dan NaCl (Natrium Chlorida). Dalam larutan

  (solute). Zat yang melarutkan zat terlarut itu disebut pelarut atau solven (solvent). Bila suatu zat terdapat dalam jumlah yang relatif lebih banyak dari yang lain, maka zat itulah yang biasanya dianggap sebagai pelarut. Zat terlarut maupun pelarut dapat berupa zat padat, zat cair dan gas.

  NaOH termasuk logam alkali yaitu logam golongan IA. Golongan IA terdiri dari Litium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb), Sesium (Cs),

  

Fransium (Fr). Logam alkali mempunyai sifat mudah larut dalam air dan

  merupakan logam pembentuk basa kuat, diantaranya adalah NaOH termasuk basa

• kuat. Basa adalah zat yang menaikkan konsentrasi ion OH di dalam laru

  Seperti pada NaOH yang terionisasi menjadi Na + OH . Basa dapat terjadi bila oksida logam direaksikan dengan air. Pada NaCl ikatan yang terjadi adalah ikatan ion. Yang dimaksud Ikatan Ion adalah ikatan kimia yang terbentuk akibat tarik- menarik elektrostatik antara ion positif (kation) dan ion negatif. Untuk NaCl =

• – +

  Na + Cl → NaCl . Tujuan perendaman serat adalah :

  1. Melarutkan lapisan lilin atau sisa gajih yang masih menempel pada permukaan serat.

  2. Menambah kekesatan pada permukaan serat.

  3. Diharapkan serat dapat menjadi lebih baik, lebih kuat dan dapat bertahan serangan bakteri dan mikroorganisme.

  Alkali treatment dilakukan untuk mengurangi sisa-sisa kotoran yang

  Tanpa alkali treatment Dengan alkali treatment

Gambar 2.4 Perbandingan permukaan serat akibat Alkali Treatment

  (Sumber : Li X, Panigrahi, S.A, Tabil, L.G, Crerar, W.J, 2004)

2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kekuatan FRP

  FRP adalah suatu bahan komposit yang diperkuat dengan serat dimana bahan yang berbentuk serat diikat dalam bahan lain yang disebut matrik. Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi sifat bahan komposit yang diperkuat dengan serat adalah jenis, orientasi, komposisi dan bentuk, sifat mekanik dari matrik, serta ikatan di dalam campuran antara serat dan matrik (interface atau bonding).

2.4.1 Jenis Serat

  Berdasarkan ukuran panjang serat terbagi menjadi dua jenis. kontinyu dan serat pendek. Ukuran ini menentukan kemampuan bahan

  (continuous)

  komposit dalam menahan gaya luar. Semakin panjang ukuran serat, semakin efisien juga menahan gaya dalam arah serat. Serat yang panjang itu juga menghilangkan kemungkinan terjadinya retak sepanjang batas pertemuan antara serat dan matrik. Oleh karena itu bahan komposit serat kontinyu sangat kuat dan

  2.4.2 Orientasi Serat Orientasi serat dapat menentukan kekuatan suatu bahan komposit.

  Secara umum penyusunan serat pada komposit dapat dibedakan menjadi:

  1. Unidirectional: serat disusun secara searah parallel satu sama lain, sehingga didapat kekakuan dan kekuatan optimal pada searah serat sedangkan kekuatan paling kecil terjadi pada arah tegak lurus serat.

  2. Bidirectional: serat disusun secara tegak lurus satu sama lain (orthogonal). Pada susunan ini kekuatan tertinggi terdapat pada arah pemasangan serat.

  3. Isotropic: penyusunan serat dilakukan secara acak, sifat dari susunan ini adalah isotropic, yaitu kekuatan pada satu titik pengujian mempunyai kekuatan yang sama.

Gambar 2.5 Jenis-jenis Orientasi Serat

  (Sumber : Hadi, B.K., 2000)

  2.4.3 Komposisi dan Bentuk Serat

  Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang kekuatannya akan semakin besar, sebaliknya jika diameter semakin besar maka kekuatan akan berkurang. Berdasar komposisinya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibedakan menjadi:

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

  2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik, misalnya glass dan keramik. Adapun serat yang mempunyai kekuatan tinggi dan tahan panas.

2.4.4 Faktor Matrik

  Dari berbagai macam jenis yang ada, matrik tersebut mempunyai fungsi yaitu:

  1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat sebagai bahan yang mempunyai modulus kekuatan tinggi.

  2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan bahan komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik harus mempunyai sifat adhesi yang baik terhadap serat untuk menghasilkan struktur komposit yang sempurna karena hal ini berhubungan erat dengan transfer beban. Jika matrik mempunyai sifat yang kurang baik maka transfer beban tidak sempurna dan

  adhesi

  menyebabkan kegagalan berupa lepasnya ikatan antara matrik dengan serat (debounding failure). Secara garis besar kualitas matrik membasahi serat, banyak tidaknya rongga (void) saat dituang, temperatur atau tekanan curing, dan kekentalan.

  3 Melindungi permukaan serat penguat dari abrasi yang diakibatkan oleh perlakuan secara mekanik misalnya gesekan antar serat.

2.4.5 Fase Ikatan

  Kemampuan ikatan antara fiber dan matrik dapat ditingkatkan dengan memberikan aplikasi perlakuan permukaan yang disebut dengan coupling agent, yang meningkatkan sifat adhesi antara matrik dan fiber. Coupling agent diterapkan pada serat sebagai perlakuan secara kimiawi dalam bentuk sizing (perlakuan permukaan ketika serat sedang dibentuk) dan finishing (perlakuan yang diterapkan setelah serat diproduksi dalam bentuk benang atau wolven

  

fabric ). Proses finishing juga dapat melindungi dan mencegah kerusakan akibat

gesekan antara serat sebelum dibuat menjadi struktur komposit.

2.5 Fraksi Volume

  Fraksi volume (%) adalah perbandingan volume bahan pembentuk komposit terhadap volume komposit.

  Misal : V = % serat

  s

  V m = % matrik V k = % katalis V = 100 %

  c

2.6 Pengujian Komposit

  Untuk mengetahui sifat mekanis dari komposit maka dilakukan beberapa pengujian. Jenis pengujian yang dilakukan adalah uji tarik dan uji impak.

2.6.1 Pengujian Tarik

  Pengujian tarik yang dilakukan adalah untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik, maupun komposit serat. Metode yang digunakan adalah benda uji dijepit pada mesin uji dengan pembebanan perlahan-lahan meningkat sampai suatu beban tertentu dan akhirnya benda uji patah. Beban tarik yang bekerja pada benda uji akan menimbulkan pertambahan panjang disertai pengecilan diameter benda uji. Perbandingan antara pertambahan panjang ( ∆L) dengan panjang awal benda uji (L) disebut regangan. Pengujian tarik ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Logam Universitas Sanata Dharma.

  Untuk mengetahui kekuatan tarik dan regangan dari matrik maupun komposit serat dilakukan suatu perhitungan dengan menggunakan rumus berikut : P max

  2

  (kg/mm )...........................................................(2.1) σ = _u

  Ao Dengan u : kekuatan tarik maksimal

  σ P max : beban maksimal Ao : luas penampang uji mula-mula.

  ΔL = × 100 % .....................................................................(2.2)

  ε L

  Dengan ε : regangan

2.6.2 Pengujian Impak

  Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau getas benda uji sebelum dan sesudah mendapat perlakuan panas. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan

  o

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

  

o

  dan takikan 2 mm serta sudut takikan 45 , karena pukulan tersebut benda uji akan patah, kemudian palu akan berayun kembali membentuk sudut ( β) hasil dari keliatan benda uji.

Gambar 2.6 Prinsip Pengujian Impak

  Harga uji impak dapat dicari dengan rumus: W = GR (cos

  β - cos α) (joule) ..........................................(2.3)

  β = Sudut yang dibentuk palu setelah mematahkan benda uji G = Berat palu (1,357 kg = 13,31 N ) R = Jarak titik putar palu sampai titik berat palu = 0,3948 m

  Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus: Keliatan =

  A W

  (joule/m

  2

  ) ........................................................ (2.4) dimana : W = tenaga patah (joule) = luas patahan benda uji (m A

  2

  ) Dari metode ini dapat diperoleh keuntungan sebagai berikut:

  1. Bentuk benda uji yang digunakan sangat cocok untuk mengukur ketangguhan tarik pada bahan kekuatan rendah.

  2. Pengujian dapat dilakukan pada suhu dibawah suhu ruang

  3. Dapat juga digunakan untuk perbandingan pengaruh paduan dan perlakuan panas pada ketangguhan takik.

  Disamping beberapa keuntungan diatas pada metode ini, terdapat juga kerugian yang terjadi, diantaranya:

  1. Hasil uji impak tidak bisa dimanfaatkan dalam perancangan, karena uji ini bersifat merusak.

  2. Tidak terdapat hubungan antara data uji impak dengan ukuran cacat.

2.6.3 Foto Makro

  Foto makro dilakukan untuk mengetahui bentuk patahan yang terjadi

2.6.4 Foto Mikro

  Foto mikro dilakukan untuk mengetahui struktur mikro dari komposit baik matrik ataupun seratnya. Dengan foto mikro, proses pelapisan matrik pada serat dapat diamati apakah ikatan antara matrik dan serat benar-benar kuat atau tidak.

2.7 Bentuk-bentuk Patahan

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

  1. Patah liat : pada bahan ductile (liat) akan terlihat arah rambatan retak yang tidak rata, tampak buram dan berserat. Bentuk patahan liat dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Bentuk Patahan Liat

  (Sumber : Van Vlack, L.H, 1985)

  2. Patah getas : patahan getas akan memberikan tampilan permukaan yang patahan, permukaannya pun mengkilap. Bentuk patahan ini dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Bentuk Patahan Getas

  (Sumber : Van Vlack, L.H, 1985)