PENGARUH PERLAKUAN KIMIA PADA SERAT PANDAN ALAS (Pandanus dubius) TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT DENGAN MATRIK POLYESTER TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

  

PENGARUH PERLAKUAN KIMIA

PADA SERAT PANDAN ALAS (Pandanus dubius)

TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT

DENGAN MATRIK POLYESTER

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  

Disusun Oleh :

ARY LAMBANG KUSUMA

NIM : 025214119

  

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

THE EFFECTS OF CHEMICAL TREATMENT

ON PANDAN ALAS (Pandanus dubius) FIBER

TO THE MECHANICAL PROPERTIES

OF THE FIBER COMPOSITE WITH POLYESTER RESIN

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

  

By :

ARY LAMBANG KUSUMA

Student Number : 025214119

  

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

  thank

  

Allah SWT

Ibunda & Ayahanda

AdHe’q Nana, Danu, Pipit

ShaRpex, Rico, MunaWir, Ambon

  

SimBah, kiR_, SaRNo, Bagas, Bob, Sinung

TuNg2, Boedha, AGit, Dony, CeNil, Lukas, ANgga

… Lintang …

RED Zone

KATA PENGANTAR

  Assalamu’alaikum Wr.Wb

  Syukur alhamdulillah penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga dengan kemurahan-Nya Tugas Akhir ini dapat terselesaikan.

  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 tujukan kepada :

  1. Romo Ir. Greg Heliarko, SJ., SS.,B.ST., MA., M.Sc., 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 dan Dosen Pembimbing Akademik.

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

  4. Bapak I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

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

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

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

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

  DAFTAR ISI

  2.1 Pengertian Komposit .................................................................... 5

  2.3.2.2 Serat Anorganik ............................................. 16

  2.3.2.1 Serat Organik ................................................. 13

  2.3.2 Serat .............................................................................. 12

  2.3.1 Matrik Polyester ............................................................ 11

  2.3 Komponen Bahan Komposit ........................................................ 9

  2.2 Klasifikasi Komposit .................................................................... 7

  BAB II DASAR TEORI ....................................................................................... 5

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

  1.4 Sistematika Pembahasan .............................................................. 4

  1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 3

  1.2 Tujuan Penelitian ......................................................................... 3

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

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

  INTISARI ................................................................................................................. xvi

  2.3.3 Bahan Tambahan ........................................................... 19

  2.4.1 Jenis Serat ..................................................................... 21

  2.7.6 Microwave .................................................................... 32

  3.2 Persiapan Benda Uji ..................................................................... 40

  3.1 Skema Jalan Penelitian ................................................................. 39

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................ 39

  2.10 Kerusakan Pada Komposit ........................................................... 37

  2.9 Jenis Patahan ................................................................................ 37

  2.8.4 Foto Mikro .................................................................... 36

  2.8.3 Foto Makro .................................................................... 36

  2.8.2 Uji Impak ...................................................................... 34

  2.8.1 Uji Tarik ........................................................................ 33

  2.8 Pengujian Komposit ..................................................................... 33

  2.7.7 Proses Curing Yang Lain .............................................. 32

  2.7.5 Autoclave ...................................................................... 32

  2.4.2 Orientasi Serat ............................................................... 22

  2.7.4 Steam ............................................................................. 31

  2.7.3 Lamps ............................................................................ 31

  2.7.2 Hot Oil ........................................................................... 31

  2.7.1 Oven .............................................................................. 30

  2.7 Macam-Macam Proses Curing Komposit .................................... 30

  2.6.2 Teknik Cetak Tertutup (Closed Mold Processes) ......... 27

  2.6.1 Teknik Cetak Terbuka (Open Mold Processes) ........... 25

  2.6 Teknologi Konstruksi Komposit .................................................. 25

  2.5 Fraksi Volume .............................................................................. 24

  2.4.5 Fase Ikatan .................................................................... 24

  2.4.4 Faktor Matrik ................................................................ 23

  2.4.3 Komposisi dan Bentuk Serat ......................................... 22

  3.2.1 Alat dan Bahan .............................................................. 40

  3.2.1.3 Katalis ............................................................ 41

  3.4.2.2 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak 57

  4.2 Hasil Pengujian Impak ................................................................. 65

  4.1 Hasil Pengujian Tarik ................................................................... 63

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 63

  3.6.2 Metode Pengujian Impak .............................................. 62

  3.6.1 Metode Pengujian Tarik ................................................ 60

  3.6 Metode Pengujian ........................................................................ 60

  3.5.2 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Impak 60

  3.5.1.2 Benda Uji Komposit ....................................... 59

  3.5.1.1 Benda Uji Matrik ............................................ 58

  3.5.1 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Tarik 58

  3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji .................................................... 58

  3.4.2.1 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik .. 56

  3.2.1.4 Release Agent ................................................ 42

  3.4.2 Benda Uji Komposit ...................................................... 55

  3.4.1.2 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Impak ... 53

  3.4.1.1 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Tarik ..... 52

  3.4.1 Benda Uji Matrik ........................................................... 52

  3.4 Pembuatan Benda Uji ................................................................... 52

  3.3.2 Cetakan Uji Impak ........................................................ 51

  3.3.1 Cetakan Uji Tarik .......................................................... 51

  3.3 Pembuatan Cetakan ...................................................................... 50

  3.2.3 Perendaman Serat dengan NaOH .................................. 46

  3.2.2 Pembuatan Serat Pandan Alas ....................................... 44

  3.2.1.6 Aquades .......................................................... 43

  3.2.1.5 NaOH Pro Analisis ......................................... 42

  4.3 Analisa Struktur Makro ................................................................ 67

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 75

  5.1 Kesimpulan .................................................................................. 75

  5.2 Saran ............................................................................................. 76 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 77 LAMPIRAN ............................................................................................................ 78

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Sifat Mekanis Serat Organik ........................................................ 14Tabel 2.2 Sifat Mekanis Serat Anorganik .................................................... 17Tabel 4.1. Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-Rata Komposit ................... 63Tabel 4.2. Tenaga Patah Rata-Rata dan Keuletan Rata-Rata Komposit ....... 65

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya . 2Gambar 2.1. Unsur Pembentuk Komposit Serat ............................................... 5Gambar 2.2. Diagram Klasifikasi Komposit Serat ............................................ 8Gambar 2.3. Bentuk Reinforcing Agent ........................................................... 10Gambar 2.4. Perbandingan permukaan serat akibat Alkali Treatment .............. 20Gambar 2.5. Proses Hand Lay-Up .................................................................... 26Gambar 2.6. Proses Spray-Up ........................................................................... 26Gambar 2.7. Proses Wet Winding ...................................................................... 27Gambar 2.8. Proses Pultrusion .......................................................................... 28Gambar 2.9. Proses Pulforming ........................................................................ 28Gambar 2.10. Proses Bag-Molding ..................................................................... 29Gambar 2.11. Proses Sheet Molding Compound (SMC) .................................... 30Gambar 2.12. Skema Prinsip Pengujian Impak .................................................. 34Gambar 2.13. Kerusakan Serat Pada Bahan Komposit ....................................... 38Gambar 3.1. Skema Jalan Penelitian ................................................................. 39Gambar 3.2. Timbangan Digital ........................................................................ 40Gambar 3.3. Tumbuhan Pandan Alas ............................................................... 41Gambar 3.4. Release Agent (MAA) .................................................................. 42Gambar 3.5. NaOH pro analisis ........................................................................ 43Gambar 3.6. Aquades ........................................................................................ 43Gambar 3.7. Daun Dipukul Dengan Palu .......................................................... 44Gambar 3.8. Daun yang Sebagian Gajih Sudah Bersih .................................... 45Gambar 3.9. Daun yang setiap bagian telah dibersihkan .................................. 45Gambar 3.10. Serat basah yang sudah dibersihkan dari gajih ............................. 46Gambar 3.11. Serat pandan yang telah dikeringkan ........................................... 46Gambar 3.12. Akuarium ...................................................................................... 48Gambar 3.16. Perbandingan Serat Sebelum dan Setelah Perendaman ............... 50Gambar 3.17. Skema Cetakan Uji Tarik ............................................................. 51Gambar 3.18. Skema Cetakan Uji Impak ............................................................ 51Gambar 3.19. Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik ..................................... 53Gambar 3.20. Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak Matrik .................................... 54Gambar 3.22 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik Polyester .................................. 59Gambar 3.23 Benda Uji Tarik Matrik Polyester ................................................ 59Gambar 3.24 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit ............................................. 59Gambar 3.25 Benda Uji Tarik Komposit ........................................................... 60Gambar 3.26 Dimensi Benda Uji Impak ............................................................ 60Gambar 3.27 Benda Uji Impak .......................................................................... 60Gambar 3.28 Mesin Uji Tarik Universal ............................................................ 61Gambar 3.29 Mesin Uji Impak Charpy .............................................................. 62Gambar 4.1. Grafik Kekuatan Tarik Rata-Rata Komposit ................................ 64Gambar 4.2. Grafik Regangan Rata-Rata Komposit ......................................... 65Gambar 4.3. Grafik Tenaga Patah Rata-Rata Komposit ................................... 66Gambar 4.4. Grafik Keuletan Rata-Rata Komposit .......................................... 66Gambar 4.5. Foto Makro Patahan Matrik Polyester ......................................... 67Gambar 4.6. Foto Makro Patahan Komposit Tanpa Perendaman NaOH ......... 68Gambar 4.7. Foto Makro Patahan Komposit Perendaman Serat 2,5 % NaOH . 68Gambar 4.8. Foto Makro Patahan Komposit Perendaman Serat 5 % NaOH .... 68Gambar 4.9. Foto Makro Patahan Komposit Perendaman Serat 7,5 % NaOH . 69Gambar 4.10. Foto Struktur Mikro Matrik Polyester dan Serat Pandan Alas .... 69Gambar 4.11. Foto Struktur Mikro Komposit Tanpa Perendaman Serat ............ 70Gambar 4.12. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman Serat 2,5 % NaOH . 70Gambar 4.13. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman Serat 5 % NaOH .... 71Gambar 4.14. Foto Struktur Mikro Komposit Perendaman Serat 7,5 % NaOH . 71Gambar 4.15. Foto Mikro Kawat Tembaga ........................................................ 72

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran 1 Tabel Perhitungan Massa Jenis Serat Pandan Alas Lampiran 2 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik

  Matrik Polyester Lampiran 3 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik

  Komposit Tanpa Perendaman Serat Lampiran 4 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik

  Komposit dengan Perendaman Serat 2,5% NaOH Lampiran 5 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik

  Komposit dengan Perendaman Serat 5% NaOH Lampiran 6 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik

  Komposit dengan Perendaman Serat 7,5% NaOH Lampiran 7 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester Lampiran 8 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa

  Perendaman Serat Lampiran 9 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik Komposit

  Perendaman Serat (2,5% NaOH) Lampiran 10 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik Komposit

  Perendaman Serat (5% NaOH) Lampiran 11 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Tarik Komposit

  Perendaman Serat (7,5% NaOH) Lampiran 12 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester Lampiran 13 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa

  Perendaman Serat Lampiran 14 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Impak Komposit

  Perendaman Serat (2,5% NaOH) Lampiran 15 Tabel Sifat Mekanik Hasil Pengujian Impak Komposit

  

INTISARI

  Penelitian ini membahas pengaruh perlakuan kimia serat terhadap komposit yang berpenguat serat pandan alas (Pandanus dubius) dengan orientasi serat acak (isotropic). Bahan pengikat yang digunakan adalah resin bening super JUSTUS 108 dan katalis metoxone (methyle ethyl katone peroxide). Perlakuan kimia pada serat dilakukan dengan merendam serat pandan alas selama 3 jam dalam larutan NaOH. Variasi konsentrasi NaOH yang digunakan adalah 2,5%NaOH, 5%NaOH, dan 7,5%NaOH.

  Proses pembuatan komposit ini menggunakan media kaca sebagai cetakan utama. 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 yang mengacu pada standar pengujian ASTM A370 untuk uji impak dan uji tarik komposit serta ASTM D 638-1 untuk uji tarik matrik pengikat. Pengujian yang dilakukan yaitu pengujian tarik untuk memperoleh nilai kekuatan tarik dan regangan komposit, pengujian impak untuk mengetahui keuletan komposit, pengamatan bentuk patahan dan pengamatan struktur mikro.

  Hasil pengujian tarik dan impak komposit dengan perendaman NaOH ataupun tanpa perendaman NaOH memperlihatkan tidak ada perbedaan yang signifikan terhadap nilai kekuatan tarik, regangan, energi patah dan keuletan. Komposit dengan perendaman serat 7,5%NaOH mempunyai harga kekuatan tarik ₂ tertinggi yakni sekitar 2,7 kg/mm . Nilai energi patah dan keuletan yang paling besar ada pada komposit tanpa perendaman NaOH. Jenis patahan yang terjadi adalah patah getas, ulet dan debonding.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Dalam perkembangannya alam semakin banyak memberi peran penting dalam kemajuan teknologi perindustrian. Keterbatasan sumber daya mineral yang sejak mulainya revolusi industri yang diikuti pengekploitasian besar-besaran sampai pada hari ini mengakibatkan bahan yang tak terbaharui ini semakin terbatas dan tentunya menjadi semakin mahal. Menjadi hal yang biasa bagi perkembangan perindustrian selanjutnya dimana manusia berlomba-lomba mencari bahan alternatif yang bisa menggantikannya bahkan sebisa mungkin menciptakannya dengan kualitas yang lebih baik.

  Fenomena yang terjadi adalah mulai tergesernya bahan utama logam dengan bahan polimer ataupun keramik. Tuntutan efisiensi dalam berbagai hal membuat bahan alternatif ini menjadi sebuah peranan yang penting. Tuntutan tersebut diantaranya: kebutuhan peralatan yang ringan, suku cadang murah, harga bahan baku terjangkau, dan nilai kekuatan yang minimal mendekati bahan logam.

  Komposit merupakan sejumlah sistem multi fasa sifat gabungan antara bahan matrik atau pengikat dan reinforcement atau bahan penguat. Istilah fase dalam hal ini memberi pengertian bahwa bahan tersebut adalah homogen, seperti logam atau keramik yang semua butirannya mempunyai struktur kristal sama. bahan dengan unjuk kerja (performance) yang lebih baik dari fase-fase awal sebagai penyusunnya. Efek seperti ini disebut synergistic.

  Beberapa masalah yang sering dihadapi dalam pembuatan komposit antara lain :

  1. Pembuatannya memerlukan ketelitian dan ketekunan karena prosesnya relatif lama.

  2. Bahan yang dibeli tidak banyak dijual secara umum.

  3. Harga bahan-bahannya relatif mahal.

  4. Literatur tentang teori komposit jarang ditemukan karena bahan ini termasuk baru digunakan dalam kehidupan masyarakat di negara kita.

  Komposit serat merupakan perpaduan antara serat sebagai komponen penguat dan matrik sebagai komponen penguat serat. Serat biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih besar dari pada matrik dan pada umumnya bersifat orthotropic.

  σ Fiber

Composit

Matriks

  ε

Gambar 1.1. Grafik Kekuatan Tarik Komposit dan Komponen Penyusunnya

  Dengan semakin banyaknya bahan komposit yang diaplikasikan dalam kehidupan masyarakat saat ini, maka banyak dilakukan pengembangan untuk memperoleh kualitas komposit yang lebih baik. Dalam hal ini penulis ingin mengetahui seberapa besar kualitas dari komposit khususnya komposit serat alam pandan alas berdasar perlakuan kimia serat yang digunakan terhadap sifat mekanisnya.

1.2 Tujuan Penelitian

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui : 1. Pengaruh perendaman NaOH pada serat pandan alas terhadap kekuatan tarik dan regangan komposit pada pengujian tarik komposit.

2. Pengaruh perendaman NaOH pada serat pandan alas terhadap energi patah dan keuletan komposit pada pengujian impak komposit.

  3. Bentuk patahan dan struktur mikro komposit serat pandan alas setelah dilakukan uji tarik dan uji impak.

1.3 Batasan Masalah

  Pada penelitian ini penulis membatasi masalah pada:

  1. Serat yang digunakan adalah serat organik yaitu serat pandan alas yang disusun secara acak (isotropic) sebagai bahan

  (Pandanus dubius) penguat komposit.

  3. Fraksi volume serat yang digunakan adalah 10 %.

  4. Matrik sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin polyester Justus 108 (bening super) yang diproduksi oleh PT JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.

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

1.4 Sistematika Pembahasan

  Pada BAB I ini, penulis membahas latar belakang penelitian, tujuan penelitian, batasan masalah serta sistematika penulisan. Pada BAB II akan diuraikan tentang pengertian komposit dan jenis–jenis komposit, khususnya komposit serat, bahan penguat dan matrik pengikat Urutan proses pembuatan spesimen beserta pengujian yang dilakukan diuraikan pada BAB III. Data dan pembahasan tentang hasil pengujian akan dibahas pada BAB IV, kemudian kesimpulan dan saran akan dibahas pada BAB V.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Pengertian Komposit

  Komposit dapat didefinisikan sebagai penggabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut matrik yang berfungsi sebagai pengikat dan fase kedua disebut penguat yang berfungsi sebagai penguat bahan komposit secara keseluruhan. 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

  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

  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 permukaan lebih baik.

  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 keunggulan diatas, 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.

2.2 Klasifikasi Komposit

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

  1. Fibrous composites

  Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan dapat berupa polimer, 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.

  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 termal juga untuk penampilan yang lebih atraktif.

  3. Particulated composites

  Particulated composites terdiri dari partikel-partikel yang ada dalam matriks. Material partikel bisa dibuat dari satu jenis ataupun lebih dari satu jenis material dan biasanya material partikel ini terbuat dari bahan metal dan non-metal. Ada dua jenis particulated composites, yaitu :

  Secara garis besar, komposit serat terbagi menjadi dua macam, yaitu dan discontinuous fiber. Klasifikasi komposit serat dapat dilihat

  continuous fiber 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) Matrik bahan komposit dapat berupa logam, keramik, dan polimer.

  Klasifikasi bahan komposit yang didasarkan pada fase matrik yaitu:

  1. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix composite, MMC) Phase penguat pada komposit matrik logam dapat berupa partikel keramik atau fiber yang dapat terdiri dari logam, keramik, karbon dan boron. Cermet merupakan suatu bahan komposit matrik logam dengan penguat berupa keramik.

  2. Komposit Matrik Keramik (Ceramic Matrix Composite, CMC)

  Bahan ini juga memiliki beberapa kelemahan antara lain ketangguhan dan tegangan tarik rendah serta pada suhu tertentu mudah retak. Matrik keramik dapat berupa : Alumina (Al

  2 O 3 ), Karbida Boron (B

  4 C), Nitride

  Boron (BN), Karbida Silikon (SiC), Karbida titanium (TiC). Sebagai fiber dapat digunakan karbon, SiC, dan Al O

  2 3.

3. Komposit Matrik Polimer (Polymer Matrik Composite, PMC)

  Komposit ini menggunakan polimer sebagai matrik dan phase penguat berupa fiber, partikel, dan flake. Dalam perdagangan dikenal ada tiga kategori komposit sintetik : Plastic molding compound, Rubber dengan karbon titan, Fiber reinforced polymer (FRP).

  reinforced

  Sejumlah keuntungan bahan teknik Fiber-reinforced plastics adalah : 1.

  Kerapatan rendah 2. Sifat-sifat anisotropnya signifikan.

  3. Modulus spesifik (ratio modulus to weight) cukup tinggi.

  4. Tegangan spesifik (ratio strength to weight) cukup tinggi.

  5. Memiliki tegangan fatik yang baik (good fatigue strength).

  6. Koefisien dilatasi rendah sehingga stabilitas ukurannya baik.

  7. Memiliki tahanan korosi yang baik (good corrosion resistance).

2.3 Komponen Bahan Komposit

  Secara umum komposit terdiri dari dua fase saja, yaitu fase pertama yang 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

  Untuk mendapatkan komposit yang baik diperlukan syarat khusus dari tiap fase penyusunnya agar sistem benar-benar bekerja sebagai komposit :

  1. Prasyarat serat: modulus kekenyalan besar, kekuatan ultimate besar, kekuatan antarserat masing-masing setaraf, serat stabil dan tetap kuat selama penanganan, serta luas dan diameter seragam.

  2. Prasyarat matriks: mengikat serat-serat dan menjaga permukaan tidak rusak, menjaga serat terdispersi dan terpisah (tak ada perambatan retakan atau kegagalan), efisien memindahkan tegangan ke serat dengan perekatan atau gesekan bila komposit terbebani, serasi termal dengan penguatnya, serta serasi kimia dengan serat dalam jangka waktu lama. Selain kedua fase prasyarat tersebut, terdapat juga bahan tambahan atau lebih sering disebut katalis. Katalis berfungsi sebagai pemicu yang akan mempersingkat reaksi curing pada temperatur ruang. Prosentase dari bahan

2.3.1 Matrik Polyester

  Selain bahan serat, komposit juga tidak terlepas dari bahan matrik. Tugas utama bahan matrik adalah mengikat serat bersama-sama. Hal ini perlu karena sekumpulan serat tanpa matrik tidak dapat menahan gaya dalam arah tekan dan transversal.

  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.

  Polyester sebagai resin thermosetting mempunyai kekuatan mekanis yang cukup baik, memiliki kemampuan ketahanan terhadap bahan kimia, isolator listrik, selain itu harganya yang relatif murah. Dalam pengerjaan resin ini juga cukup mudah, karena tidak mengalami perubahan dimensi yang signifikan saat proses curing. Dalam pemakaian resin polyester, untuk mendapatkan hasil sebagai matrik pengikat harus melalui proses curing. Polyester dapat mengalami proses curing pada suhu kamar dengan bantuan katalis (peroxsida organic) sebagai

  Kemampuan resin polyester selain sebagai matrik pengikat serat yang baik juga mempunyai karakteristik sebagai berikut : a.

  Tahan terhadap panas Karakteristik klasifikasi bahan resin, viskositas mengalami sifat gel (gel

  o o

  pada suhu 25

  C, dapat bereaksi pada suhu 80

  C. Perubahan bentuk

  time) o

  bahan dapat dipertahankan sampai pada suhu 70 C.

  b.

  Ketahanan terhadap bahan kimia Bahan ini mempunyai kemampuan tahan terhadap pengaruh korosi bahan-bahan kimia. Dibandingkan dengan bahan logam besi cord dan baja, polyester mempunyai keunggulan terhadap korosi air laut, hydrochloric acid, weak acid dan alcohol.

  c.

  Kemampuan bahan terhadap beban kejut dan tidak abrasif.

  Polyester tak jenuh diperoleh dengan cara mereaksikan asam basa dengan alcohol dihidrat. Adanya reaksi kimia antara keduanya menghasilkan ikatan tak jenuh pada rantai utama polymer kemudian dengan mereaksikan 30% styrene sebagai monomer termasuk vinil tolvone, dan ally alcohol derivates dengan polyester sehingga

  methyl methacrylite berikatan dengan gugus tak jenuh saat pencetakan.

2.3.2 Serat

  Serat digunakan sebagai bahan penguat komposit. Kekuatan komposit dapat diatur dari persentase jumlah serat, pada umumnya semakin banyak jumlah

2.3.2.1 Serat Organik

  Saat ini serat organik mulai mendapatkan perhatian serius oleh para ahli material karena serat alam mempunyai banyak kelebihan, diantaranya :

  1. Berat jenis rendah yang mengakibatkan kekakuan dan kekuatan spesifik lebih tinggi dibanding serat gelas.

  2. Pengolahan ramah, tidak meninggalkan sisa limbah yang tidak terolah.

  3. Sifat redam suara yang baik.

  4. Merupakan suatu sumber daya alam yang dapat diperbaharui, produksi tidak perlu energi selain CO

  2 sedangkan O 2 dikembalikan ke lingkungan.

  5. Produktif dengan investasi rendah pada biaya rendah membuat material ini menjadi produk yang baik untuk negara-negara berekonomi lemah atau berkembang.

  6. Isolator yang baik untuk getaran (accoustic) Meskipun mempunyai banyak kelebihan, serat alam juga mempunyai kekurangan yaitu :

  1. Kekuatan lebih rendah terutama akibat beban kejut/impak dibanding serat sintetik.

  2. Kualitas serat bergantung pada variabel yang yang tidak tentu seperti cuaca dan lingkungan. Cuaca yang berlainan saat pengambilan serat dari alam akan memberi properti yang berbeda pula pada kekuatannya.

  3. Panjang serat tidak homogen sehingga perlu pemintalan untuk

  5. Harga dapat berubah-ubah tergantung waktu memanen ataupun politik agrikultur negara penghasil.

  6. Temperatur yang sangat terbatas dalam pengolahan.

  7. Kemampuan menyerap embun berakibat serat berubah volume dan berat.

  8. Ketahanan api yang rendah.

  Dengan semakin bertambahnya kebutuhan akan material komposit maka mulai berkembang pula pemakaian serat alam. Sifat mekanis yang menengah memungkinkan digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan tinggi tetapi untuk banyak pertimbangan untung ruginya serat alam mampu bersaing dengan serat gelas. Sifat mekanis serat organik dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Sifat Mekanis Serat Organik

  Fibres Properties E- flax hemp jute ramie coir sisal Pisang cotton glass

  Abaca density 2,55 1,4 1,48 1,46 1,5 1,25 1,33 1,5 1,51 ₃ g/cm tensile 2400 800- 550- 400- 500 220 600- 980 400 strength * 1500 900 800 700 _{6 2}

  10E N/m E-modulus 73 60- 80 70 10- 30

  44

  6

  38

  12 (GPa) specific 29 26- 46

  47 7- 21

  29

  5

  29

  8 (E/density) elongation 3 1,2- 1,6 1,6 1,8 2 15- 2- 3 3- 10 at failure

  25 (%)

• moisture

  7

  8 12 12-

  10 11 8- 25 absorption 17 (%)

price / kg 1,3 0,5– 1,5 0,6– 0,35 1,5– 0,25– 0,6– 1,5– 1,5–

($), raw 1,8 2,5 0,5 0,7 2,5 2,2

  (1,7/ (2/4) 1,5/ (mat / fabric) 3,8) (2/4) 0,9-2

(Sumber : http://www.Internal report on life Assessment of natural fibre Umumnya bagian tumbuhan yang diambil seratnya adalah batang, daun dan biji. Serat organik yang diambil dari batang tumbuhan antara lain jerami, jute, pisang dan ramie. Serat organik yang diambil dari daun tumbuhan antara lain sisal, pisang (abaca) dan palm. Serat organik yang diambil dari bijinya antara lain katun (cotton), kelapa (coir/coconut) dan kapok. Contoh serat organik yaitu : a.

  Pandan alas Pandan alas (Pandanus dubius) berasal dari tumbuhan kelas Liliopsida, sub kelas Arecidae, golongan Pandanales, genus Pandanus L. f. dan famili dari tumbuhan Pandanaceae. Daun pandan alas tersusun dari serat-serat yang bentuknya seperti benang. Keunggulan barang yang dihasilkan dari serat alam tersebut antara lain tahan terhadap korosi, ringan, pewarnaan dan tekstur dapat dimodifikasi serta lebih kedap suara.

  Pohon pandan alas merupakan tumbuhan yang banyak terdapat di daerah- daerah di Indonesia. Kabupaten Kulonprogo, Sleman, dan Bantul yang masuk dalam wilayah DI Yogyakarta mempunyai persediaan pohon pandan alas yang sangat melimpah. Sampai saat ini pandan alas sebagian besar digunakan sebagai bahan dasar pembuatan tikar dan cambuk.

  b.

  Ramie Ramie yang dikenal dengan Boehmeria nivea atau China Grass adalah salah satu serat alami tertua yang banyak digunakan selama beberapa dekade ini. Keunggulan dari rami adalah : kekuatan tarik meningkat bila daya serap yang tinggi. Sedangkan kekurangan dari serat rami adalah : getas, mudah untuk mengkerut, mempunyai elastisitas yang rendah dan mempunyai ketahanan terhadap gesekan yang rendah

  c. Jute Jute berasal dari tumbuhan genus Corchorusa dan famili dari tumbuhan tropis Tiliaceae. Jute yang banyak di gunakan diambil dari 2 jenis tumbuhan yaitu Capsularis and Colitorius. Jute banyak digunakan sebagai bahan pembuat karung goni, pakaian tali temali dan kertas. Jute merupakan serat organik yang dapat didaur ulang dan ramah lingkungan. Serat alami ini berwarna keemasan, kuning dan mengkilap, dan merupakan serat yang mempunyai kekuatan tarik tinggi tetapi mempunyai elastisitas yang rendah.

  d.

  Kelapa (coir atau coconut) Serat kelapa diambil dari sabut buah kelapa secara tradisonal. Serat kelapa merupakan serat alami banyak digunakan untuk tali, sapu, kuas dan sebagainya. Serat kelapa kering berwarna kuning keemasan bersifat getas. Serat kelapa dibuat dengan memisahkan buah kelapa dengan sabut kelapa kemudian sabut kelapa diolah secara tradisonal untuk mendapatkan seratnya.

2.3.2.2 Serat Anorganik

  Serat anorganik dibuat dari bahan sintetik seperti glass, boron, aramid layaknya barang hasil fabrikasi lainnya, serat anorganik juga memiliki kekurangan. Kekurangan dari serat anorganik adalah :

  1. Tidak dapat di daur ulang.

  73

  Banyak sekali jenis serat anorganik yang sering digunakan. Beberapa bahan serat yang banyak digunakan adalah : a.

  206 407

(Santoso, H.BR, 1999)

  0.13 0.013 1000 4000

  400 Logam ; Baja Wolfram

  0.13 1900 3275 380

  0.02

  393 130 Keramik ; Al2O3 SiC

  0.14 0.013 2750 3100 3450 240

  0.01

  86 Karbon Boron Kevlar 49

  0.01 3450 4480

  2. Memerlukan proses fabrikasi yang rumit dalam membuatnya.

  0.01

  S-glass

  Modulus Elastis (Gpa) Glass ; E-glass

  Tegangan Tarik (Mpa)

  Fiber Diameter (mm)

Tabel 2.2 Sifat Mekanis Serat Anorganik

  Pada Tabel 2.2 diperlihatkan sifat-sifat mekanis dari bermacam-macam serat yang termasuk dalam klasifikasi serat anorganik.

  3. Mempunyai kekuatan tinggi dan sifat anti korosi yang baik.

  2. Isolator listrik yang baik.

  Kelebihan dari serat anorganik adalah : 1. Bentuk lebih homogen.

  3. Berbahaya bagi kesehatan bila terhirup dan masuk ke tubuh manusia.

  Glass rendah, tidak mudah terbakar, isolator listrik yang baik dan mempunyai sifat anti korosi, hal ini menyebabkan material ini aplikatif dalam penggunaan polymer matrik komposit. Dua macam fiber glass yang umum digunakan adalah S-glass dan E-glass.

  b.

  Karbon Karbon dapat dibuat menjadi fiber dengan modulus elastis tinggi.

  Disamping kekakuannya yang tinggi, karbon memiliki kerapatan dan koefisien dilatasi rendah. Fiber-C (C-fibers) merupakan kombinasi antara grafit dengan karbon amorphous. Keunggulan ini memungkinkan komposit serat karbon banyak dipakai untuk konstruksi aerospace dan pesawat terbang.Tetapi harga serat karbon mahal dan hal ini menyebabkan penggunaan komposit serat karbon jarang diaplikasikan dalam industri seperti industri otomotif.

  c. Aramid (aromatic polyamide) Saat ini dikenal dua macam Kevlar : Kevlar 29 dan 49. Kevlar banyak digunakan pada industri aerospace, marine dan otomotif. Serat Kevlar (terutama Kevlar 49) mempunyai high performance karena bobotnya ringan, kekuatan dan kekakuan tinggi dan tahan fatik.

  d. Keramik Karbide silikon (SiC) dan oksida aluminium (Al O ) merupakan fiber

  2

  3

  utama yang sering dijumpai pada keramik. Kedua bahan ini mempunyai logam dengan kerapatan dan modulus elastis rendah seperti aluminium dan magnesium.

  e.

  Boron Boron memiliki modulus elastis sangat tinggi, tetapi bahan ini mahal sehingga pemakaiannya dibatasi pada komponen peralatan aerospace.

2.3.3 Bahan Tambahan

  Bahan sebagai pemicu (initiator) yang berfungsi untuk memulai dan mempersingkat reaksi curing pada temperatur ruang adalah katalis. Reaksi katalis akan menimbulkan panas saat curing dan hal ini dapat merusak produk yang dibuat. Katalis yang digunakan sebagai proses curing berasal dari organic

  peroxide deperti methyl ethyl katone peroxide dan Acetyl acetone peroxide.

  Percabangan antara rantai polyester pada suhu kamar dapat terjadi pada waktu yang sangat lama.Umumnya perlu suhu diatas 60ºC agar resin dapat kering sempurna dalam waktu yang relatif singkat. Cara yang mudah untuk mempercepat pengeringan dapat dipicu dengan penambahan katalis dengan perbandingan 0,1-

  o

  0,5% volume. Ketika reaksi dimulai akan timbul panas (60-90

  C) yang cukup untuk mereaksikan resin hingga diperoleh kekuatan maksimal dan bentuk plastik.

  Karena proses pencetakan akan mengakibatkan lengketnya produk dengan cetakan maka untuk menghindari itu harus diadakan proses pelapisan pada cetakan dengan realese agent sebelum dilakukan pencetakan. Realese agent yang sering digunakan berupa waxes (semir), mirror glass, polyvinyl alcohol, ascralon, dan bahan lain yang berfungsi melapisi.

2.3.4 Larutan Kimia

  Dalam penelitian ini larutan kimia yang digunakan adalah larutan NaOH

  

(Natrium hidroxide). NaOH termasuk logam alkali golongan IA. Logam alkali

bersifat mudah larut dalam air dan merupakan logam pembentuk basa kuat.

  Diantaranya adalah NaOH termasuk basa kuat. Basa adalah zat yang menaikkan

• konsentrasi ion OH dalam larutan. Seperti pada NaOH yang terionisasi men

  Na +OH . Basa dapat terjadi bila oksida logam direaksikan dengan air. Berikut ini adalah ciri-ciri larutan basa :