PENGARUH PERLAKUAN KIMIA PADA SERAT KELAPA (Coir fiber) TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT DENGAN MATRIK POLYESTER TUGAS AKHIR - Pengaruh perlakuan kimia pada serat kelapa (Coir fiber) terhadap sifat mekanis komposit serat dengan matrik polyester = the

  

PENGARUH PERLAKUAN KIMIA

PADA SERAT KELAPA ( Coir fiber)

TERHADAP SIFAT MEKANIS KOMPOSIT SERAT

DENGAN MATRIK POLYESTER

TUGAS AKHIR

  

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

  

Disusun Oleh :

LUKAS PRABOWO

NIM : 025214058

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

  

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

THE EFFECTS OF CHEMICAL TREATMENT

ON THE COIR FIBER TO THE MECHANICAL PROPERTIES

OF THE FIBER COMPOSITE

WITH POLYESTER MATRIX

FINAL PROJECT

Pressented as Partial Fulfillment of

The Requirements to Obtain

  

The Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

By :

LUKAS PRABOWO

  

Student Number : 025214058

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

  

HALAMAN PERSEMBAHAN

…..

  My Father and Mother… My Brothers…

  My Friends…

  INTISARI

  Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh perendaman NaOH dan KMnO4 terhadap kekuatan mekanis komposit serat kelapa.

  Serat kelapa yang akan dibuat komposit direndam terlebih dahulu dalam larutan NaOH selama 1 jam, lalu direndam dalam larutan KMnO4 selama 1 jam, dilanjutkan lagi direndam dalam larutan aquades selama 10 menit pada suhu 50º

  C. Pembuatan komposit menggunakan cetakan dari kaca dengan ukuran 250 x 200 x 4 mm dan 150 x 60 x 10 mm. Fraksi volume serat yang digunakan adalah 10% dengan orientasi serat acak. Bentuk geometri benda uji mengacu pada standar ASTM A370 untuk uji tarik dan uji impak komposit serta ASTM D638-1 untuk uji tarik matrik pengikat.

  Dari hasil pengujian, didapat harga keuletan tertinggi pada komposit serat tanpa perendaman, sedang kekuatan tarik dan regangan tertinggi terjadi pada matrik pengikat. Jenis patahan yang terjadi adalah patah debonding, getas, dan campuran.

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i TITLE ..................................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv HALAMAN PERSEMBAHAN .............................................................................. v HALAMAN PERNYATAAN .................................................................................. vi KATA PENGANTAR ............................................................................................. vii

  INTISARI ................................................................................................................ viii DAFTAR ISI ............................................................................................................ ix DAFTAR TABEL .................................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN............................................................................................. xvi

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

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

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

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

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

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

  2.1 Komponen penyusun Komposit ................................................... 6

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

  2.3 Komposit Serat ............................................................................. 8

  2.3.1 Serat ................................................................................ 9

  2.3.1.1 Jenis Serat ............................................................ 9

  2.3.1.2 Bentuk Serat ....................................................... 9

  2.3.1.3 Prosentase Jumlah Serat ....................................... 10

  2.3.1.4 Orientasi Serat ...................................................... 12

  2.3.2 Matrik ............................................................................. 12

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

  2.5 Uji Tarik ....................................................................................... 16

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................... 18

  3.1 Skema Alur Penelitian ................................................................. 18

  3.2 Persiapan Benda Uji ..................................................................... 19

  3.2.1 Alat dan Bahan .............................................................. 19

  3.2.1.1 Resin .............................................................. 20

  3.2.1.2 Serat ............................................................... 20

  3.2.1.3 Katalis ............................................................ 22

  3.2.1.4 Release Agent ................................................ 22

  3.2.2 Perhitungan Larutan Kimia ........................................... 23

  3.2.2.1 Konsentrasi Larutan NaOH ............................ 23

  3.2.2.2 Konsentrasi Larutan KMnO4 ......................... 24

  3.2.3 Perlakuan Kimia Serat Kelapa ....................................... 25

  3.3 Pembuatan Cetakan ...................................................................... 28

  3.3.1 Cetakan Uji Tarik .......................................................... 28

  3.3.2 Cetakan Uji Impak ........................................................ 29

  3.4 Pembuatan Benda Uji .................................................................. 29

  3.4.1 Benda Uji Matrik .......................................................... 29

  3.4.1.1 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Tarik ..... 29

  3.4.1.2 Pencetakan Matrik untuk Pengujian Impak ... 31

  3.4.2 Benda Uji Komposit ..................................................... 33

  3.4.2.1 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Tarik.. 33

  3.4.2.2 Pencetakan Komposit untuk Pengujian Impak 34

  3.5 Bentuk dan Dimensi Benda Uji ................................................... 36

  3.5.1 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Tarik 36

  3.5.1.1 Benda Uji Matrik ........................................... 36

  3.5.1.2 Benda Uji Komposit ...................................... 36

  3.5.2 Bentuk dan Dimensi Benda Uji untuk Pengujian Impak 37

  3.6 Metode Pengujian ........................................................................ 37

  3.6.1 Metode Pengujian Tarik ................................................ 37

  BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ........................................ 41

  4.1 Hasil Pengujian Tarik .................................................................... 41

  4.1.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester............................... 41

  4.1.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Kimia... 42

  4.1.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KMnO4.......................................................................... 44

  4.1.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5% KMnO4................................................................................ 45

  4.1.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Perlakuan 7,5% NaOH, 5% KMnO4.......................................................................... 46

  4.2 Hasil Pengujian Impak .................................................................. 51

  4.2.1 Hasil Pengujian Impak Matrik Polyester ............................. 52

  4.2.2 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Kimia . 53

  4.2.3 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 2,5% NaOH, 5% KMnO4.......................................................................... 54

  4.2.4 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 5% NaOH, 5% KMnO4.......................................................................... 56

  4.2.5 Hasil Pengujian Impak Komposit Perlakuan 7,5% NaOH, 5% KMnO4.......................................................................... 57

  4.3 Analisa Berdasarkan Data Pengujian ............................................ 61

  4.3.1 Dari Hasil Pengujian Tarik .................................................. 61

  4.3.2 Dari Hasil Pengujian Impak................................................. 61

  4.3.3 Analisa Berdasarkan Foto Mikro ......................................... 62

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 68

  5.1 Kesimpulan .................................................................................. 68

  5.2 Saran ............................................................................................ 69 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................. 70 LAMPIRAN ............................................................................................................ 71

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Resin Polyester dan Epoksi ………………….. 14Tabel 3.1 Properti Serat Alam …………………………………………........ 20Tabel 3.2 Perbandingan Fraksi Volume NaOH dengan Aquades …………… 24Tabel 3.3 Perbandingan Fraksi Volume KMnO4 dengan Acetone ………….. 25Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tarik Matrik Pengikat…………………………… 41Tabel 4.2 Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Larutan……..... 42Tabel 4.3 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan

  Perlakuan 2,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………... 43

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan

  Perlakuan 5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………….. 45

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Tarik Komposit Fraksi Volume 10% dengan

  Perlakuan 7,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………... 46

Tabel 4.6 Kekuatan Tarik dan Regangan Rata-rata …………………………. 48Tabel 4.7 Hasil Pengujian Impak Matrik Pengikat …………………………. 47Tabel 4.8 Hasil Pengujian Impak Komposit Tanpa Perlakuan Serat ……….. 53Tabel 4.9 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 2,5%NaOH dan 5% KMnO4……………………………………………………………… 54Tabel 4.10 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………………………….…….

  56 Tabel 4.11 Hasil Pengujian Impak Komposit Perendaman Serat 7,5%NaOH dan 5% KMnO4……………………………………………………………… 58

Tabel 4.12 Tenaga Patah Rata-rata dan Keuletan Rata-rata Komposit dan Matrik……………………………………………………………………. 59

  

DAFTAR GAMBAR

  1.1 Diagram Tegangan-Regangan Komposit dan Komponen Penyusunnya ... 2

  2.1 Diagram Klasifikasi Komposit Serat .......................................................... 12

  2.2 Prinsip Pengujian Impak.............................................................................. 15

  3.1 Skema Alur Penelitian ................................................................................ 18

  3.2 Serat Kelapa ............................................................................................... 21

  3.3 Release Agent ............................................................................................. 22

  3.4 Perendaman Larutan NaOH ....................................................................... 26

  3.5 Perendaman Larutan KMnO4...................................................................... 26

  3.6 Perendaman dengan Aquades pada Suhu Konstan...................................... 27

  3.7 Skema Cetakan Uji Tarik ........................................................................... 28

  3.8 Skema Cetakan Uji Impak........................................................................... 28

  3.9 Dimensi Hasil Cetakan Uji Tarik Matrik .................................................... 30

  3.10 Dimensi Hasil Cetakan Uji Impak .............................................................. 32

  3.11 Dimensi Benda Uji Tarik Matrik Pengikat.................................................. 35

  3.12 Dimensi Benda Uji Tarik Komposit............................................................ 35

  3.13 Bentuk dan Dimensi Benda Uji Impak…………………………………….36

  3.14 Alat Uji Tarik Matrik dan Komposit………………………………………37

  3.15 Alat Uji Impak……………………………………………………………..39

  4.1. Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Matrik Pengikat ..................................... 41

  4.2. Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Tanpa Perlakuan Kimia ......... 43

  4.3 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 2,5% NaOH

  4.4 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………………………………46

  4.5 Bentuk Patahan Benda Uji Tarik Komposit Perlakuan 7,5% NaOH dan 5% KMnO4 ........................................................................................... 47

  4.6 Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Matrik dan Komposit.............................. 48

  4.7 Grafik Regangan Rata-rata Matrik dan Komposit ………………………...49

  4.8 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Matrik Pengikat ……………..………...52

  4.9 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Komposit Tanpa Perlakuan Serat..……54

  4.10 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 2,5% NaOH dan 5% KMnO4……………………………………………………….…………55

  4.11 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 5% NaOH dan 5%KMnO4…………………………….……….……………………………57

  4.12 Bentuk Patahan Benda Uji Impak Perlakuan Serat 7,5% NaOH dan 5%KMnO4…………………………….……….……………………………59

  4.13 Grafik Tenaga Patah Rata-rata Matrik dan Komposit………………….….60

  4.14 Grafik Keuletan Rata-rata Matrik dan Komposit……………………….….60

  4.15 Foto Mikro Matrik Polyester………………………………………...……..62

  4.16 Foto Mikro Penampang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia…… …….…...63

  4.17 Foto Mikro Melintang Komposit Tanpa Perlakuan Kimia …………...…...63

  4.18 Foto Mikro Penampang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4………...…...64

  4.19 Foto Mikro Melintang Komposit 2,5% NaOH, 5% KMnO4……….....…...64

  4.20 Foto Mikro Penampang Komposit 5% NaOH, 5% KMnO4…….................65

  4.22 Foto Mikro Penampang Komposit 7,5% NaOH, 5% KMnO4…..................66

  4.23 Foto Mikro Melintang Komposit 7,5% NaOH, 5% KMnO4……...............66

  4.24 Foto Mikro Retak Komposit……………………………………….............67

  4.25 Foto Mikro Kawat Tembaga………………………………..………...........67

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran 1 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Matrik Polyester

  Lampiran 2 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit Tanpa Perendaman Serat

  Lampiran 3 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit dengan Perendaman Serat 2,5% NaOH, 5% KMnO4

  Lampiran 4 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit dengan Perendaman Serat 5% NaOH, 5% KMnO4

  Lampiran 5 Kurva Beban dan Pertambahan Panjang Hasil Pengujian Tarik Komposit dengan Perendaman Serat 7,5% NaOH, 5% KMnO4

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Seiring berkembangnya kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan pada dekade terakhir ini, menuntut adanya terobosan-terobosan baru yang lebih baik di berbagai bidang tak terkecuali dalam bidang teknik. Termasuk di dalamnya pengembangan bahan-bahan teknik yang diharapkan lebih tepat guna. Jika dilihat dari kondisi saat ini, bahan-bahan yang dianggap cukup baik adalah bahan-bahan yang memenuhi beberapa kriteria: kuat, ringan, ramah lingkungan, murah dan tergantikan.

  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. Komposit itu sendiri merupakan gabungan dua macam bahan atau lebih dengan sifat yang berbeda, sehingga membentuk suatu bahan dengan sifat yang merupakan gabungan dari komponen penyusunnya. 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 ε

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

  Secara garis besar komposit serat dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu serat sintetik dan serat organik. Serat sintetik atau buatan adalah serat keramik. Kelebihan menggunakan serat sintetik yaitu mempunyai kekuatan tinggi, homogen, harga rendah, isolator listrik yang baik dan mempunyai sifat anti korosi. Kekurangan dari serat sintetik yaitu tidak dapat didaur ulang dan serbuk atau debu dari serat gelas dapat menjadi racun apabila terhirup masuk masuk kedalam tubuh. Sedangkan serat organik, yaitu serat yang berasal dari bahan organik, misalnya : serat nanas, serat pandan, serat kelapa, serat pisang dan sebagainya. Kelebihan serat alami ini antara lain; harga murah, mudah didapatkan, ringan, dapat didaur ulang dan tidak beracun. Kekurangan serat alami; struktur serat tidak homogen, kekuatan serat tidak merata dan tidak tahan pada suhu tinggi.

  Hampir semua serat yang dipakai sebagai bahan dasar pembuatan komposit serat alami dapat ditemukan di Indonesia. Salah satunya adalah serat kelapa yang pemanfaatannya masih sangat sederhana, seperti dipakai sebagai bahan baku pembuat tali, keset, sapu, sebagai bahan pengganti kayu bakar, atau bahkan sering hanya terbuang secara sia-sia. Penelitian terhadap serat kelapa sebagai bahan penguat komposit mulai dikembangkan, termasuk penelitian sifat-sifat mekanik serat kelapa yang diperlakukan secara kimiawi dan korelasinya jika serat tersebut dijadikan sebagai penguat dalam suatu komposit. Dengan alasan-alasan tersebut maka penelitian ini diadakan.

1.2 Tujuan Penelitian

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

  1. Pengaruh perlakuan NaOH dan KMnO

  4

  pada serat kelapa terhadap kekuatan tarik, dan regangan pada pengujian tarik komposit.

  2. Pengaruh perlakuan NaOH dan KMnO

  4

  pada serat kelapa terhadap ketahanan patah dan keuletan pada pengujian impak.

  3. Bentuk patahan yang terjadi pada bahan komposit setelah dilakukan uji tarik dan impak

1.3 Batasan Masalah

  Karena begitu banyak hal yang dapat diteliti serta hal yang dapat mempengaruhi karakteristik dari komposit serat kelapa, 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 kelapa dengan perlakuan kimia dalam larutan NaOH selama 1 jam kemudian direndam larutan KMnO

  4

  selama 1 jam dan dilanjutkan direndam dalam larutan aquades selama 10 menit pada suhu 50º.

  3. Matriks sebagai bahan pengikat yang digunakan adalah resin Polyester jenis Bening Super, Justus 108 yang diproduksi oleh PT. JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.

4. Serat kelapa yang digunakan sebagai penguat dengan panjang 0,5 – 1,5 cm, yang disusun secara acak.

1.4 Sistematika Pembahasan

  Pada bab selanjutnya akan diuraikan secara lebih mendalam mengenai komposit, matrik pengikat, serat penguat, serta tinjauan teoritis tentang teori kekuatan komposit serat. Proses pembuatan komposit, proses pembuatan benda uji, pengujian mekanik yang dilakukan pada benda uji, serta bentuk patah komposit akan diuraikan pada bab tiga. Sedangkan pada bab empat berisi tentang kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan oleh penulis, dan pada bab lima akan diberikan saran-saran oleh penulis apabila dilakukan penelitian-penelitian yang sejenis agar didapatkan hasil yang lebih baik.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Komponen Penyusun Komposit

  Komposit merupakan penggabungan dua macam bahan atau lebih dengan fase yang berbeda. Fase pertama disebut matrik yang berfungsi sebagai pengikat, sedangkan fase kedua disebut reinforcement yang berfungsi memperkuat bahan komposit secara keseluruhan dan menentukan karakteristik komposit seperti kekuatan tarik, kekakuan dan sifat-sifat mekanis. Penggabungan kedua fase ini akan mengakibatkan gaya adhesive yang kuat diantara keduanya. Sebagai matrik dapat digunakan bahan- bahan sebagai berikut :

  1. Logam

  2. Keramik

  3. Polymer Sedangkan sebagai reinforcement, dapat digunakan bahan- bahan sebagai berikut :

  1. Fiber (serat)

  2. Flake

  3. Partikel

2.2 Klasifikasi Komposit

  Berdasarkan fase matriknya, komposit dapat diklasifikasikan menjadi beberapa macam, yaitu :

  1. Komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC): yang merupakan campuran logam dan keramik seperti karbida wolfram (Wolfram Carbide).

  2. Komposit matrik keramik (Ceramic Matrix Composite, CMC): Oksida alumunium, karbida silikon dan fiber dapat digunakan sebagai reinforcing agents untuk meningkatkan sifat- sifatnya, khususnya untuk pemakain pada suhu tinggi.

  3. Komposit matrik polimer (Polymer Matrix Composite, PMC): Matriknya dapat berupa resin thermosetting epoxy dan polyesther dengan reinforcing agents berupa fiber. Misalnya: Phenolik dipadukan dengan serbuk kayu, Thermoplastik dipadukan dengan serbuk dan bahan elastomer atau grafit, dsb.

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

  1. Fibrous composites Pada komposit ini bahan penguat yang digunakan adalah serat (dapat berupa serat organik atau serat sintetik) yang memiliki kekuatan dan kekakuan lebih besar bila dibandingkan dengan bahan pengikat atau matriks. Bahan pengikat yang digunakan

  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 pengguat dan matriks (Van Vlack, 985)

  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 atau dari bahan non-metal.

  Jenis-jenis Particulated composites:

• Partikel komposit organik
• Partikel komposit non organic

   Komposit Serat

2.3 Komposit serat merupakan salah satu jenis dari komposit matrik

  polimer atau Polymer Matrix Composites (PMC). Dimana serat berfungsi sebagai penguat atau reinforcement agents, dan polymer atau plastik berfungsi sebagai matrik atau pengikatnya. Untuk mendapatkan komposit yang lebih baik, dimungkinkan mengkombinasikan dua jenis serat atau lebih. Komposit tersebut biasa disebut komposit hybrid. Komposit jenis ini memiliki kekuatan dan kekakuan yang lebih baik, tangguh, lebih tahan terhadap beban kejut, serta lebih ringan.

2.3.1 Serat

  Prosentase jenis serat, bentuk serat, jumlah serat, dan orientasi serat yang dipakai dalam membuat komposit menentukan karakteristik komposit yang terbentuk.

  2.3.1.1 Jenis Serat

  Berdasar jenisnya, serat yang digunakan sebagai bahan penguat komposit dibedakan menjadi:

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

  2. Serat anorganik: yaitu serat yang dibuat dari bahan-bahan anorganik (seperti: serat gelas, serat karbon, dll).

  2.3.1.2 Bentuk Serat

  Berdasarkan bentuk, secara umum serat penguat mempunyai penampang lingkaran dan beberapa bentuk lain, misalnya bujur sangkar. Kekuatan serat dapat juga dilihat dari diameter serat, diameter serat yang semakin kecil maka pertambahan kekuatan sangat cepat, sebaliknya jika diameter semakin besar maka kekuatan akan berkurang.

2.3.1.3 Prosentase Jumlah Serat

  Prosentase jumlah serat mempengaruhi karakteristik dari komposit yang dihasilkan. Prosentase dapat dihitung berdasarkan fraksi volume maupun fraksi berat komposit. Fraksi volume merupakan rasio antara volume komponen penyusun dengan volume total komposit. Berikut ini adalah persamaan-persamaan perhitungan persentase serat berdasarkan fraksi volum komposit.

  Pada bahan komposit, jumlah fraksi volum komponen penyusunnya sama dengan satu, dan dengan mengasumsikan tidak adanya rongga udara.

  V f + V m = 1 ……………………………………………………… (1) dengan: V f = fraksi volum serat V m = fraksi volum matrik

  Sedangkan fraksi berat dapat ditulis sebagai berikut: W

• W

  f

  m

  = 1 ................................................................................. (2) dengan: W f = fraksi berat serat W m = fraksi berat matrik Massa jenis total komposit merupakan gabungan dari massa jenis komponen penyusunnya: ρ + c = ρ f V f ρ m V m ............................................................... (3) dengan: ρ = massa jenis komposit

  c

  ρ f = massa jenis serat ρ m = massa jenis matrik V = fraksi volum serat

  f

  V m = fraksi volum matrik Persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:

  ρ = ρ V ρ + c f f m (1-V f ) ………………... (3a) ρ = ( ρ ρ )V ρ - ) …………...…... (3b) +

  c f m f m

  Sehingga fraksi volum serat dapat diketahui dari persamaan: ρ − ρ _{c m}

  V f = ……………………………………………. (4) ρ − ρ _{f m}

  Dengan mengetahui besar massa jenis total komposit dan komponen penyusunnya maka fraksi volume serat akan dapat diketahui.

  Fraksi volume serat dalam komposit merupakan parameter penting dalam mengatur sifat mekanik komposit lamina yang dihasilkan. Pada tergantung serat yang digunakan dan disesuaikan dengan kebutuhan. Terdapat berbagai macam cara untuk mengetahui basarnya fraksi volume komposit, salah satunya adalah dengan menimbang bobot total komposit dan komponen-komponen penyusunnya untuk menghitung massa jenisnya kemudian diselesaikan dengan persamaan di atas.

  2.3.1.4 Orientasi Serat Gambar 2.1 memperlihatkan klasifikasi komposit berdasarkan seratnya.

  

Komposit serat

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

  

Serat satu arah Serat dua arah Arah acak Arah teratur

Gambar 2.1 Diagram Klasifikasi Komposit Serat (Mekanika Struktur Komposit, halaman 3)

   Matrik

2.3.2 Fungsi dari matrik adalah:

  1. Sebagai transfer dari beban, yaitu mendistribusikan beban ke serat

  2. Sebagai pengikat fase serat pada posisinya, pada proses pembuatan bahan komposit yang diperkuat serat dan diikat oleh matrik, matrik harus mempunyai serat 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 ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kemampuan membasahi serat, banyak tidaknya rongga (void) saat dituang, temperature atau tekanan curing, dan viskositas.

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

  4. Menjaga serat terdispersi dan tidak terpisah (tidak ada perambatan retakan atau kegagalan)

  5. Memiliki keserasian thermal dan kimiawi terhadap seratnya untuk jangka waktu yang lama.

  Bahan yang biasa digunakan sebagai matrik dalam pembuatan komposit polimer adalah polimer polyester dan epoksi dalam bentuk resin. Resin epoksi umumnya dipakai sebagai matrik pada komposit polimer dengan serat karbon atau serat aramid. Sedangkan resin polyester lebih sering digunakan untuk jenis- jenis serat yang lain. Dari segi kekuatannya dan unggul dibandingkan resin poliester. Akan tetapi yang menjadi alasan mengapa resin poliester lebih sering digunakan adalah karena harganya lebih murah. Perbandingan sifat resin poliester dan epoksi dapat dilihat pada tabel 2.1 sebagai berikut :

Tabel 2.1 Perbandingan Sifat Resin Polyester dan Epoksi

  Sifat Polyester Epoksi Kekuatan tarik (MPa) 40 – 90 55 – 130 Modulus elastis (Gpa) 2,0 – 4,4 2,8 – 4,2 Kekuatan impak (J/m) 10,6 – 21,2 5,3 – 53 ₃ Kerapatan (g/cm ) 1,10 – 1,46 1,2 – 1,3

   Bahan-bahan tambahan

2.3.3 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 atau zat pelapis yang berfungsi untuk mencegah lengketnya

  Release agent

  produk pada cetakan saat proses pembuatan. Pelapisan dilakukan sebelum proses pembuatan dilakukan. Release agent yang biasa digunakan antara lain waxes (semir), MAA, mirror glass, vasielin, polyvinyl alcohol, film forming , dan oli.

2.4 Uji Impak

  Pengujian impak dimaksud untuk mengetahui sifat fisis liat atau getas benda uji. Uji impak ini membutuhkan tenaga untuk mematahkan benda uji dengan sekali pukul, alat pukul yang digunakan berupa sebuah palu dengan berat tertentu yang dijatuhkan dengan cara dilepaskan dari

  o

  sudut 150 ( α) dan sisi pisau pada palu menengenai benda uji berbentuk persegi panjang dengan ukuran 10 x 10 mm, panjang 55 mm dan takikan 2

  o

  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. Prinsip pengujian impak dapat dilihat pada Gambar 2.2.

  R α

  α β

  R(cos β - cos α) Benda Uji G

Gambar 2.2 Prinsip Pengujian Impak Harga tenaga patah dapat dicari dengan rumus: W = g R G (cos β - cos α) (joule) …………………… (5) dengan:

  W = Tenaga patah (joule) α = Besar sudut saat palu akan dilepaskan tanpa benda uji

  β = Sudut yang dibentuk palu setelah benda uji patah G = Berat palu (1,357kg) R = Jarak titik putar sampai titik berat palu (R= 0,3948m) ₂ g = percepatan gravitasi (9.8 m/s )

  Harga keliatan suatu bahan dapat dicari dengan menggunakan rumus:

  W

  

2

Keliatan = (joule/mm ) ....................................................... (6) A

  dengan:

  W = tenaga patah (joule)

  2 A = luas patahan benda uji (mm )

2.5 Uji 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 antara pertambahan panjang ( ∆L) dengan panjang awal benda uji (L ) disebut regangan .

  Pada penelitian ini untuk menghitung kekuatan tarik dan regangan adalah:

  1. KekuatanTarik

  ) ( ) (

_o

_u A ang Luaspenamp F Beban

  =

  σ (kg/mm

  2

  )……………….….(7) 2.

  R egangan ( ε) ) ( ) (

_o

  L l PanjangAwa L anjang PerubahanP

Δ

=

  ε x 100% …………………… (8)

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Skema Alur Penelitian

  Untuk lebih mempermudah dalam melakukan penelitian maka diperlukan adanya rancangan skema alur penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1.

  Pembelian Bahan Serat Kelapa Resin Polyester (Resin Bening Super, JUSTUS 108) Pembuatan benda uji: 1.

  Resin Perendaman Serat : 2.

  Komposit tanpa perlakuan kimia

  1. NaOH (2,5%; 5%; 7,5%)

  3. Komposit dengan perlakuan

  2. KMnO4 (5%) kimia

  Pengujian:

  

1. Pengujian tarik

2.

  Pengujian impak

  3. Foto bentuk patah Hasil penelitian Studi Pustaka Analisis kesimpulan

Gambar 3.1 Skema Alur Penelitian

3.2 Persiapan Benda Uji

3.2.1 Alat dan Bahan

  Dalam pembuatan komposit serat kelapa, dipergunakan alat-alat sebagai berikut:

  1. Timbangan digital, yang digunakan untuk menimbang massa serat yang akan digunakan.

  2. Cetakan, yang terbuat dari kaca.

  3. Gelas ukur, untuk mendapatkan volume resin yang akan dipakai dan mencampur resin dengan katalis / hardener.

  4. Meteran, untuk mengukur luasan serat sesuai luasan cetakan.

  5. Gunting, untuk memotong serat sesuai dengan luasan cetakan.

  6. Vaselin atau MAA, digunakan sebagai pelapis pada kaca yang berfungsi agar komposit yang telah mengering mudah dilepas dari cetakan.

  7. Kuas, digunakan untuk alat melapisi permukaan cetakan.

  8. Pengaduk kaca, untuk mengaduk campuran resin dan katalis / hardener sebelum dituang pada cetakan. Dipilih bahan kaca, supaya mudah dibersihkan dari sisa resin yang mengering.

  9. Sekrap, untuk melepaskan komposit yang sudah kering dari cetakan, juga untuk membersihkan cetakan dari sisa resin.

  10. Alat finishing : gerinda, amplas, kikir.

  Bahan bahan yang diperlukan dalam pembuatan komposit serat kelapa antara lain :

   Resin

  3.2.1.1 Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Polyester Bening Super Justus 108. Dengan ciri-ciri resin ini berwarna putih (bening), yang diproduksi oleh PT. JUSTUS SAKTI RAYA CORPORATION, Semarang.

  3.2.1.2 Serat

  Serat yang dipakai adalah serabut yang berasal dari kulit buah kelapa yang memiliki berat jenis 1,15 gms./cc., diacu dari Tabel Properti Serat Alam.

Tabel 3.1 Properti Serat Alam

  Coir (coconut Property Jute Banana Sisal Pineapple fibre) Width or Diameter

  

80-250 50-200 20-80 100-450 -

( μm ) Density (gms./cc)

  1.3

  1.35

  1.45

  1.44

  1.15 Volume Resistivity at 100 volts ^{5 6.5-7 0.4-0.5 0.7-0.8 9-14} - (W cm x 10 ) Micro-Fibrillar Angle (degree)

  8.1 11 10-22 14-18 30-49 Cellulose/Lignin Content ( ) _{% 2} 61 /12 65 /5 67 /12 81 /12 43 /45 Elastic Modulus (GN/m ) ₂ 8-20 9-16 34-82 - 4-6 Tenacity (MN/m ) 440-533 529-754 568-640 413-1627 131-175 Elongation ( % )

  1-1.2 1.0-3.5 3-7 0.8-1.6 15-40 Sumber: Biswas, S., Srikanth G., Nangia, S., 2003.

  Serat didapatkan dari serabut buah kelapa yang sudah cukup tua, kemudian serabut dan kulit kelapa yang keras dipisahkan, serabut kelapa yang telah didapatkan direndam dalam air ± 2 jam. Setelah itu untuk dibersihkan dari unsur-unsur pengotornya dengan cara disikat. Untuk penyikatan awal dapat digunakan sikat kawat dan untuk finishingnya menggunakan sikat nilon/sikat cuci. Kemudian, serat yang telah didapatkan di cuci bersih menggunakan air dan dijemur di bawah sinar matahari sampai benar-benar kering. Serat yang sudah kering hendaknya disimpan pada tempat yang tidak lembab untuk menghindari munculnya jamur pada serat.

  Sedangkan serat kelapa yang digunakan dalam pembuatan komposit ini adalah serat kelapa yang telah dipotong-potong dengan panjang antara 5-15 mm. Bentuk dari serat kelapa yang telah kering tersebut bisa dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Serat Kelapa Katalis

3.2.1.3 Dalam penelitian ini digunakan katalis metoxone (methyle ethyl katone

  

peroxide) untuk mempercepat laju curing komposit. Laju curing komposit

  ditentukan oleh jumlah katalis yang ditambahkan dalam resin, semakin banyak katalis yang ditambahkan semakin cepat laju curing yang dihasilkan. Namun jika katalis yang digunakan terlalu banyak matrik komposit yang dihasilkan cenderung bersifat getas, sehingga penggunaan katalis harus disesuaikan dengan kebutuhan. Dengan menggunakan katalis metoxone ±1% waktu yang dibutuhkan untuk curing berkisar antara 4-6 jam.

   Release Agent

3.2.1.4 Karena dalam proses pembuatan dengan bahan resin ini akan bersifat

  

adhesive maka untuk mempermudah pemisahan komposit dari cetakan diperlukan

suatu bahan yang dapat mengurangi/menghilangkan sifat daya rekat (adhesive).

  Dalam hal ini yang digunakan sebagai anti rekat (adhesive) dalam proses pembuatan komposit adalah mirrorglass atau MAA.

  Pemakaian release agent berbentuk pasta ini digunakan dengan cara mengoleskan dan melapisi seluruh cetakan yang akan mengalami kontak langsung dengan resin pada saat pembuatan. Perlakuan pelapisan dengan bahan anti adhesive ini akan mempermudah proses pelepasan produk yang dibuat dari cetakan. Pelapisan release agent ini dilakukan sebanyak tiga kali dalam setiap proses pembuatan, semakin banyak proses pelapisan akan semakin mengurangi sifat adhesive resin terhadap Release agent yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Release Agent ( MAA ) Perhitungan Larutan Kimia

  3.2.2

3.2.2.1 Konsentrasi Larutan NaOH